一种机载计算机的BIT软件设计
闫闯 马超 王轩 李姗 周颖
【摘要】? ? 综合飞控计算机作为机载计算机，对安全性和可靠性有着较高的要求。机内自测试（BIT）技术由于其不依赖外部设备，仅使用自身软、硬件完成故障诊断及隔离的特点，目前成为提高机载计算机可测试性和可维护性的有效措施。本文从BIT的工作模式、常用测试方法以及故障诊断等方面对综合飞控计算机的BIT技术进行了详细的介绍。研究表明，本BIT设计测试覆盖率高，可以快速诊断出故障根源，进而提高机载计算机的安全性和可靠性。
【关键词】? ? 综合飞控计算机? ? 机内自测试（BIT）? ? 故障诊断
引言：
综合飞控计算机是重要的机载计算机，同时也是自动飞行控制系统的核心部件。机内自测试（BIT）技术是一种系统和设备内部提供的硬件检测与故障隔离的自测试技术。设计良好的BIT系统可以显著提高机载计算机的可靠性、可测试性和可维护性。本文以某综合飞控计算机项目为背景，详细介绍了其BIT软件设计。
一、项目背景
综合飞控计算机主要由中央处理单元（CPU）、输入输出模块（IOM）和电源（PS）等模块组成，需要根据不同模块的特点设计对应的BIT测试方法。BIT主要分为四种模式：上电BIT（PUBIT）、飞行前BIT（PBIT）、飞行中BIT（IFBIT）和维护BIT（MBIT）。
在综合飞控计算机上电后，首先会进行PUBIT，然后根据轮载和GSE等信号决定系统进入对应的BIT模式。具体的BIT工作状态转换如图1所示：
二、BIT详细设计
本节从BIT的四种模式、BIT的测试方法和BIT的故障诊断三方面来介绍BIT的详细设计。
2.1 BIT的工作模式
PUBIT在综合飞控计算机上电以后执行，其重点检测的是计算机硬件资源的完好程度，不需要借助任何外部硬件，由计算机内驻留的软件程序自动完成。
PBIT是综合飞控计算机在地面工作状态下，接收自测开关信号后对计算机的资源及相关部件进行自检测，它是在离合器接通状态下进行的一系列自动测试，用来检测自动驾驶仪系统的功能是否正常。
IFBIT是综合飞控计算机在启动运行后，在不影响飞行任务及飞行安全的情况下，对整个驾驶仪系统资源进行的监控与检测。
MBIT是综合飞控计算机在连接地面开发、维护设备时对计算机自身资源及驾驶仪系统部件进行的检测。它支持地面开发、维护设备，用来协助地面维护人员对系统的故障进行检测，仅在地面对系统进行维护时使用。
PUBIT、PBIT和IFBIT的检测结果均会记录在非易失存储器（NVRAM）中。同时，PBIT的结果还会通过总线传输给EFIS并显示，供飞行员及机务人员了解飞机的状态。MBIT是一个人机交互的过程，由特定线缆将飞控计算机与微机连接，并通过串口将检测内容输出并打印显示在微机显示器上，供地面维护人员查看。MBIT可以通过指定的单项测试和循环测试来检测飞控计算机的硬件状态，还具有FLASH编程，察看故障记录信息，清除NVRAM故障记录信息等功能。
2.2? BIT的测试方法
CPU模块、IOM模块和PS模块是综合飞控计算机的重要组成模块。CPU模块的功能包括余度管理、控制律计算、同步、电源监控、交叉通道传输（CCDL）、通道故障逻辑（CFL）、429通信、离散量输入输出处理等;IOM模块的功能包括模拟量输入输出、429总线的输入输出、CCDL输入输出、测试等;PS模块为飞控计算机的稳定运行提供电源支持。本BIT设计从飞控计算机整体结构入手，充分考虑各模块的功能与接口需求，设计了详尽的BIT测试项。从测试方法上来说，分为输入输出测试、激励测试和回绕测试三类。
2.2.1? 硬件资源的输入输出测试
基本硬件资源的功能是明确的，有输入就会有预期的输出，可以通过比较实际输出与预期输出来判断硬件资源的健康程度。对CPU模块上的硬件资源进行测试，主要包括： CPU处理器、FLASH、随机存取存储器（RAM）、NVRAM、双口存贮器（DPRAM）、通道故障逻辑（CFL）、中断、定时器、看门狗等。对IOM模块上的硬件资源进行检测，主要包括：DSP处理器、RAM、FLASH、DPRAM等。
CPU处理器的测试有整型数据运算、浮点数运算、逻辑运算和地址运算，分别通过设定的一组数据来完成对应的运算指令，以检测CPU处理器的各项功能是否正常。DSP处理器的测试方法与CPU类似。RAM、NVRAM和DPRAM这一类存储器通常采用地址检测的方法，主要测试地址总线、数据总线和数据存取是否正常。通过往特定地址空间写入数据，然后从该地址空间回读数据并与写入数据对比，如果不一致则表明有故障。FLASH的测试分为系统FLASH和应用FLASH两部分，分別对其所占用的FLASH扇区进行累加求校验和，然后与之前存入的扇区校验和进行比较，如果一致则测试通过。
