直升機某顯示系統藍屏故障的研究

江忠英

（海裝駐南昌地區軍事代表室 江西省景德鎮市 333000）

1 引言

某顯示系統作為直升機航電系統重要組成部分，通過多功能顯示器顯示飛行狀態信息、綜合態勢信息等重要飛行信息。顯示器藍屏故障是某顯示系統常見故障之一，對顯示器藍屏故障進行研究和梳理，可提高排故效率，保證載機的完備率。

2 故障現象

某型機飛行過程中，某顯示系統出現“藍屏”故障，現象為多功能顯示器“藍屏”，持續約20s 后恢復正常畫面，在之后兩次試驗中，數次出現“藍屏”現象。第一次試驗發生“藍屏”現象17 次，其中左屏發生11 次，右屏發生6 次；第二次試驗發生“藍屏”現象14 次，其中左屏發生12 次，右屏發生2 次。

3 故障定位

3.1 故障原因

某顯示系統組成主要包括：1 臺處理機、2 臺多功能顯示器、1臺多功能鍵盤和1 個光標控制器。針對藍屏現象，對某顯示系統中各組成逐級進行定位分析，可以形成如圖1、圖2、圖3所示的故障樹。

高速直升此次某顯示系統出現“藍屏”故障表現為多功能顯示器“藍屏”，此次故障首先定位為多功能顯示器故障。多功能顯示器的原理框圖見圖4。

通過故障樹以及原理框圖對多功能顯示器藍屏故障進行分析，得到多功能顯示器“藍屏”可能原因如下：

頭部顯示組件故障，具體故障原因包括：

（1）LVDS 接收故障；

（2）FPGA 邏輯故障；

（3）5V 不穩引起復位。

電源板組件故障，具體故障原因包括：

（1）5V 受到干擾；

（2）飛機供電短時掉電；

（3）電源塊工作異常。

DP 組件異常，具體故障原因包括：

（1）DP 組件視頻輸出接口電路異常；

（2）SGM 模塊視頻處理邏輯異常；

（3）SGM 模塊復位。

3.2 故障排查

對以上故障可能原因進行分析及排查：

圖1：某顯示系統故障樹

圖2：多功能顯示器故障樹

首先頭部顯示組件故障中，頭部顯示組件作為產品的顯示終端，接收DP 組件生成的LVDS 視頻信號，經過特定的調制轉換后以圖形的方式呈現在液晶顯示屏幕上。當頭部顯示組件檢測到DP 組件發送的LVDS 信號不存在或者不正常時，會自身生成藍屏顯示畫面。但是頭部顯示組件中LVDS 接收部件一旦出現故障，就不會自動恢復，一直保持故障狀態，機上藍屏發生后會在約20s 后自動恢復，可判斷顯示頭部組件生成藍屏畫面并非LVDS 接收部件故障，同時觀察了視頻記錄儀（DVR）對多功能顯示器的視頻輸出記錄，當多功能顯示器出現藍屏現象時，對應的視頻記錄儀上也顯示無視頻輸出，因此可以確認，多功能顯示器出現藍屏故障是由于頭部顯示組件未接收到外部LVDS 信號輸入而主動生成的藍屏畫面；FPGA 負責對接收到的LVDS 信號進行識別和調制轉換，一旦出現故障，就不會自動恢復，應該一直保持故障狀態，因此也并非FPGA 邏輯故障；頭部顯示組件當5V 不穩時，會重新復位，出現黑屏，然后藍屏3 秒左右開始正常，與機上藍屏然后20s 后恢復正常不符，所以也排除5V 不穩引起藍屏復位。

圖3：DP 組件故障樹

圖4：多功能顯示器原理框圖

接著關于電源板組件故障，其中產品5V 供電受到干擾后，會引起電源監視芯片產生復位信號，或者芯片由于供電不穩工作異常。干擾分為內部走線干擾和外部信號地受到干擾。產品內部走線是將電源塊產生的5V 電壓通過軟線分別給DP 組件和頭部顯示組件，測量5V 輸出波形如圖5，紋波在80mv 左右，未有明顯干擾波動，所以排除內部走線干擾。

