Jupiter GPS模块故障修复及AT27C1024芯片复制技术研究

2022-04-15闫静涛赵子罡余长江常聪聪

航空维修与工程 2022年2期

关键词：串口时钟天线

闫静涛赵子罡余长江常聪聪

摘要：通过研究Jupiter GPS模块无法接收GPS信号的批量故障，分析了该模块的工作原理，利用软硬件搭接测试途径，完成对其的单独测试，针对故障芯片进行深入研究，破解、读出芯片中的BIOS信息，完成芯片的复制，解决了该故障。

关键词：Jupiter GPS模块；AT27C1024-70VI；芯片复制

Keywords：Jupiter GPS module；AT27C1024-70VI；chip replication

0 引言

全球定位系统（GPS）是利用美国24颗GPS地球卫星所发射的信息进行导航、定位、授时等服务的系统。自1993年GPS系统向世界免费开放以来，得到了世界各地各行业的广泛应用。GPS广泛应用于航空导航、航海导航、大地测量、石油地质勘探、地震预报、授时校准、自动校时、高程测量、时间同步、输变电工程、疏浚工程测量验收、车辆定位、车辆跟踪、车辆导向及防盗等领域。

美国Rockwell公司生产的Jupiter GPS模块具有尺寸小、性能稳定等优点，可方便、自主地开发出各种GPS应用系统。该模块曾大量装备于我国部分需要接收GPS信号的军民用设备上。具有如下特点：

● 极其紧凑的尺寸：71mm×41mm×11mm；

● 射频输入为1575.42MHz，范围为-130dBw～-163dBw；

● 具有12个并行卫星轨迹通道，能快速识别和再识别当前位置；

● 支持真正的NEMA-0183数据格式；

● 直接微分的RECMSC-104数据动态提供定位精确度；

● 自适应门限检测，提高微弱信号的检测能力；

● 基于SA的静态导航能力；

● 与天线的兼容性强；

● 3D到2D导航时能自动保持纬度；

● 可获得基于SPS的最佳导航精度；

● 无初始化数据时可以自动开启冷启动程序；

● 通过串行通信，有很大的操作空间和配置能力；

● 可接收通过主串口写入的初始化数据；

● 具有三种启动方式：热启动、初始化、冷启动；

● 可以选择卫星；

● 可以选择卫星表面角；

● 最大测速可达500m/s；

● 工作温度范围为-40℃～+85℃。

1 模块功能测试

1.1 模块构成

Jupiter GPS接收模块由GPS信号接收、数据处理两大部分组成，其结构如图1所示。GPS信号接收部分由Rockwell公司生产的R6732-13主芯片及外围电路构成，主要功能是借助天线接收GPS信号并对信号进行解算，同时为天线前置放大器提供5V直流供电。数据处理部分由Conexant公司生产的11577-11主芯片及外围电路构成，主要功能是完成被解算信号的数字化处理，将其转化为RS232信号，以便和外接设备通信，该外围电路中包含美国ATMEL公司生产的AT27C1024-70VI芯片，该芯片为一次性可编程只读存储芯片，储存了芯片初始化所需的BIOS程序。Jupiter GPS接收模块通过两个串口与外部通信，串口1为主串口，全双工方式；串口2为辅助串口，半双工方式，仅提供修正量。可通过这两个串口与外部器件或设备连接，也可用软件编程或硬件设置来配置其串口特性。

该模块还提供一个10kHz的参考时钟输出和一个1pps的时钟脉冲（秒脉冲）输出，可用于时钟同步，进行时钟校准，并具备RESET复位功能，可通过将RESET置低电平对其进行复位。

Jupiter GPS接收模块通过两个接口完成与外接设备的信息交换，J1为同轴电缆接口，通过馈线连接外置天线，接收来自外置天线的信号，J2为双排20针DIP结构，主要功能是提供可用的GPS信号并与外接设备通信，J2的针脚定义见表1。

1.2 功能测试

借助TTL-232转USB工具（见图2）将模块和工控机相连接，使用串口1进行通信，模块2针接+5V，10针接GND，11针接RXD，12针接TXD，利用串口助手对模块的收发功能进行验证，将GPIO2、GPIO3分别置高、低电平，有4种连接方式。

通信验证成功后，使用Jupiter GPS接收模块所配套的GPS卫星接收软件“WinLabMon”对模块接收GPS卫星情况进行测试。测试时需通过馈线连接外置天线，并对天线前置放大器进行+5V供电，将外置天线置于空旷的户外，连接成功并运行软件后可通过软件观察到GPS卫星的数量、分布、信号强度及运行轨迹，如图3所示。

2 故障分析及定位

利用TTL-232转USB工具对故障Jupiter GPS模块进行功能测试，供电后发现模块无10kHz的参考时钟及1pps的时钟脉冲（秒脉冲）输出，主串口无对外通信功能，使用串口助手无法接收到模块发出的信息，无法接收到GPS卫星信息，即模块未启动。

检查贴片保险丝未见异常，检查电阻、电容、二极管等未见击穿、短路等情况，在线检查各芯片供电均正常，可满足芯片的正常工作。使用示波器检查模块上的两个晶振起振情况，发现主芯片11577-11外围与时钟控制器相连接的32kHz晶振未起振，更换时钟控制器及晶振后故障依旧，判断故障点不在时钟控制器及晶振上，而是其他元器件故障导致晶振不起振和模块不启动，故将故障点锁定在以11577-11为主芯片的数字信号处理部分。

结合原理框图（见图4）对模块再次进行分析。数字信号处理部分主要由Conexant公司生产的11577-11主芯片、ATMEL公司生产的AT27C1024-70VI及ISSI公司生产的两个IS62C256-70TI和一个32kHz的晶振、时钟控制器组成。查阅芯片相关资料后发现，IS62C256-70TI为缓存，用于临时存放数据，掉电后数据随之丢失；AT27C1024-70VI为一次性可编程只读存储器（EPROM），写入后不随掉电丢失，用于存放一些芯片的初始化程序；11577-11为该部分的主芯片。经过对比，前期已排除晶振及时钟控制器故障，故最有可能出现故障的部位是11577-11及AT27C1024-70VI。对AT27C1024-70VI芯片进行更换，故障排除。

3 AT27C1024-70VI芯片

3.1 芯片结构

3.2 芯片破解及复制

由于封装原因，无专用烧写适配器，需要将芯片封装由TSOP转换为DIP形式，便于和烧写器相连接。采购通用适配器座后将其改装，改装后满足烧写器要求，如图6所示。通过多种格式的反复读出、写入试验，结合分析奇偶校验、首地址、末地址、累加和等相关软件信息，将芯片中的信息成功读出并复制了该芯片，芯片中存储的信息文档如图7所示。

4 结束语

随着机载设备技术的更新发展，航空维修中电路板修理量和修理深度加大，所涉及的内存芯片越来越多，对所存储信息破解、读出、写入的修复要求也越来越高。该项目试验的成功将为机载设备内存芯片信息破解积累一定经验，同时因该芯片封装形式为TSOP40针表贴结构，分解和装配时对手工焊接要求很高，也为IPC手工焊接积累了经验。