摘要：分析1553B總線模塊設計原理基礎上，通過對1553B總線模塊故障樹的定性和定量分析，構建基于故障樹的故障診斷系統。描述基于虛擬儀器技術的故障診斷系統實現方案并設計相應的單元測試集，提高故障定位的精確度。

0 引言

1553B總線全稱“數字式時分制指令/響應型多路傳輸數據總線”，是一種串行多路數據總線標準。20世紀70年代，美國公布了MIL-STD-1553標準，首次應用在F-16A/B戰斗機上，成為三代戰機航電系統的主要特色之一。隨著技術的改進和完善，在1980年之后推出MIL-STD-1553B標準，1553B總線在可靠性高，實時性強等方面優點使它在現代武器系統中越來受到重視。目前，1553B總線廣泛應用于各種作戰飛機，同時拓展到各種戰車、導彈，艦船等武器平臺。

1553B總線模塊涉及的項目種類多，維修保障數量大，要快速完成故障模塊的維修和保障有很大難度。為了降低故障定位難度，縮減維修時間，提高維修質量，研究以通用1553B總線模塊維修平臺為依托的通用1553B總線模塊故障診斷系統設計，具有重要的意義。

1 1553B總線模塊的系統結構

分析1553B總線模塊的系統結構，系統結構設計如圖1所示。1553B總線模塊硬件主要包括通信控制器(CPU、EPROM、RAM及時鐘復位電路組成，它主要承擔著傳輸層任務，包括控制1553B協議處理器，處理通信錯誤，響應系統主機命令進行服務等功能)、共享存儲器(DPRAM)、1553B協議處理器、雙通道總線收/發器和隔離變壓器、計時器(實時時鐘RTC)、與子系統主機接口控制邏輯、內部控制邏輯和串行口電路

2 維修測試平臺系統集成

維修測試平臺采用了基于VXI總線虛擬儀器技術。維修測試平臺系統硬件平臺主要由系統控制器、VXI測試系統、程控電源、通用示波器、PC-MBI模塊，多串口卡和測試接口適配器組成。測試系統構成見圖2所示。

1)系統控制器采用1394接口卡和GPIB卡工控機通過1394接口以透明的方式與VXI測試系統內的總線控制模塊進行通信：GPIB接口卡實現對程控電源和示波器的控制，在示波器和程控電源內部嵌入的GPIB控制模塊以透明方式完成命令翻譯，控制程控電源和示波器的操作。

2)VXI測試系統

在測試系統的設計中VXI總線系統為設計的關鍵部件，測試系統集成采用了VXI機箱，0槽模塊、數字測試子系統和I/O模塊。

a.VXI機箱：選擇了AGILENT公司生產的13槽C尺寸機箱E8403A。

b.0槽模塊：是VXI總線測試系統的控制核心。選取AGILENT公司生產的E8491B模塊，包括一個MODID寄存器和一個10MHz時鐘源。具有觸發功能，可編程8路內部TTL觸發信號。

c.數字測試子系統：采用槽C尺寸的SR2510組成，SR2510模塊包括了時序和矢量控制、可配96數字I/O通道。本維修平臺為測試模塊配置64數字I/O通道。

d.I/O模塊：采用AGILENT公司生產的E1458A模塊，該模塊為96通道數字I/O模塊，該模塊兼容TTL電平(0-5V)和COMS電平。

3)程控電源：AGILENT公司生產E3631A，該電源的技術指標如下：

a.2路電壓可調0～+25V/1A;

b.電壓可調0～+6V/5A。

4)通用示波器

通用示波器采用TEK公司生產TDS3012系列示波器。該示波器主要技術指標如下：

a.具有雙通道;

b. 帶寬可達350MHz;

c.采樣率可達1.256G;

d.具有GPIB接口。

5)測試接口適配器

測試系統中測試接口設計采用了互聯結構。形成對外統一的測試接口(主適配器)，選用VPC公司的VXI互鎖接收機，作為信號連接適配器。由于不同被測對象對外連接器各不相同，根據被測對象特征，設計子適配器，這種方式實現了整個測試系統資源的重復利用，提高了測試系統可擴展性和通用性。

