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[導(dǎo)讀]摘要:針對(duì)當(dāng)前車載計(jì)算機(jī)主板的故障測(cè)試問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于DSP控制的車載計(jì)算機(jī)主板檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)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(guò)設(shè)計(jì)外圍模塊的仿真測(cè)試板及測(cè)試程

摘要:針對(duì)當(dāng)前車載計(jì)算機(jī)主板的故障測(cè)試問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于DSP控制的車載計(jì)算機(jī)主板檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)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(guò)設(shè)計(jì)外圍模塊的仿真測(cè)試板及測(cè)試程序來(lái)檢測(cè)主板外圍模塊的功能;最后的檢測(cè)結(jié)果通過(guò)維修檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)給出輔助維修建議,也可通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸獲取遠(yuǎn)程的專家維修指導(dǎo)。應(yīng)用結(jié)果表明:該檢測(cè)系統(tǒng)能檢測(cè)主板的常見(jiàn)故障,顯示主板的故障位置,并根據(jù)維修建議便于實(shí)際維修,較好地解決了該類主板的檢測(cè)維修問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:車載計(jì)算機(jī)板;外圍接口模塊;上電自檢;仿真測(cè)試板

0 引言
   
隨著電子技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、控制技術(shù)等的迅速發(fā)展,裝甲車輛內(nèi)部的信息設(shè)備越來(lái)越多,大大提升了武器裝備的作戰(zhàn)效能。許多控制器設(shè)備、信息終端設(shè)備等都配備有微型化的車載計(jì)算機(jī)主板,通過(guò)信號(hào)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(fù)雜性和諸如現(xiàn)有檢測(cè)工具等方面的限制,目前還沒(méi)有一種通用的檢測(cè)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(gè)重要因素。從應(yīng)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(wú)法維修,采用換板的方式解決,其實(shí)大部分主板故障并不嚴(yán)重,只要稍加維修就可以正常使用。為了便于裝甲車載計(jì)算機(jī)主板的故障診斷及維修,本文針對(duì)某型戰(zhàn)車的CPU主板的檢測(cè)提出了一種實(shí)現(xiàn)方案,能檢測(cè)出主板的故障位置,根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供輔助維修決策,便于裝備維修人員直觀、準(zhǔn)確地定位并排除故障。

1 測(cè)試分析
1.1 被測(cè)主板信號(hào)分析
   
某型戰(zhàn)車被測(cè)計(jì)算機(jī)主板的信號(hào)具有如下特征:
    (1)車載計(jì)算機(jī)主板集成了Intel CPU、內(nèi)存、南橋、北橋等,外圍設(shè)計(jì)有A/D、D/A、CF卡、存儲(chǔ)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(hào)特征與通用PC機(jī)主板的基本構(gòu)成相似,因而可充分利用現(xiàn)有的測(cè)試方法,簡(jiǎn)化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
    (2)作戰(zhàn)程序存儲(chǔ)在FLASH存儲(chǔ)器內(nèi),運(yùn)行時(shí)加載到內(nèi)存中。因此測(cè)試用戶不能加載外部測(cè)試程序到系統(tǒng)中。
    (3)車載計(jì)算機(jī)主板的核心模塊為專用型、集成度高,測(cè)試用戶不能進(jìn)行各種手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)試。但通過(guò)分析,在系統(tǒng)加電時(shí),進(jìn)行上電自檢,可以通過(guò)讀取自檢結(jié)果來(lái)判斷功能是否正常。
1.2 測(cè)試步驟設(shè)計(jì)
   
通過(guò)對(duì)被測(cè)主板的分析,把被測(cè)主板的測(cè)試分成兩部分,即對(duì)主板核心模塊的測(cè)試和對(duì)外圍模塊的測(cè)試,構(gòu)造如下的測(cè)試步驟。
    (1)測(cè)試主板核心模塊
    根據(jù)上面的分析,設(shè)計(jì)一接口電路讀取主板自檢的結(jié)果,以此來(lái)判斷主板功能的好壞。
    (2)測(cè)試外圍模塊
    外圍模塊主要是I/O接口、顯示及總線等。對(duì)這部分的測(cè)試需要增加輔助電路,可針對(duì)某一類接口設(shè)計(jì)專用的測(cè)試板,這些測(cè)試板模擬接口信號(hào)與主板交互,通過(guò)一組測(cè)試用例完成外圍模塊的測(cè)試。
    (3)收集測(cè)試數(shù)據(jù)
    設(shè)計(jì)一控制器收集測(cè)試結(jié)果,通過(guò)串口把數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī),或者通過(guò)無(wú)線傳送到遠(yuǎn)端的服務(wù)器。
    (4)維修策略指導(dǎo)與顯示
    通過(guò)測(cè)試結(jié)果的處理,根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn),在PC中顯示對(duì)被測(cè)主板的維修指導(dǎo)。

2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)
   
由以上的分析步驟,設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖1所示。整個(gè)測(cè)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(cè)試模塊;外圍接口部件測(cè)試模塊;無(wú)線傳輸模塊及PC機(jī)結(jié)果顯示。


