一种俄制ГOCT18977-89 总线通信偶发故障剖析

（中国电子科技集团公司第十研究所，四川 成都 610036）

0 引言

我国在多年前引进了一定数量的俄制飞机，机上航电通信用计算机主要采用俄制 ГOCT18977-89总线通信协议，无法与我方数据处理计算机直接进行数据交换。为了实现双方计算机有效的数据通信，需要通过数据转换模块（简称AT 模块）来完成通信转换。近年来，此类飞机在外场执行任务时偶发总线通信故障，通过深入剖析、排查与诊断，最终确定故障是由于CPLD 对协议芯片的复位临界所导致，并提出解决与改进措施，有效提高了芯片复位的可靠性。经试验表明，该方法切实可行，能够有效保障双机之间的正常通信。

1 工作原理

通信中，当数据下行时，AT 模块接收到俄制ГOCT18977-89 总线输出的数据，对其进行识别判断，然后发送给我方数据处理计算机进行下一步数据处理，最后将处理完毕的数据下发给电台；当数据上行时，电台需首先将数据发送到我方处理计算机，处理后再发送至AT 模块进行识别并转换为ГOCT18977-89通信协议的标准格式，最后回传给俄制通用计算机。

目前，国内尚无俄式ГOCT18977-89 总线协议的专用芯片和仿真设备，然而该协议类似于美国的ARINC429总线通信协议。两者的电气特性和数据格式均一致，其主要区别在于前者拥有更多种通信速率[3][4]。在AT 模块设计时采用ARINC429总线芯片进行速率的匹配，使其通信数据速率为48 kb/s±25%。在生产调试中多采用带ARINC429板卡（简称429）的计算机来模拟ГOCT18977-89总线控制器，并直接与AT 模块连接，其工作原理如图1所示。

由图1可见，协议芯片收到俄制通用计算机经总线发出的信号后，将其转换为16位（DB0～DB15）并行数据并传送给CPLD，CPLD 进行数据识别，当接收到的第一帧数据满足上行帧头要求（例如55h）时，则将数据解析处理后的信息上传至协议芯片，经429转换为总线格式后输出至俄制计算机；当接收到第一帧数据满足下行帧头值（例如AAh）时，将该数据转换后由单片机经电平转换为标准RS422格式，最后输出至我方数据处理计算机。

图1 AT模块工作原理图

当AT 模块接收到电台处理完成的数据时，其信息将以串行32位码字的形式呈现，并在CPLD 中进行数据解析处理，然后通过协议芯片及驱动器转换为429总线格式，输出到俄制通用计算机。完成信息发送后，模块自动恢复到接收数据状态。

2 故障剖析与定位

然而，当双方计算机在进行数据通信时，偶发出现总线通信故障，数据无法正常传输。具体故障现象为，在无外部数据激励时，总线持续收到错误数据“80000000h”。经测试，故障概率约10%，部分产品高达50%。该故障具有偶发性，故障件并非固定批次的产品或器件，非硬件批次故障。

我们从信号流程出发，首先把关注点放在429总线信号的输入输出支路上，即图1中构成的环路，其硬件电路包括429协议芯片和429电平转换芯片。429电平转换芯片型号为BD429A，其引脚如图2所示。

图2 电平转换芯片原理图

图3 协议芯片原理图

器件2脚/3脚为计算机输入的总线入信号，8脚为CPLD 控制的器件片选，37脚为CPLD 分频后器件时钟，30脚为发送缓存空标志，33脚为CPLD 控制的发送使能（高有效），31脚/32脚为输出至电平转换芯片D13的429信号。

故障时，示波器测试时钟CLK3282正常；429D1A/B 为低电平（无429 数据输入）；DB0～DB15 常低（与CPLD 间无数据交换）；SEL 为高（CPLD 控制使能无效）；ENTX 为高（发送使能有效）。再测试输出信号，429D0/1均有数据！读取数据确实是“80000000”；再测试TX/R 为低电平，即发送缓存空标志有效，表明外部无数据输入。综上分析，确认协议芯片在未收到任何外部有效信号的情况下，持续有数据输出且输出使能有效。判断协议芯片工作异常。由此列出故障树如图4所示。