圖5：5V 電源紋波測量

圖6：加入延時及異或操作后邏輯時序圖

電源板組件將5V 提供給DP 組件和液晶屏組件，信號地和殼體地相互分開，對外交聯時，僅DP 組件將信號地引出，作為DVI視頻傳輸的回路地信號。DVI 傳輸線選用四芯同軸線纜，用屏蔽層作為信號地回路。所以電源板組件的5V 電源被外部干擾的可能是通過DP 組件DVI 傳輸線上的信號地被干擾；機上藍屏重啟后，首先考慮是否存在機上供電掉電現象，通過與飛行員了解藍屏重啟發生時，未進行任何操作，同時其他供電設備未出現掉電現象，如果是長時間掉電，液晶屏會出現黑屏現象。通過監控，藍屏時未出現掉電現象，所以排除機上供電短時掉電引起藍屏故障；產品5V 供電是通過DC-DC 電源模塊將28V 轉為5V 進行供電，電源塊選用VICOR 電源塊V28C5M50BL，該電源塊輸出功率為50W，工作溫度-55°C ～100°C，通過貼合在電源板組件殼體進行散熱。而產品5V 所需功耗不大于35W，產品經高溫工作（70℃）長時間工作4 小時以上摸底，未出現性能下降引起藍屏重啟現象，機上藍屏重啟故障發生時間早、中、晚和起飛前后都出現過，和工作溫度無關，所以排除工作溫度過高和老化性能下降引起的藍屏故障。

最后關于DP 組件異常，產品藍屏20s 后恢復顯示，時間上與DP 組件復位的時間比較吻合，同時觀察產品發送給視頻記錄儀上記錄的產品藍屏時的顯示畫面，記錄儀上顯示黑屏（即沒有視頻輸出），證明在藍屏期間，DP 組件工作異常。通過監控軟件監控發現，在藍屏發生時，DP 組件響應了復位信號，DP 組件在復位期間無視頻輸出。由此可以判斷多功能顯示器藍屏故障是由于DP 組件復位重啟無視頻輸出引起。

3.3 故障確認

由于具體分析DP 組件復位重啟無視頻輸出的原因：

3.3.1 DP 組件視頻輸出接口電路損壞排查

DP 組件視頻輸出接口電路為功能電路，通路上無任何邏輯電路，若視頻輸出接口電路損壞，則表現為視頻持續無輸出，與機上約20 秒時間后視頻恢復現象不符，因此排除DP 組件視頻輸出接口電路損壞原因。

3.3.2 SGM 模塊視頻處理邏輯異常排查

可造成DP 組件無視頻輸出的FPGA 功能電路異常主要包括：FPGA 異常重啟或復位、FPGA 譯碼解碼出現錯誤、FPGA 部分Logic Cell 損壞或不能正常工作。如果FPGA 異常重啟或復位，則會快速啟動（復位重啟時間約為700ms），而藍屏現象持續時間為20s 左右，遠遠大于FPGA 重啟或復位的時間。如果FPGA 譯碼解碼出現錯誤，則伴隨視頻分辨率錯誤、或出現丟幀的情況發生，現象為顯示器黑屏、或顯示器閃屏。如果FPGA 部分Logic Cell 損壞或不能正常工作，則表現為穩定出現某一現象，因此可排除SGM模塊視頻處理邏輯異常原因。

3.3.3 SGM 模塊復位排查

通過機上監控軟件采集的故障信息顯示，在產生藍屏的飛行架次，DP 組件中的SGM 模塊均產生了復位，在未產生藍屏現象的飛行架次無任何復位信息記錄。在試驗室環境測試，SGM 模塊產生一次復位并重啟過程會產生一段近20 秒的視頻無輸出時間，與機上藍屏時間吻合，故定位視頻無輸出故障與SGM 模塊復位直接相關。

通過初步排查得到結果為DP 組件故障中的SGM 模塊復位問題，進一步分析，SGM 模塊出現復位問題原因如下：

（1）二次電源掉電；

（2）外部復位源復位；

（3）看門狗復位。

通過機上監控軟件采集的故障信息顯示，在任何飛行架次，都未產生任何二次電源掉電記錄；同時，在試驗室環境下對二次電源芯片供電能力進行測試，測試結果為二次電源芯片可滿足二次供電需求且留有充足余量，在主供電正常的情況下，不會產生異常掉電。因此可排除二次電源異常掉電原因。通過將外部復位源全部禁用，并對外部復位源信號進行監控，在任何飛行架次，都未產生任何外部復位觸發記錄，且在禁用所有外部復位后，依然有藍屏現象發生。因此可排除外部復位源復位原因。通過機上監控軟件采集的故障信息顯示，在產生藍屏的飛行架次，DP 組件中的SGM 模塊均產生了看門狗復位記錄，復位次數與藍屏次數吻合，在未產生藍屏現象的飛行架次無任何復位信息記錄，結合飛機轉三亞試飛后，應用軟件才開啟看門狗功能，故定位視頻無輸出故障與SGM 模塊觸發看門狗復位直接相關。產生SGM 模塊看門狗復位的直接原因可歸類為：軟件異常未喂狗、復雜環境誤觸發看門狗、看門狗邏輯內部誤觸發。

