某型飞控计算机CPU模块排故思路概论
2021-12-29汪浩乔兵克李松
汪浩 乔兵克 李松
石家庄海山实业发展总公司 河北 石家庄 050000
1 故障分类
飞控计算机应用于飞机飞控子系统。飞控计算机CPU模块是飞控计算机的核心部件，CPU一旦发生故障，将对整个飞控计算机产生重大甚至致命影响。本文对飞控计算机CPU模块近年来的返修故障信息进行统计分类，并简单介绍其排故思路[1]。
2 排故思路
根据上述对飞控计算机CPU模块故障模式的两种分类，其中接口故障的故障现象一般针对性较强，电路结构清晰，排查起来也较为方便，而对于死机故障，故障原因较为多样，排查起来较为复杂。本节对CPU模块两种类型的故障分别进行相应排故思路的简单介绍。
2.1 死机故障排故思路
对于CPU模块的死机故障根据其故障时微处理器486的运行状态可以细分为微处理器及其关键输入信号故障和外围电路故障两种情况，下面分别对两种情况的排故思路进行介绍。
（1）微处理器及其关键输入信号故障
针对死机故障，首先要检查微处理器及其关键输入信号，以保证处理器的正常运行，一般包括CLK、RESET、READY#、HOLD、KEN#、NMI、INTR等关键输入信号。
.CLK信号用于提供CPU及系统的时钟信号，如果出现问题微处理器将无法正常工作。
.RESET信号提供系统复位信号，使处理器等部件完成内部复位过程。该信号损坏，CPU将无法正常启动工作。
.READY#为准备就绪输入信号，用于结束处理器对存储器或I/O的总线操作。该信号失效会导致总线周期无法正常结束，CPU被挂起。
.HOLD为总线请求输入信号，若异常变高，会导致处理器让出总线权，CPU被挂起。
.KEN#为CACHE使能输入信号，如果异常会导致CACHE无法使能，微处理器性能下降，导致程序跑飞。
.NMI和INTR为中断输入信号，异常的NMI和INTR信号也会导致CPU模块程序跑飞。
如果上述关键输入信号均正常，复位后CPU将会发出ADS#信号，标志着总线周期的开始，并在地址FFFFFFF0H处读取指令开始执行程序。如果关键输入信号均正常，而微处理器仍未发出ADS#信号启动总线周期，则说明微处理器芯片80486存在故障。
故障实例1：用户报CPU模块高温工作1小时，计算机死机。常温检测模块工作正常，高温时飞线拉出CPU模块关键控制信号CLK、RESET、ADS#、READY#等进行观测。检查发现高温故障复现时，RESET信号常高，导致CPU模块无法启动。
针对RESET信号进行进一步检查，将四个复位源分别飞线拉出高温下进行检测，发现DIF复位、软复位均正常，而上电复位POR#在上电后发出正常复位脉冲后经过D触发器异常变为常高状态，导致CPU模块RESET信号常高。将D触发器的输入、输出和控制信号分别进行检查，输入及控制信号均正常，输出故障。该故障定位为D41芯片54F379高温下失效。RESET信号通过54F379（D41）与CLK2和CLK#高电平同步，以确保RESET信号的下降沿在486处理器的时钟周期相位2期间发生。
2.2 微处理器外围电路故障
针对模块死机故障，如果检查完上述微处理器关键输入信号均正常，微处理器也正常工作发出ADS#信号启动总线周期运行程序，则说明是由于微处理器的外围电路故障造成的CPU地址、数据、控制信号异常而导致程序跑飞。一般包括ROM、RAM、总线控制逻辑及地址译码、总线就绪逻辑、中断控制器、总线驱动器及地址锁存器等。
故障实例2：用户报CPU模块低温工作报故，计算机死机。常温检测模块工作正常，低温下故障复现，无法进入监控。低温时飞线拉出CPU模块关键控制信号CLK、RESET、ADS#、READY#等进行观测，发现CPU模块发出一串ADS#信号后，停止运行，程序跑飞。
进一步检查微处理器的外围电路，飞线拉出ROM、RAM片选、读/写等信号进行测量，发现ADS#发出后始终没有ROM_CS产生，由于微处理器复位结束后第一个总线周期在FFFFFFF0H地址处取指令，应当产生ROM_CS信号访问ROM地址空间，但该模块始终无ROM_CS产生，导致CPU模块读到错误指令，致使程序跑飞。
2.3 接口故障排故思路
对于接口故障，在用户处一般表现为功能缺失，但不会死机。用户所报故障信息一般针对性都比较强，返所后经测试设备做针对性的检测一般可以定位到相应的功能电路区。比如同步接口故障、DIF接口故障灯。此类故障模式，可以通过相应的测试程序对故障电路施加激励，进而定位到故障元器件。
故障实例3：用户报CPU模块可以构型DIF接口通讯正常，但PBIT无法通讯。返所后针对用户所报故障现象进行测试。测得DIF接口通讯正常，PBIT通信接口输出异常与用户所报一致。
芯片1脚对应2、3脚为PBIT输出接口，连接串行通信控制器的TxDa串行数据输出端。芯片7脚对应6、5脚为DIF输出接口，连接串行通信控制器的TxDa串行数据输出端。经测试DIF接口通讯正常，判断CPU模块程序运行正常，但是PBIT无法通讯。依用户所报，针对PBIT接口进行通讯测试，测量得到D55芯片的输入信号1脚数据波形正常，芯片使能信号正常，但是输出管脚2、3中的3脚处于常低状态。经过吸空隔离后，判定D55芯片PBIT第一路差分输出功能失效，该芯片损坏[2]。
3 结束语
本文简单介绍了飞控计算机CPU模块近年来常见的返修故障情况及简要分类，并对相应故障类型的排故思路做了简单介绍。通过对几年来工作实践总结，对飞控计算机CPU模块的基本结构有了深刻的理解，通过测试设备和自己的排故方法能够解决98%以上问题，并对各种处理器模块的维修工作具有普遍的借鉴意义。
