Методы контроля работоспособности цифровых систем бортового оборудования (БЦВМ).

В результате отказа БЦВМ прекращает временно, частично или полностью выполнять свои функции. Как правило, причинами отказов БЦВМ бывают повреждения элементов схемы или связей между ними.

Особенность цифровых устройств — значительная вероятность появления сбоев в их работе, когда какая-либо ячейка регистра, счетчика, логического элемента не срабатывает от соответствующего входного сигнала или срабатывает от действия случайной помехи при отсутствии входного сигнала. После сбоя ЦВМ продолжает работу нормально. Однако если в системе отсутствуют средства контроля и защиты от сбоев, то результаты вычислений ЦВМ могут оказаться совершенно неприемлемыми.

Контроль работоспособности цифрового оборудования осуществляется автоматически во время подготовки комплекса оборудования к полету и во время полета. При этом используются встроенные средства контроля и специальные тест-программы решения задач диагностирования.

Если обнаруживается отказ цифрового объекта, то производится поиск отказавшего блока. Как правило, отдельные блоки таких объектов имеют световую сигнализацию исправности (отказа).

Для оценки работоспособности БЦВМ используются программно-логический, тестовый и схемный виды контроля. Каждый из них может осуществляться несколькими методами.

Программно-логический контроль объединяет: метод двойного счета, метод усеченного (упрощенного) алгоритма, метод тройного хранения, логический контроль, метод контрольных тождеств, метод контроля длительности выполнения программы.

Метод двойного счета обеспечивает наиболее простое обнаружение случайных сбоев в работе БЦВМ. При этом методе одна и та же задача решается дважды и производится сравнение результатов. Однако длительность решения этой части задачи увеличивается более чем в 2 раза.

Метод усеченного алгоритма заключается в контроле работоспособности БЦВМ путем сравнения результатов счета по основному и упрощенному алгоритмам.

Наиболее надежный контроль решения задачи и обнаружения отказов (сбоев) может быть получен при одновременном использовании на борту трех одинаковых БЦВМ для решения одних и тех же задач. Примером служат системы навигации и автоматического управления полетом современных самолетов.

При этом результат контроля БЦВМ определяется по мажоритарному принципу. Однако способ тройного резервирования сопряжен с возрастанием объемов и массы бортового оборудования.

Метод тройного хранения используется для защиты от искажения особо важной информации в ОЗУ. При этом каждая ячейка памяти ОЗУ дублируется двумя ячейками, расположенными в разных частях ОЗУ. В случае сбоя специальная программа восстановления информации обеспечивает поразрядное сравнение содержимого трех ячеек и выбор правильных данных по мажоритарному принципу. Правильный результат записывается в ячейку, в которой предыдущая запись оказалась неверной.

Логический контроль данных заключается в сравнении вводимого или вычисленного параметра с границами его допустимых значений, в установлении непротиворечивости известного соотношения между значениями переменных. Например, возрастанию скорости должно соответствовать положительное ускорение; угловой скорости разворота самолета должен соответствовать сигнал на противодействующее отклонение руля автоматом устойчивости и т. д.

Метод контрольных тождеств может быть использован для контроля правильности вводимой информации, правильности решения различных уравнений. Примером контрольных тождеств является уравнение

При введении значения угла ЭВМ производит контрольное решение этого уравнения, результатом которого должна быть 1.

Контроль длительности выполнения программы обеспечивает обнаружение зацикливания отдельных участков программы. Для такого контроля используются счетчик времени и константы допусков на длительность выполнения отдельных участков программы, которые хранятся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).

Опрос счетчика времени производится по командам прерывания. Если при этом счетчик окажется установленным на значение, превышающее максимальную расчетную длительность выполнения программы, то вырабатывается признак передачи управления подпрограмме анализа сбоев. Эта подпрограмма обеспечивает анализ характера и места сбоя, защиту от вредных последствий сбоя, накопление статистики сбоев. Если сбой оказался случайным (однократным), то подпрограмма передает управление основной программе на повторение вычислений, прерванных сбоем.

Если же сбой систематический, то управление передается тестовой программе для локализации места отказа и выдачи сигнала отказа БЦВМ. Тестовый контроль объединяет встроенный тестовый контроль, диагностические и имитационные тесты. Программы тестов записаны в ПЗУ БЦВМ или в ПЗУ контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), или в диагностических ПЗУ, устанавливаемых на борт только на время диагностирования.

Тест встроенного контроля (ТВК) обеспечивает автоматический контроль работоспособности БЦВМ в течение подготовки к полету и в полете с момента включения машины. Согласно упрощенному алгоритму (рис. 13.3) ТВК обеспечивает последовательный контроль устройства арифметики и управления (УАУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), устройства ввода-вывода (УВВ).

Тест запускается по команде «Пуск» от диспетчера операционной системы БЦВМ с периодом 0,2 с. При этом рабочая программа счета прерывается. В каждом цикле включения ТВК проверке подвергается только одно из четырех перечисленных выше устройств за 3...15 мкс. При исправности устройства формируется сигнал его исправности и прибавляется единица на блок управления переключателем проверяемых устройств, который готовит цепи связи ТВК с очередным устройством.

Если при контроле был обнаружен отказ (или сбой), то прибавляется единица к содержимому счетчика сбоев, а состояние переключателя устройств не изменяется. В результате при очередном цикле контроля снова будет контролироваться то же самое устройство. Если подряд зафиксируются четыре сбоя (отказа), то счетчик сбоев выдает команду на снятие сигнала исправности БЦВМ и на формирование сигнала ее отказа.

Рис. 13.3. Алгоритм теста встроенного контроля ЦВМ

Методы поиска места отказа в БЦВМ. Для поиска места отказа в БЦВМ используются методы диагностических тестов. Диагностический тест может иметь несколько вариантов. Он записывается в дополнительном блоке ПЗУ. Тест используется при диагностировании БЦВМ с помощью наземной КИА. При этом с пультов КИА осуществляется формирование необходимых электрических схем, обеспечивающих постепенное сужение объема проверяемого участка схемы.

Тест проверки каналов УВВ (ТПК УВВ) совместно с пультами КИА обеспечивает:

• проверку точности аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) входных каналов путем подачи сигналов от калиброванных имитаторов датчиков и отсчета результатов работы АЦП по цифровым индикаторным регистрам пультов КИА;

• проверку точности цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) выходных каналов. С этой целью на входные каналы УВВ из ПЗУ (или КИА) подаются эталонные константы (оценка точности работы ЦАП производится по цифровым индикаторным регистрам и электромеханическим аналоговым индикаторам пультов КИА);

• проверку стабильности и точности работы одновременно ЦАП и АЦП. Для этого значения эталонных констант, соответствующие определенным точкам диапазона измеряемого параметра, подаются в ЦАП, а оттуда уже в цифровой форме в АЦП. Полученный на выходе АЦП результат сравнивается с исходными константами. В случае несовпадения кодов дальнейшее исполнение теста прекращается с указанием адреса канала и контролируемого кода на индикаторном регистре КИА.

Для контроля ОЗУ (ПЗУ) может быть использован счетный тест. Он обеспечивает выявление отказавшего разряда ячейки накопителя ОЗУ. Тест заключается в следующем (табл. 13.4).

Таблица 13.4