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


    該模塊硬件部分主要包括:被測(cè)主板電源及狀態(tài)信號(hào)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(hào)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(hào)(如RST,OSC,CLK等),需要采集這些信號(hào),判斷電源是否接通,電壓是否正確,狀態(tài)信號(hào)是否正常,并將結(jié)果傳送到PC上位機(jī)顯示。
    (2)測(cè)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(guò)設(shè)計(jì)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(wù)程序中實(shí)現(xiàn)對(duì)代碼數(shù)據(jù)的鎖存,由DSP讀取所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)代碼,并傳送到PC上位機(jī)處理。
    (3)控制模塊
    由DSP控制模塊完成。
2.3 外圍接口模塊測(cè)試設(shè)計(jì)
   
車載計(jì)算機(jī)主板除核心模塊外,還有許多外圍模塊與其他接口設(shè)備相連,主板核心模塊的測(cè)試通過(guò)讀取主板的自檢結(jié)果來(lái)完成測(cè)試,對(duì)于主板上的外圍接口模塊的檢測(cè),需設(shè)計(jì)專門的輔助電路及測(cè)試程序來(lái)完成。
    設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)專門的測(cè)試電路板,測(cè)試電路板中通過(guò)嵌入軟件模塊產(chǎn)生測(cè)試用例,與系統(tǒng)中DSP控制模塊協(xié)同工作,設(shè)計(jì)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(cè)試用戶不能加載測(cè)試應(yīng)用程序,但是,可把測(cè)試程序存放在裝有系統(tǒng)的U盤中,改變?cè)邢到y(tǒng)的引導(dǎo)方式,由U盤引導(dǎo)系統(tǒng),運(yùn)行U盤中測(cè)試程序,并與DSP中的控制程序配合分別測(cè)試主板上的各外圍模塊。
2.4 無(wú)線傳輸模塊設(shè)計(jì)
   
通過(guò)無(wú)線模塊可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)傳輸,一方面可以把檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到遠(yuǎn)程終端,供指揮員決策用;另一方面可以從遠(yuǎn)程終端獲取維修經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)供本地維修人員參考。
    無(wú)線傳輸模塊采用構(gòu)件形式,傳輸距離在1 000 m左右,更遠(yuǎn)的距離可選專網(wǎng)形式完成。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
   
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(jī)顯示程序和U盤自啟動(dòng)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(cè)試(即BIOS自檢結(jié)果讀取模塊的程序控制)和外圍模塊測(cè)試的程序控制,其流程圖如圖4所示。


3.2 U盤自啟動(dòng)程序
   
如圖5所示,U盤自啟動(dòng)程序模塊用于車載計(jì)算機(jī)主板的外圍接口模塊功能檢測(cè)的程序控制,必須與DSP控制模塊中測(cè)試程序配合使用。
對(duì)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(shè)計(jì)測(cè)試用例,每一類外圍模塊輸入一組測(cè)試用例,DSP控制程序回采數(shù)據(jù),彼此配合完成其測(cè)試。
3.3 PC機(jī)程序
   
PC機(jī)程序完成測(cè)試過(guò)程中實(shí)現(xiàn)檢測(cè)代碼的讀取、分析,并依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)的專家經(jīng)驗(yàn)提供合適的維修建議,以幫助修理人員修復(fù)主板,如圖6所示。


    程序使用Access數(shù)據(jù)庫(kù)管理、維護(hù),人機(jī)接口界面采用MFC實(shí)現(xiàn)。

4 應(yīng)用
   
該檢測(cè)系統(tǒng)已應(yīng)用于某設(shè)備的維修訓(xùn)練系統(tǒng)中,主板的故障代碼數(shù)32個(gè),涵蓋了該類主板的常見(jiàn)故障類型,主板的外圍模塊故障6類(見(jiàn)圖3)。通過(guò)使用證明設(shè)計(jì)可行,較好地解決了該類主板的檢測(cè)維修問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)
   
車載計(jì)算機(jī)主板的檢測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,本文所述的檢測(cè)系統(tǒng)主要應(yīng)用于裝甲車載計(jì)算機(jī)主板的常見(jiàn)故障進(jìn)行檢測(cè)。本測(cè)試系統(tǒng)可完成:
    (1)主板電源、常用狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)。這些信號(hào)對(duì)主板的功能起重要作用。
    (2)主板核心模塊功能檢測(cè);
    (3)主板相關(guān)硬件接口設(shè)備功能檢測(cè);
    (4)根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)可進(jìn)行故障定位。利用此測(cè)試系統(tǒng),通過(guò)有線(RS 232)把檢測(cè)結(jié)果通過(guò)上位機(jī)顯示或無(wú)線形式把檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送遠(yuǎn)程終端,簡(jiǎn)易而快速地進(jìn)行主板故障檢測(cè)與維修定位,解決了主板運(yùn)行過(guò)程中不可見(jiàn)和不易檢測(cè)的硬件故障檢測(cè),給相關(guān)硬件設(shè)計(jì)和維修人員提供了很大的便利。



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