飛控計算機CPU 模塊典型故障分析

郭華偉 王兆娜/石家莊海山實業發展總公司

CPU 模塊是通用計算機的核心模塊，擔任計算機的任務調度和計算，其故障具有一定的規律性。本文著重介紹其復位故障、自檢故障、存儲器故障、串口故障及其排除方法，并對故障原因進行了分析。

圖1 飛控計算原理結構圖

圖2 處理器模塊結構功能圖

1 CPU 模塊基本原理

某飛控計算機結構如圖1 所示，從中可以看出，處理器模塊是整個計算機的核心部件。處理器模塊主要完成數據計算、數據存取以及控制各接口模塊工作等任務。處理器模塊的基本結構及功能單元如圖2 所示。

該處理器模塊采用Intel8086 微處理器，CPU 的字長為16 位，存儲器的尋址空間為1MB，I/O 尋址空間為64kB，可按字節或字處理數據；總線時鐘頻率為5MHz，一個總線周期至少有四個時鐘周期。模塊的CPU 配置為最小模式，即所有控制信號都由8086 芯片發出，無需總線控制器進一步譯碼；時鐘發生器8284 為CPU 提 供CLK、RESET、READY 信號。

處理器模塊的數據存儲器RAM 采用512k×32 的靜態存儲器芯片，存儲容量為2MB，存取時間最大為35ns，插入一個等待周期。FLASH 程序存儲器由一片ACT-F128K32N-070P7 構成，采用16 位內存的連接方式，CPU 對FLASH 的讀操作設置為“0”等待，即讀一次FLASH 可在四個時鐘周期內完成，FLASH 用于存儲調試程序及用戶應用程序，有板外控制和板內控制兩種方式。

處理器模塊的三個復位源分別為：上電復位，來自MAX791 的RESET#端，當VCC 低于4.65V 時有效；板外復位，來自連接器插座；看門狗復位，來 自MAX791 的WDPO# 端， 當1.6s內WDI 沒有變化，WDPO#會產生一個1ms 的低脈沖用于復位整個系統，可通過對特定端口進行寫操作清看門狗，也可將INHWDG#置為有效以防止看門狗叫。三個復位源由CPLD 進行譯碼組合，生成RES#輸出至8284，再由8284 生成RESET 信號輸出至CPU。

處理器模塊的不可屏蔽中斷（NMI）僅有一個中斷源，即來自板外的ONMI?？善帘沃袛嚯娐酚梢黄?259和一片240 組成，8259 可處理8 級中斷，板外輸入的8 級中斷經上拉后，再經反相器接至8259，中斷信號為低電平或是下降沿有效。

處理器模塊的定時器由一片8254構成，該定時器的三路輸入時鐘（CLK0、CLK1、CLK2），門控信號（GAT0、GAT1、GAT2）及三路輸出信號（OUT0、OUT1、OUT2）全部引出，門控信號在板內上拉，使三路計時器均處于計數使能狀態。

處理器模塊的串口電路通常為調試電路，用于調試命令的輸入和調試信息的輸出，有工作后再查詢方式和中斷方式兩種。該處理器模塊由一片SMHK381、一片MAX232 和一片MAX488 組成，在異步查詢方式下工作。

處理器模塊的并口電路由兩片8259、四片245 和一片373 組成。

2 故障原因分析和排除方法

2.1 看門狗電路引起的CPU 系統配套自檢報故

對產品加電測試，測試CPU模塊時，看門狗報錯。

該CPU 模塊有單獨的看門狗計時器，看門狗計時設置和計時過程由獨立于軟件操作的硬件來完成，如圖3 所示，看門狗的清除由軟件完成。該CPU 模塊看門狗計時器電路使用MAX791 芯片，看門狗計時周期設計值為70±20ms。測量故障模塊的看門狗周期為49ms，低于設計下限，通過測量確認看門狗輸入與設置均正常，因此將故障定位至D9（MAX791MJE）芯片。