6)PC-MBI卡

仿真1553B總線終端，實現與1553B總線模塊接口通信和協議測試。

7)多路串口卡

1553B總線模塊上CPU開發調試接口或測試接口。

3 故障診斷軟件設計

3.1 故障診斷軟件平臺

故障診斷軟件平臺包括兩類：一類是基于虛擬儀器的軟件開發平臺和用戶操作人機交互接口;另一類是1553B總線模塊內部CPU開發環境(186監控系統、CCStudio)，根據CPU采用的芯片類型的不同，采用開發環境不同。CPU為80C186，開發環境為186監控系統;CPU為TMS320F240或TMS320F2812開發環境CCStudio。

虛擬儀器基于LabWhadows/CVI作為軟件平臺，該平臺是美國NI公司開發一款交互式C語言開發平臺，該軟件功能強大、使用靈活的C語言平臺用于數據采集分析和顯示測控專業工具有機的結合起來。

3.2 測試軟件設計

維修測試平臺設計中，測試軟件是整個維修測試平臺的核心部分，其中TPS(Test Program Set，TPS)設計考慮模塊化，標準化，通用化，可方便移植性于同系列其它1553B總線模塊使用。同時TPS設計直接影響到測試覆蓋的全面性，是否能夠對故障點的準確定位。

測試軟件主要包括對1553B總線模塊通信功能和各個功能單元的測試。

分析1553B總線模塊設計性能和功能指標，將1553B總線模塊電路分割為最小功能單元電路。由于在1553B總線模塊設計中雙口存儲器(DPRAM)作為子系統主機與模塊通信控制器數據交互接口，所以將1553B總線模塊功能單元分為四部分，第一部分為模塊通信控制器電路測試;第二部分為子系統主機接口電路測試;第三部分為1553B協議接口電路測試;第四部分為復位電路測試，如圖3所示。

通信控制器電路測試包括：EPROM功能單元電路測試、RAM功能單元電路測試、CPU控制DPRAM(右口)電路測試，中斷控制器，定時器功能電路測試和復位RTC計數器功能電路測試。

子系統主機接口電路測試包括：RTC功能單元電路測試、DPRAM(左口)電路測試。

以上功能單元組成了1553B模塊各個故障定位的測試子集。

3.2.1 ERROM測試

將E]PROM內的數據讀取進行校驗，并將校驗值與校驗和相比較，一致則ERPOM功能正常。

3.2.2 RAM功能單元測試

采用典型測試數據方法，包括測試數據如下：步進1，0x0000、ox5555，0xaaaa，0xffff和存儲器單元寫入單元地址值。該測試方法對RAM的存儲體進行了充分的測試，同時對RAM的地址總線和數據總線進行了有效的測試，例如總線是否短接或斷路。

3.2.3 DPRAM(右口)功能單元測試

采用典型測試數據方法，包括測試數據如下：步進1，0x0000、ox5555，0xaaaa，0xffff和存儲器單元寫入單元地址值。該測試方法對DPRAM的存儲體進行了充分的測試，同時對DPRAM的地址和數據總線進行了有效的測試，例如總線是否短接或斷路。

