原创 大气机CPU测试

大气机CPU测试<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

成都博锐思科技有限公司（王林）

【摘　要】　采用单片机模拟外部输入和CPU信号，通过外部接口和测试探针对大气机CPU板进行在线测试及故障诊断的设计，并探讨了其优势及不足。
    关键词：单片机，在线测试，故障诊断

1　引　言
　　大气机CPU采用8086微处理器，是美国Intel公司1978年推出的一种高性能的16位微处理器。CPU执行固化在程序存储器中的程序,向系统各单元提供必要的控制信号,设置和转换个单元的工作方式,测试各单元工作状态,诊断和处理系统各部分的故障,在数据处理过程中控制各单元之间的数据传输。在飞机的大气数据处理与相映设备的控制上起着致关重要的作用。更准确的对CPU板电路进行错误检测与定位将对飞机安全飞行带来保障。CPU板的测试和诊断与普通数字电路板有相同之处，也有其自身的特点，因为CPU板是总线结构的PCB板，其总线结构中的总线器件（如：RAM、ROM等）随着程序指令的进行而完成不同的功能，各芯片管脚数据信息随着程序的执行不断变化，一般采用仿真方法进行测试。仿真测试是将单片机系统开发的仿真器应用于电路板测试。一般的仿真测试方法有：处理器仿真测试、存储器仿真测试、总线周期仿真测试、DMA仿真测试等。对非总线器件（如：逻辑器件、时序器件等）进行测试，可利用隔离技术注入测试激励，采集相应节点的响应进行在线测试、功能测试等。通过权衡被测CPU板的性能、种类及其测试速度的要求，我们在测试系统中选择了处理器仿真测试与探针测试相结合的方法。
2　测试原理

2．1 测试系统结构

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由于CPU板的测试是对各个芯片的功能进行检测，且CPU板的各个芯片的引脚比较多，加上CPU板外部接口，需要多个I/O板。I/O板采用PIC<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />18F458的I/O口为测试采集数据和输入激励信号。PIC18F458提供40位的I/O，除去串口等被占用和无驱动能力的IO，系统中只使用了40位中的25位。每位都能提供20mA的沉入源出电流驱动能力。I/O板与主控机之间通过RS232进行数据通信。通过主控机发给I/O板的控制命令，I/O板执行命令后将数据返回给主控机，主控机处理完数据，通过显示器显示出检测结果。对于时钟等信号，则可以利用程控波形采集器进行检测，检测到的波形信号通过USB口传到上位机显示。

2．2 测试原理

CPU板上有单片机、ROM、RAM、GAL、数字I／O及其他IC器件。被测CPU板由测试系统提供特定激励信号，执行专用测试程序，完成测试任务，在电路板输出端口产生输出信号。测试系统采集输出信号与预期信号进行门限比较，以判断电路板的功能是否正常。并配合探针对电路板内部关键节点进行信号采集，并与预定数据进行比较，通过故障树分析程序进行故障隔离与显示，将故障精确定位到一个器件。系统还集成了程控示波器模块对CPU板的时钟信号准确检测。程控示波器模块能通过上位机方便的对测试参数进行设置，方便的完成高速信号的采集。对ROM和RAM通过外部接口能访问的空间有限，而GAL的可编程性决定了输入输出关系的复杂性，如果要对这些芯片进行全面检测，系统提供了系统提供了通过烧录器检测的方案。

3　测试内容及实现方法

3．1 80C86及时钟信号的检测

       8284是为8086和8088提供时钟和同步的芯片，CPU板采用外部晶体振荡作为8284的振荡电路，为8086提供工作时钟（CLK）和外围时钟（PCLK）。通过波形测试笔测试输出时钟，进行功能测试。通过探针在同步输入端输入激励信号，并检测输出信号，完成8284的同步测试。

       8086正常工作时在ALE(地址锁存)脚输出固定脉冲信号，地址线有数据。根据8086这样的特点，采用波形采集模块对ALE的信号和高速地址信号进行检测就能达到对8086检测的目的。只要8086正常工作，就能在ALE脚采集到占空比为1/3的信号。当8086正常工作时地址线会出现不规则的信号，如果给8086的HOLD脚一个高则会悬空地址、数据和控制总线，则地址线上的信号消失。这样就能简单而快速的完成8086的功能测试。

3．2 ROM和RAM

       ROM和RAM的地址总线和数据总线通过54LS245与外部接口相连，并由地址锁存芯片54LS373完成总线的复用。检测系统通过外部信号悬空数据和控制总线，并由探针仿真CPU信号控制54LS373、54LS373、ROM和RAM的工作，通过外部接口读写存储器对可读写的存储空间进行检测。要对所有空间进行完整的检测可以取下芯片用烧录器直接完成RAM的功能检测，而对ROM的测试则可以通过读出空间数据通过系统提供的数据对比程序与标准数据进行对比完成。

3．3 GAL器件测试

       对与GAL可以通过外部接口加激励信号，在GAL输出端检测对应输出，与已知逻辑关系进行对比判断芯片功能。由于可编程芯片的复杂性和CPU信号不能完全的屏蔽，要完全检测芯片所有功能可以取下GAL芯片用烧录器读出熔丝文件与标准文件对比。

3．4 普通逻辑芯片的检测

       普通逻辑芯片的输入与输出是一一对应的关系，这样就为测试提供了方便。只要在系统的外部输入和关键节点加上特定的激励信号检测输出信号就能快速的对芯片的功能进行测试。

4　系统分析

       在本测试系统中从CPU板的核心（单片机）由内向外进行测试，既提高了故障诊断准确率，又提高了测试系统的故障覆盖率。另外需要提及的是：由于没有CPU板的PCB图，不能准确定位芯片引脚位置不能使用针床而采用大量探针，给测试带来了不便。如果能精确定位芯片引脚在CPU板的位置，可以为系统设计针床省去连接探针的麻烦，并能加快检测的速度。