車載計算機主板測試系統(tǒng)設計

摘要：針對當前車載計算機主板的故障測試問題，設計了一個基于DSP控制的車載計算機主板檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過采集BIOS上電自檢的結(jié)果獲取故障代碼，以此判斷主板核心部件的好壞；通過設計外圍模塊的仿真測試板及測試程序來檢測主板外圍模塊的功能；最后的檢測結(jié)果通過維修檢測經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫給出輔助維修建議，也可通過無線數(shù)據(jù)傳輸獲取遠程的專家維修指導。應用結(jié)果表明：該檢測系統(tǒng)能檢測主板的常見故障，顯示主板的故障位置，并根據(jù)維修建議便于實際維修，較好地解決了該類主板的檢測維修問題。
關鍵詞：車載計算機板；外圍接口模塊；上電自檢；仿真測試板

0 引言
    隨著電子技術、嵌入式計算技術、控制技術等的迅速發(fā)展，裝甲車輛內(nèi)部的信息設備越來越多，大大提升了武器裝備的作戰(zhàn)效能。許多控制器設備、信息終端設備等都配備有微型化的車載計算機主板，通過信號采集、處理與控制輸出，完成車內(nèi)各類信息的融合、綜合處理與信息顯示。由于該類主板的復雜性和諸如現(xiàn)有檢測工具等方面的限制，目前還沒有一種通用的檢測診斷系統(tǒng)，已經(jīng)成了制約武器裝備總體保障能力提高的一個重要因素。從應用情況看，該類主板集成度高、具有較高的可靠性，但一旦發(fā)生故障，往往無法維修，采用換板的方式解決，其實大部分主板故障并不嚴重，只要稍加維修就可以正常使用。為了便于裝甲車載計算機主板的故障診斷及維修，本文針對某型戰(zhàn)車的CPU主板的檢測提出了一種實現(xiàn)方案，能檢測出主板的故障位置，根據(jù)專家經(jīng)驗數(shù)據(jù)提供輔助維修決策，便于裝備維修人員直觀、準確地定位并排除故障。

1 測試分析
1．1 被測主板信號分析
    某型戰(zhàn)車被測計算機主板的信號具有如下特征：
    (1)車載計算機主板集成了Intel CPU、內(nèi)存、南橋、北橋等，外圍設計有A／D、D／A、CF卡、存儲器、串口、USB口、I／O口、PCI總線接口以及顯示接口等電路。這些電路的信號特征與通用PC機主板的基本構成相似，因而可充分利用現(xiàn)有的測試方法，簡化測試系統(tǒng)的設計。
    (2)作戰(zhàn)程序存儲在FLASH存儲器內(nèi)，運行時加載到內(nèi)存中。因此測試用戶不能加載外部測試程序到系統(tǒng)中。
    (3)車載計算機主板的核心模塊為專用型、集成度高，測試用戶不能進行各種手動和自動測試。但通過分析，在系統(tǒng)加電時，進行上電自檢，可以通過讀取自檢結(jié)果來判斷功能是否正常。
1．2 測試步驟設計
    通過對被測主板的分析，把被測主板的測試分成兩部分，即對主板核心模塊的測試和對外圍模塊的測試，構造如下的測試步驟。
    (1)測試主板核心模塊
    根據(jù)上面的分析，設計一接口電路讀取主板自檢的結(jié)果，以此來判斷主板功能的好壞。
    (2)測試外圍模塊
    外圍模塊主要是I／O接口、顯示及總線等。對這部分的測試需要增加輔助電路，可針對某一類接口設計專用的測試板，這些測試板模擬接口信號與主板交互，通過一組測試用例完成外圍模塊的測試。
    (3)收集測試數(shù)據(jù)
    設計一控制器收集測試結(jié)果，通過串口把數(shù)據(jù)傳送給PC機，或者通過無線傳送到遠端的服務器。
    (4)維修策略指導與顯示
    通過測試結(jié)果的處理，根據(jù)專家的經(jīng)驗，在PC中顯示對被測主板的維修指導。

2 系統(tǒng)硬件模塊設計
    由以上的分析步驟，設計系統(tǒng)框圖如圖1所示。整個測試系統(tǒng)的硬件模塊由4部分組成：DSP控制模塊；主板核心部件測試模塊；外圍接口部件測試模塊；無線傳輸模塊及PC機結(jié)果顯示。

    由圖1所示測試系統(tǒng)框圖，需從軟件和硬件協(xié)同設計，主要設計過程如下幾步。
2．1 DSP控制模塊設計
    控制模塊完成整個測試系統(tǒng)的控制，包括：主板核心模塊測試啟動與數(shù)據(jù)采集；各外圍模塊仿真測試板的測試控制與數(shù)據(jù)采集。檢測結(jié)果通過RS 232總線傳送到PC機或檢測結(jié)果通過無線模塊發(fā)送到遠程終端。
    控制模塊以TMS320F2812控制器為核心，由于車載計算機運算速度快，捕獲它的控制信號需要高速的DSP控制器。
    DSP集成有多個I／O端口、中斷、串口、A／D等模塊供用戶操作，能夠輕易實現(xiàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的采集以及與PC機之間的有線(RS 232)或無線通信。
2．2 主板核心模塊測試設計
    該部分用于測試車載計算機主板的核心部件，由BIOS自檢結(jié)果讀取模塊完成。車載計算機主板接通電源后，通過BIOS引導，進行上電自檢，完成主板硬件設備的檢測，并把檢測結(jié)果以代碼(16進制表示)寫入地址為80H的端口。
    如圖2所示的模塊結(jié)構完成主板核心模塊的測試，被測主板通過PCI或ISA總線與測試系統(tǒng)相連，在DSP(TMS320F2812)的控制下，通過地址譯碼電路選擇80H端口，獲取測試數(shù)據(jù)，分析處理后，給出診斷結(jié)果，并在PC機上顯示詳細信息。