3.2.4 中斷控制功能單元測試

通過對開發環境模擬子系統主機中斷信號和清主機中斷信號，模擬子系統主機的讀取中斷信號狀態，如果與設置一致，則功能正常。

3.2. 5 定時器功能單元測試

測試平臺配置示波器采集定時器電路的輸出信號，測量定時器輸出波形，如果按照預期值輸出，定時器功能正常。

3.2.6 復位RTC計數器功能電路測試

通過開發環境訪問特定I/O空間單元將RTC清0，然后通過模擬子系統主機訪問讀取RTC值，如果從0計數，CPU清RTC計數器功能電路工作正常。

3. 2.7 訪問RTC功能單元電路測試

模擬子系統主機設置RTC計數器的值，然后讀回RTC值，如果RTC值是在設置初始值的基礎上進行計數，則模擬子系統主機訪問RTC功能單元電路工作正常。

3.2. 8 DPRAM(左口)功能單元測試

采用典型測試數據方法，包括測試數據如下：步進1，0x0000、ox5555，0xaaaa，0xffff和存儲器單元寫入單元地址值。該測試方法對DPRAM的存儲體進行了充分的測試，同時對DPRAM的地址和數據總線進行了有效的測試，例如總線是否短接或斷路。

4.基于故障樹的故障診斷

4.1 故障模型建立

故障樹模型是一個基于被診斷對象結構、特征的行為模型，是一種定性的因果模型，以系統最不希望事件為頂事件，以可能導致頂事件發生的其它事件為中間事件和底事件，并用邏輯門表示事件之間聯系的一種倒樹狀結構。它反映了特征向量與故障向量(故障原因)之間的全部邏輯關系。在故障樹分析中，建樹是一個關鍵和基本步驟，建樹是否完善將直接影響分析診斷結果的準確性。而建樹的關鍵是要清楚了解所分析的系統功能邏輯關系及故障模式、影響及致命度，建樹完善與否直接影響定性分析和定量計算結果是否正確。

4.1.1 原理分析

1553B總線模塊設計原理見圖4。1553B接口電路與子系統主機通過DPRAM(雙口存儲器)進行交互，子系統主機不直接控制1553B接口協議芯片，通信控制器(CPU等)讀取DPRAM中子系統主機命令字，配置1553B協議芯片工作狀態。協議芯片接收到1553B總線命令，通過DMA方式，取得內總線控制權，將接收數據寫入DPRAM或將發送數據從DPRAM中讀出。

4.1.2 故障樹建立

1553B總線模塊主要功能實現1553B總線接口數據通信功能，以1553B總線通信故障(數據傳輸錯誤，總線不響應故障，主機命令不響應)為例，分析影響1553B總線通信正常主要因素：子系統主機正確設置命令字;通信控制正確執行子系統主機設置命令字;通信控制器正確設置1553B協議處理器;1553B協議處理器DMA方式工作正常;1553B收發器變壓器正常產生曼碼信號。綜合以上故障影響因素構建1553B總線通信故障樹。見圖5。

4.2 故障診斷實例

根據故障模型，同時依據維修測試平臺進行故障檢測和故障排除，以維修案例及數據進行統計，依據故障概率大小編制故障排除流程，將故障率高的故障點、首先進行故障排除。現以1553B總線模塊修復性維修為例，選用1553B總線模塊“未響應子系統主機命令”的故障現象來描述故障隔離步驟。

故障現象為：1553B總線模塊初始化時未響應子系統主機命令。

該故障原因主要有兩方面：一是子系統主機未正確將主機命令字寫入DPRAM存儲器;二是通信控制器未正確響應主機命令。

綜合多年維修數據分析發生概率較高故障原因多為子系統主機未正確寫入命令字，以該原因為例分析引發該故障因素如下：子系統主機訪問DPRAM邏輯芯片故障;子系統主機總線驅動芯片故障;子系統主機訪問DPRAM信號印制板斷線。

5 結束語

本文在對1553B總線模塊的系統結構和工作原理進行研究、總結的基礎上，設計通用的1553B總線模塊維修測試平臺，建立故障模型，按照S1000D標準，將故障現象、故障診斷和故障定位方法信息化、形成故障診斷專家庫，通過良好的用戶交互平臺，應用于1553B總線模塊故障診斷過程，指導1553B總線模塊維修工作，對維修效率提高和維修質量的提高有著積極意義