机载MBI板检测方法研究

张小辉 刘良勇

摘要：多路传输总线接口通信接口（MBI）是航空电子系统的通信基石，航空电子系统的任一分系统都要通过MBI板才能进入1553B通信系统。本文概述了某型飞机的机载MBI板的结构组成和工作原理，通过对MBI板的FMEA分析，研究MBI板的检测方法，制定了MBI板的FMEA分析表，在此基础上开发了MBI的测试系统，并通过了对实际MBI板的测试验证。

关键词：MBI测试;FMEA分析;DPRAM测试

0引言

飞机航空电子系统中采用1553B数据总线作为连接航电系统各子系统之间的纽带，承担着所有航空电子系统之间信息交互的主要任务。为完成这一任务，航空电子系统各子系统中均配置了一块MBI板，即1553B总线接口板，以实现信息的交互通信。各子系统的MBI板，除内部软件不同外，结构、功能、原理完全相同，且在其他国产机型中，相同的MBI板也得到了广泛的应用。目前，在飞机修理过程中已经出现了MBI板故障，以及因此引起的航电电子各子系统性能不合格的状况。基于航空电子产品的特点，该问题必然长期存在。因此，为有效解决MBI板的各类故障，需要对其检测方法和修理技术进行研究。

1 MBI板的FMEA分析

1.1 FMEA分析方法的介绍

FMEA即故障模式及影响分析，是提高产品可靠性的重要手段，是产品设计的一部分，在研制的各阶段与设计工作协调进行并反复迭代，以找出产品所有潜在的故障并评估其影响，以便采取补救措施，提高产品的可靠性水平。尽可能找出设备所有可能发生的故障模式及其可能產生的最坏影响，确定严酷等级，给出故障的检测方式，设计补偿措施及使用补偿措施，以便于消除或削弱故障带来的影响和危害，为设计的改进和方案的权衡提供依据。

通过FMEA的报故信息在一定程度上可以反推出故障发生点，隔离故障，能够快速对故障定位。因此，FMEA分析是板件测试的输入，是产品可靠性分析的一个重要的工作项目，也是开展维修性分析、安全性分析、测试性分析和保障性分析的基础。

在FMEA分析过程中需掌握MBI板的工作原理、绘制功能框图、开展元器件故障和MBI板故障模式分析，这是开展MBI板FMEA分析的基础。

1.2 MBI板的故障研究

1）分析MBI板的工作原理

以某型飞机非航电电子系统监控处理机MBI板为研究对象，根据MBI板的原理图以及器件手册，研究该型非航电电子系统监控处理机的底板总线技术、80C186的应用技术、FPGA的软件分析技术、可编程门电路（GAL）代码解析技术和1553B协议实现电路，对某型飞机的MBI板进行原理分析。其原理为：主机和MBI板之间的通信采用“命令/响应”方式，即主机向MBI模块的DPRAM中命令字单元写相应命令，而MBI执行命令之后，会在DPRAM中响应字单元写响应字。

图1所示为MBI的功能模块构成，包括：

a.主机接口功能模块，负责与CPU模块进行数据交换。

b.通信控制功能模块，负责处理1553B总线消息的接受、发送以及错误处理。

c.总线接口功能模块，负责MBI与双余度1553B总线双绞屏蔽电缆的变压器耦合。

d.计时器功能模块，负责提供航电所需要的DT、RTC和WDT计数器。

e.串行口功能模块，负责在调试过程中与PC或者CRT进行通信，方便调试。

2）绘制MBI原理框图

根据研究结果得出MBI的功能框图，如图2所示。MBI板由80C186、双口SRAM、MIL-STD-1553协议芯片、FPGA、静态存储器等器件组成。输入输出信号有电源、总线信号，输出信号有1553B、232信号。

3） MBI板的元器件故障分析

根据原理图，列出MBI板的所有元器件，对所有元器件进行性能分析，分析MBI的器件特性，确定其所有可能的硬件故障模式（如电阻器的开路、短路和参数漂移等），进而对MBI板的每个硬件故障模式进行分析;列出MBI板的每个元器件，分析其失效模式，并分析对产品产生影响的常用的元器件、零组件，可参考国内外某些标准、手册确定。

4） MBI故障模式分析

通过对目前飞机MBI板故障的统计分类、MBI板原理图的分析和MBI板元器件特性分析，结合原理分析等方法获取MBI板的故障模式，并对引起MBI板故障的原因进行分析。

1.3建立MBI板的FMEA表

根据MBI板的故障模式分析结果，结合产品原理分析和功能框图，根据GJBZ1391-2006故障模式、影响及危害性分析指南，按表1绘制MBI板的FMEA表。

根据以上要求制定了某型机非航电电子系统监控处理机MBI板FMEA分析表。通过制定FMEA分析表，能够更加掌握MBI板的工作原理，通过FMEA的报故信息，在一定程度上可以反推出故障发生点，为后续的测试提供参考。

2整板通电测试方法研究

2.1硬件连接

将MBI板接口的A39（BUSA-）和A40（BUSA+）或D39（BUSB-）和D40（BUSB+）与1553B总线分析仪板卡的通道1连接，如图3所示。MBI板的出厂RT地址均为25。