CFL测试首先进行初始化后，然后加入CPU置故障（CPUV）信号，置故成功后撤销CPUV信号并逻辑复位，最后返回测试结果。中断测试首先初始化并设置一个时钟频率，然后挂接时钟中断，使能时钟并延时超过时钟频率，若发生中断则测试通过。定时器的测试与中断类似。看门狗主要用于检测软件周期任务的正确性， 判断程序是否出现死循环或执行异常，对看门狗电路的测试通常会设定一个看门狗超时时间门限，然后挂接看门狗中断并使能看门狗，延时时间超过门限时间看是否会触发看门狗中断;然后重新初始化看门狗并设定时间门限，在门限时间内一直进行喂狗操作，看是否会触发看门狗中断，只有两项测试同时通过才说明看门狗没有故障。
2.2.2? 电源、离散量和模拟量的激励测试
激励测试是检测信号量输入待测试电路的正确性，通过输入激励信号，然后与采集到的信号进行比较，来判断电路是否工作正常。
电源激励测试在保证电源状态正常时进行，首先设定对比值和允许误差门限，然后通过多路选通选定对应通道并采集电压测量值，将测量值进行AD转换并与设定的对比值做差，如果差值超过允许误差门限则说明本次测试的内容有故障。
离散量激励测试包括离散量自检输入激励测试和离散量多路选通输入激励测试两部分。离散量自检输入激励测试是利用离散量芯片自身的自检功能进行检测，离散量多路选通输入激励测试是在离散量激励寄存器地址写0写1，在离散量输入寄存器回读，判断读取值是否正确。详细介绍一下离散量多路选通激励测试的过程，首先读取寄存器的原始值，然后使能激励寄存器并选通对应通道，然后读取不加激励的值，再给对应通道施加反向激励，读取施加反向激励后寄存器的值，最后根据读取到的值来判断选通通路的正确性。
模拟量的激励测试与离散量激励测试过程相似。首先读取激励前的结果，然后计算激励电压对应的码值，再用计算出的码值加激励并读取激励后的结果，最后撤销激励判断是否超差，如果没有超差则模拟量激励测试通过。
2.2.3? 同步、429和CCDL的回绕测试
回绕测试适用于具有成对的输入和输出接口电路。同时需要在输入输出端设置开关，正常情况下开关断开，电路正常工作;回绕测试时开关闭合，使得输入输出形成闭合回路，通过输出接口输入一个标准信号，由输入接口接收并判断电路工作是否正常。
同步回绕测试通过向同步输出寄存器写0写1，然后回读同步输入寄存器，对回读结果进行判定。429回绕测试首先将429设置为回绕收发模式，清空数据缓冲区以后发送數据，延时再接收数据，最后判断接收数据与发送数据是否相等。CCDL回绕测试包含通道内回绕测试和通道间回绕测试，基本的测试思路与429回绕测试一致，也是通过对比回绕接收数据与发送数据是否相同来判断回绕测试是否通过。
2.3? BIT的故障诊断
本BIT设计遵循自顶向下的原则，从飞控计算机整体结构到各模块再到各项功能，具有较高的测试覆盖率和较好的故障追溯能力，同时所有故障结果均记录在NVRAM的对应区域，便于地面维护人员进行准确快速的故障定位和故障查询，接下来以电源激励测试为例进行说明。
在某次测试过程中，电源激励测试显示故障。根据打印信息和故障码定位到错误原因为+15V激励测试失败，然后追踪测试代码判断是采集得到的电压与设定标准电压的差值超过了门限要求因此报故，进一步确定了+15V激励测试所选通的对应AD通道采集结果并通过AD转换得出采集电压值，在与对应通路硬件电路确认后初步判断是某一路电阻失效，最终通过测试硬件电路确定了故障，与之前的判断一致。
三、结束语
随着武器装备的扩大应用与研制复杂度的提升，对机载计算机的可靠性和故障诊断能力的要求也越来越高，BIT设计也逐渐成为机载计算机设计的一项重要内容。本文详细介绍了BIT的工作模式、测试方法以及具体的测试项，并通过故障诊断进行了故障的分析与定位。实践表明，本BIT设计可以快速检测并定位出故障，有效提高机载计算机的可靠性和可维护性。
参? 考? 文? 献
[1] 田心宇，姚英. 一种新型BIT技术在机载计算机设计中的应用研究[J]. 微电子学与计算机，2019， 36（4）：29-32.
[2] 马超. 自动飞行控制系统BIT设计与实现[J]. 信息通信，2018，2：73-74.