图4 429协议芯片输出异常故障树

根据故障树逐一分析：

（1）M1——电源供电异常。万用表、示波器测试板上各电源，反复开关电测试VCC、+3.3V 等电源均正常，排除此项。

（2）M2——芯片自身制造缺陷。测试发现只要上电正常，模块均持续正常工作，高低温试验下现象相同。更换芯片部分产品故障概率会降低，但未彻底消除。器件检测未发现指标异常，暂时排除此项原因。

（3）M31——复位异常。查HS1-3282-8 器件资料，复位信号宽度要求见表1。

表1 HS1-3282-8器件复位信号

即要求复位脉宽最小值200 ns。测试模块复位信号/RES1和协议芯片复位信号/MRESET（39脚）时序关系如图5所示。

图5 复位时序图

即复位信号恰好设计为200 ns 有效，故障时测试复位波形和正常工作一样。查询CPLD 和单片机程序，复位电路设计与上述实测数据一致。为确定是否复位不能满足器件需求，我们做了两个试验：一是故障时，从协议芯片39 脚（/MRESET）人为引入一个低脉冲（即手动复位），脉冲长度从300 ns～1 ms 不等，多次反复测试，故障不再出现；二是加电后直接给协议芯片复位脚（39脚）手动复位一次，再次测试模块功能正常，重复测试均无故障。通过以上试验验证，故障原因是协议芯片未有效复位，即当前200 ns 复位信号不能满足部分器件需求，适当延长复位信号即能解决故障。

（4）M32——控制信号异常。故障时，测试使能信号SEL 为高，即芯片片选无效状态，此时时钟信号正常，输入数据线，收发使能、方向等信号都处于无效状态，故排除此项。

综上所述，定位故障原因为CPLD 软件中对协议芯片的复位设计临界，部分产品在此时间段不能完成协议芯片的有效复位，达不到器件需求，导致偶发出现通信故障。

3 故障机理分析与解决措施

3.1 故障机理分析

AT 模块主要实现了两个功能，接收俄制ГOCT18977-89总线（用ARINC429模拟）数据，进行识别、处理、转换后分别转发给计算机或者回传给俄制总线。

协议芯片主要用于将输入429总线数据转换为16位并行数据，并接收CPLD 和单片机转换处理后的数据，将其再次转为429数据发出。其器件复位时间要求最小200 ns，而目前设计值恰好为200 ns。由于元器件制造差异，绝大多数器件在此时间段能完成复位，功能正常。而少量器件偶发不能有效复位，导致故障。

3.2 解决措施

AT 模块中的处理器为单片机，其正常工作时间必须晚于其他配套芯片，否则单片机无法完成启动BIT 自检工作，故协议芯片的复位时间必须早于单片机复位时间。单片机复位是由外部复位芯片完成，其固定输出为200 ms，429协议芯片由CPLD 根据外部时钟来进行计数形成复位信号进行复位，在保证不超过单片机处理器复位时间的情况下，增加429协议芯片复位时间延长为100 ms。修改CPLD 复位电路软件，修改后复位时间时序示意图如图6所示。修改程序后，反复验证，产品工作正常，故障消除。

图6 加长复位后时序示意图

4 结束语

本文详细阐述了工程中ГOCT18977-89总线的应用及本次偶发故障的定位分析过程。经排查，最终确定根本原因是芯片复位电路设计临界，不能适应部分芯片的要求，使用过程中出现偶发性故障。集成电路未有效复位，其输出将处于不确定状态，会导致系统逻辑混乱从而引发功能故障。复位电路设计的好坏，直接影响着整个系统工作的可靠性。在设计复位电路时，不仅要保证满足器件资料的要求，还需留出足够余量，以满足工程中元器件制造差异性的要求。本次通过对复位程序的优化，成功地解决了这起隐蔽性故障。