    該模塊硬件部分主要包括：被測主板電源及狀態(tài)信號采集模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、系統(tǒng)控制模塊。
    (1)電源及狀態(tài)信號采集模塊
    主板上包含有3．3 V，5 V，-5 V，12 V，-12 V直流電源以及控制、狀態(tài)信號(如RST，OSC，CLK等)，需要采集這些信號，判斷電源是否接通，電壓是否正確，狀態(tài)信號是否正常，并將結(jié)果傳送到PC上位機顯示。
    (2)測試數(shù)據(jù)采集模塊
    根據(jù)BIOS自檢結(jié)果的存放位置(80H端口)，通過設計地址譯碼電路選通80H，在IOW(低電平有效)操作下，觸發(fā)DSP的外部中斷，在中斷服務程序中實現(xiàn)對代碼數(shù)據(jù)的鎖存，由DSP讀取所對應的檢測代碼，并傳送到PC上位機處理。
    (3)控制模塊
    由DSP控制模塊完成。
2．3 外圍接口模塊測試設計
    車載計算機主板除核心模塊外，還有許多外圍模塊與其他接口設備相連，主板核心模塊的測試通過讀取主板的自檢結(jié)果來完成測試，對于主板上的外圍接口模塊的檢測，需設計專門的輔助電路及測試程序來完成。
    設計的思路是，把外圍接口模塊分類，每一模塊根據(jù)特性參數(shù)設計專門的測試電路板，測試電路板中通過嵌入軟件模塊產(chǎn)生測試用例，與系統(tǒng)中DSP控制模塊協(xié)同工作，設計框圖如圖3所示。

    從1．1節(jié)中的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)作戰(zhàn)程序固化在FLASH中，測試用戶不能加載測試應用程序，但是，可把測試程序存放在裝有系統(tǒng)的U盤中，改變原有系統(tǒng)的引導方式，由U盤引導系統(tǒng)，運行U盤中測試程序，并與DSP中的控制程序配合分別測試主板上的各外圍模塊。
2．4 無線傳輸模塊設計
    通過無線模塊可實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)傳輸，一方面可以把檢測結(jié)果發(fā)送到遠程終端，供指揮員決策用；另一方面可以從遠程終端獲取維修經(jīng)驗數(shù)據(jù)供本地維修人員參考。
    無線傳輸模塊采用構件形式，傳輸距離在1 000 m左右，更遠的距離可選專網(wǎng)形式完成。

3 系統(tǒng)軟件設計
    軟件部分用于控制硬件并與硬件協(xié)同工作，包括DSP控制程序、PC機顯示程序和U盤自啟動程序。
3．1 DSP控制程序
    DSP控制程序完成如圖1的功能模塊中主板核心模塊的測試(即BIOS自檢結(jié)果讀取模塊的程序控制)和外圍模塊測試的程序控制，其流程圖如圖4所示。

3．2 U盤自啟動程序
    如圖5所示，U盤自啟動程序模塊用于車載計算機主板的外圍接口模塊功能檢測的程序控制，必須與DSP控制模塊中測試程序配合使用。
對于每一外圍模塊，按照外圍接口的分類，根據(jù)特性參數(shù)設計測試用例，每一類外圍模塊輸入一組測試用例，DSP控制程序回采數(shù)據(jù)，彼此配合完成其測試。
3．3 PC機程序
    PC機程序完成測試過程中實現(xiàn)檢測代碼的讀取、分析，并依據(jù)數(shù)據(jù)庫中相關的專家經(jīng)驗提供合適的維修建議，以幫助修理人員修復主板，如圖6所示。

    程序使用Access數(shù)據(jù)庫管理、維護，人機接口界面采用MFC實現(xiàn)。

4 應用
    該檢測系統(tǒng)已應用于某設備的維修訓練系統(tǒng)中，主板的故障代碼數(shù)32個，涵蓋了該類主板的常見故障類型，主板的外圍模塊故障6類(見圖3)。通過使用證明設計可行，較好地解決了該類主板的檢測維修問題。

5 結(jié)語
    車載計算機主板的檢測是一個復雜的過程，本文所述的檢測系統(tǒng)主要應用于裝甲車載計算機主板的常見故障進行檢測。本測試系統(tǒng)可完成：
    (1)主板電源、常用狀態(tài)信號檢測。這些信號對主板的功能起重要作用。
    (2)主板核心模塊功能檢測；
    (3)主板相關硬件接口設備功能檢測；
    (4)根據(jù)維修經(jīng)驗可進行故障定位。利用此測試系統(tǒng)，通過有線(RS 232)把檢測結(jié)果通過上位機顯示或無線形式把檢測數(shù)據(jù)發(fā)送遠程終端，簡易而快速地進行主板故障檢測與維修定位，解決了主板運行過程中不可見和不易檢測的硬件故障檢測，給相關硬件設計和維修人員提供了很大的便利。