（1）軟件異常未喂狗排查。通過機上監控軟件采集的故障信息顯示，在任何飛行架次，都未產生任何軟件喂狗信號超時記錄；同時，分析應用軟件代碼，若產生軟件運行異常狀態導致看門狗的情況下，應在藍屏故障發生前視頻畫面會有持續1.65 秒的卡頓，通過回看視頻記錄儀視頻，藍屏故障發生前并未有任何卡頓現象。因此可排除軟件異常未喂狗原因。

（2）電磁干擾誤觸發看門狗排查。在藍屏故障發生后，多功能顯示器有針對性的又進行了CS114、CS115、CS116、靜電、EFT等試驗，并在試驗標準基礎上加強試驗條件，試驗結果表明只有在靜電試驗中，使用靜電槍將沖擊電壓提高到16kV 后連續對視頻口和測試口的航插放電，會出現藍屏現象，此藍屏現象為高強度靜電沖擊導致PCIe 傳輸鏈路中斷，是CPU 內部自檢機制報錯，由CPU發起硬件復位。在正常的靜電試驗條件下無法產生藍屏現象，且在三亞現場對機上產品進行靜電放電試驗，無法復現藍屏現象，因此，此種藍屏現象與機上藍屏故障現象不一致，排除電磁干擾觸發看門狗原因。

（3）看門狗邏輯內部誤觸發定位。通過機上監控軟件采集的故障信息顯示，在產生藍屏的飛行架次，DP 組件中的SGM 模塊均產生了喂狗邏輯產生輸出信號記錄，產生信號次數與藍屏次數吻合，在未產生藍屏現象的飛行架次無任何復位信息記錄，故定位視頻無輸出故障與看門狗邏輯內部直接相關。

通過在試驗室環境下，對喂狗邏輯逐條操作進行監控，發現看門狗邏輯會產生采集軟件喂狗信號丟失的情況，而丟失喂狗信號達到看門狗門限時間后，即會觸發看門狗復位，導致SGM 模塊復位，視頻無輸出。因此定位看門狗邏輯喂狗信號采集代碼缺陷導致視頻無輸出故障。

綜上所述，多功能顯示器藍屏故障是SGM 板看門狗邏輯喂狗信號采集代碼缺陷導致DP 組件復位、視頻無輸出故障，進而表現出產品藍屏故障。

4 故障解決方法

本文為解決因SGM 板看門狗邏輯喂狗信號采集代碼缺陷引起的多功能顯示器藍屏故障，修改看門狗喂狗信號采樣邏輯代碼，將喂狗信號WDI 延時兩個時鐘周期，并將延時后的信號與演示前的信號做異或操作，通過此一系列操作，重新構造出一個穩定的且持續時間超過兩個時鐘周期的高電平信號WD_WDI_DELAY，以此信號作為采樣源進行喂狗信號采樣，保證每個喂狗信號都可以被正確采樣，避免丟失喂狗信號，進而修復看門狗復位導致視頻無輸出，出現藍屏故障。

如圖6所示，經過兩個時鐘周期延時后重構出的WD_EDGE信號產生了足夠的高電平脈沖寬度。在T2 時刻、T3 時刻及T4 時刻三個時鐘上升沿處處于建立時間充足的穩定狀態，可被正確采集，保證了喂狗信號采樣不丟失。糾正措施不改變看門狗喂狗信號周期，針對對喂狗信號進行采樣時，進行時鐘脈寬補充，來防止采樣建立時間不足的問題，由于看門狗喂狗信號周期遠大于采樣周期，因此此項糾正措施不會影響看門狗功能的正常工作，對其他邏輯功能也無任何影響，不影響產品功能。

5 結束語

某顯示系統藍屏屬于重大技術問題，此故障會直接影響直升機的普通飛行、執行任務等工作。本文以 “某顯示系統藍屏”現象為例進行分析，對較為常見的藍屏故障進行了定位分析，藍屏故障是由于多功能顯示器中的DP 組件內部的SGM 模塊看門狗邏輯軟件設計缺陷引起視頻無輸出進而表現為藍屏。更改某顯示系統邏輯之后，藍屏問題得到解決。