2.2软件测试

将MBI板通电，如图4所示，若连接成功，则图示位置为绿色;若连接不成功，则图示位置为黄色。

3板载芯片测试方法研究

3.1 DPRAM测试方法研究

IDT7025为高速8K×16双口静态RAM，提供两个独立的口，如图5所示，两口可以独立控制，有独立的地址和I/O引脚，从而实现对内存任何地址的独立的、异步的存取（读写）。芯片使能（CE）具有自动的特点，使每一个端口的片上电力可以进入超低功耗备用模式。

通过查看DPRAM的DATASHEET，分析DPRAM芯片的控制时序，确定其地址空间为0x0000～0X3FFF，如图6、图7所示。

结合DPRAM芯片的控制时序，通过分析GAL的逻辑关系，确定通过LBE总线接口控制DPRAM左口的时序。

开展MBI板DPRAM左口测试。左口测试流程为：写入第一个地址为0x55，再写入第二个地址为0xaa，读取第一个地址，判断是否一致;再写入第三个地址，读取第二个地址，判读是否一致;依次类推，对DPRAM的4K空间遍历测试。

1）制作MBI板测试板

MBI板测试板以80C51F040为核心，以EPM7128为CPLD设计控制电路，按照确定的LBE总线接口的控制时序编写80C51F040的程序和EPM7128的控制程序，实现对DPRAM左口空间读写测试的功能。

MBI板测试板原理图如图8所示，PCB图如图9所示。

2）配合总线控制，编写CPLD程序

程序编与规则如表2所示。

3）结合LBE总线时序和DPRAM的控制时序，编写80C51F040单片机程序，实现对DPRAM左口空间读写的操作。测试流程如图10所示。

4） MBI板连接自制板。

5）测试判断

MBI板通电后，利用遍历法对DPRAM左口进行测试。在遍历测试过程中和结束处设置断点，若程序运行到遍历结束断点处，则双口RAM左口测试通过;若程序运行到测试过程中断点处，则双口RAM测试不通过。通过查看测试停止的状态，定位DPRAM的故障地址。

3.2处理器、RAM和ROM测试方法研究

通过编写更改80C186的程序，测试响应是否正确。80C186程序编写更改方法如下：

a.利用idag软件对从MBI板上读取的源码进行反汇编，通过分析得出MBI板80C186处理器的寄存器配置信息。

b.根据寄存器配置信息、程序運行过程中的跳转地址和反汇编的80C186程序代码，利用80C186处理器开发软件（emu8086），开发MBI板上ROM、RAM、1553B测试程序。

c.利用EXE转BIN软件，将生成的EXE文件转换为可烧写到ROM里的BIN文件。

d.将生成的BIN文件烧写到CY7C261（装载程序的ROM芯片）。

1） RAM测试方法

通过编写80C186测试程序，对RAM空间遍历写Ox55和OxAA，再进行读取，判断是否一致。测试程序如下：

ramtestloop：

MOV DI，DS：[BX]

MOV DS：[BX]，5555h

CMP DS：[BX]，5555h

JNE ramerr

MOV DS：[BX]，0AAAAh

CMP DS：[BX]，0AAAAh

JNE ramerr

MOV DS：[BX]，DI

ADD BX，2

LOOP ramtestloop

2） DPRAM右口测试方法

通过编写80C186测试程序，对DPRAM右口空间遍历写Ox55和OxAA，再进行读取，判断是否一致。测试程序如下：

dpramtestloop：

MOV DI，ES：[BX]

MOV ES：[BX]，5555h

CMP ES：[BX]，5555h

JNE dpramerr

MOV ES：[BX]，0AAAAh

CMP ES：[BX]，0AAAAh

JNE dpramerr

MOV ES：[BX]，DI

ADD BX，2

LOOPdpramtestloop：

3） ROM测试方法

将板载ROM焊接处理后进行数据读取并与原程序进行比对，判断是否一致。

3.3 FPGA测试方法

1）在DPRAM右口测试正常的情况下，对其存储芯片XC1765A进行数据读取与备份数据比对，一致则判断XC1765A合格，不一致则判断XC1765A不合格。

2）通过编写简单的程序，烧写至XC1765A，来测试FPGA是否工作正常。

3.4 1553B协议层和物理层测试

通过编写80C186测试程序判读1553B协议芯片寄存器的状态是否正常，编写控制程序判断1553B收发是否正常。

4结束语

通过对机载MBI板的测试研究，得出如下结论：

1）通过对MBI板的原理分析，掌握了MBI板的器件组成、工作原理和外部接口定义。

2）通过对MBI板的故障模式及影响分析，得出了MBI板所有元器件的故障类型、故障模式及影响分析表（FMEA表）。

3）实现了对MBI板通信正常测试以及双口RAM、处理器、RAM、ROM、FPGA和1553B协议层和物理层等板载芯片的测试。

4）实现了通过修改80C186代码达到测试板件的目的。

通过机载MBI板的检测方法研究，掌握了机载MBI板的工作原理、故障模式分析方法和测试技术，形成了机载MBI板的单板故障检测和修理能力，提高了MBI板的单板修理深度。

参考文献

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