更換D9 芯片，檢測看門狗周期為64ms，通電檢查看門狗，測試合格。

2.2 高溫70°時CPU 不啟動

對產品加電測試，常溫正常，高溫時CPU 串口無輸出。

在產品出現故障時對CPU 模塊進行測量，發現其死機時處于讀存儲器狀態。 分 別 對RAM、ROM、FLASH 芯片進行測量，發現CPU 在讀ROM 芯片D10（MD27C210-20/B） 后 死 機。對D10 芯片片選信號及其地址線進行測量，發現地址線D17 在高溫下的高電平僅為0.7V，正常應為5V，因此確定D10 芯片高溫下失效。

更換D10 芯片，通電檢查，常溫、高低溫測試均合格。D10 為DIP 封 裝， 芯片與焊接引腳的引線在高溫時存在接觸不良情況。

2.3 飛控計算機自檢顯示故障

常溫加電測試正常，未發現故障，低溫狀態下CPU 死機。

低溫故障狀態下測試發現CPU 模塊地址使能信號ADS#無效，對其時鐘信號、復位信號、地址線、數據線和控制信號進行測量，輸入CPU 的信號均正常。因此，判斷D1 芯片33 腳失效。

更換D1 芯片，通電檢查，常溫、高低溫測試均合格。芯片高低溫故障通常是芯片內部缺陷所致，造成焊接引腳與芯片引線接觸不良。

2.4 CPU 自檢時EEPROM READ 報錯

CPU自檢時EEPROM READ報錯。對EEPROM 進行讀操作，發現其67fff8與67fff0 地址單元數據錯誤。

EEPROM 的檢查方法是：根據EEPROM 特定單元寫入特定的數據，檢查寫入數據的校驗和，校驗和正確，則判定EEPROM 測試合格。分析認為，產品工作過程中飛控應用程序也會對EEPROM 進行操作，可能存在地址沖突，導致EEPROM中存儲的數據系列出錯，使校驗和錯誤，導致EEPROM READ報錯。

對EEPROM 的67fff8 與67fff0 地址單元寫入正確數據00、01，通電檢查，EEPROM READ 測試合格。

該故障是由于EEPROM 未進行初始化而導致校驗數據報錯。

2.5 串行口故障

飛控計算機裝機后，用飛控外場檢測儀進行通電調試，發現檢測儀無檢測數據顯示，但用內場檢測設備測試該飛控計算機各項性能正常。

圖3 看門狗電路

圖4 串口電路

該串口電路由一片SMHK381、一片MAX232 和MAX488 組成，如圖4所示，分別提供2 路串行接口，用于軟件調試和串行通信，串行接口配置為一路RS232 和一路RS422，該串口電路用于調試命令的輸入和調試信息的輸出，可工作在查詢方式或中斷方式。

對內外場測試設備的測試差異進行梳理對比，發現內外場測試未使用同一接口，內場測試使用的是KFS-7A 飛控計算機檢測專用口CZ3 中的RS232 接口，而機上測試使用的是KFS-7A 飛控計算機CZ1 口中的RS422 接口。

對處理器模塊使用的RS422 接口進行測試，發現該CPU 模塊RS422 接口3 腳無數據輸出，導致外場測試設備與KFS-7A 飛控計算機無法建立通信，外場測試設備測試頁面無飛機狀態數據顯示。更換CPU 板D17 MAX488 RS422接口芯片，故障排除。

由于測試設備生產廠家、制造時間的不同，極易出現外場測試設備與內場測試設備采用不同物理接口的情況，可能因產品接口故障產生完全不同的測試結果。因此，熟悉產品測試接口的工作方式，對于此類故障的排除有很大幫助。

3 結束語

本文介紹了某型飛控計算機CPU處理器模塊的基本結構和工作原理，通過列舉的典型故障，講解了CPU 模塊各個功能電路的的測試方法和排故思路。以上經驗對于其他類型架構處理模塊故障的解決也有普遍的借鑒 意義。