基于故障重現(xiàn)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
北京航空工程技術(shù)研究中心 侯民勝 賈宏亮
引言
為研究電磁脈沖對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾和破壞機(jī)理,利用GTEM室等大型裝置產(chǎn)生的模擬核電磁脈沖為照射源,對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。為了有效地研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電磁脈沖效應(yīng),需要專門用于電磁脈沖效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、具有故障重現(xiàn)功能的單片機(jī)系統(tǒng)。本文介紹了該系統(tǒng)的組成和原理,并給出了將該系統(tǒng)用于電磁脈沖效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
電磁脈沖輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法
電磁脈沖對電予系統(tǒng)的輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法,簡單地說就是將被測電子系統(tǒng)置于電磁脈沖輻射場中,接受電磁脈沖的照射,研究被測系統(tǒng)在電磁脈沖照射下受干擾、損傷的情況。
實(shí)驗(yàn)配置如圖1所示。主要由吉赫橫電磁波傳輸室(GTEM Cell)、Marx發(fā)生器、控制臺(tái)和被試系統(tǒng)等組成。Marx發(fā)生器用于產(chǎn)生高電壓,與GTEM室配合,在GTEM室內(nèi)產(chǎn)生均勻電磁場。控制臺(tái)主要由示波器、光接收機(jī)和Marx控制面板組成。光接收機(jī)和電場傳感器組成模擬量光纖場測量系統(tǒng),主要用于將輻射電磁場轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào);示波器用來顯示電場波形;Marx控制面板用來控制Marx發(fā)生器的充放電操作和陡化間隙的調(diào)整。
故障重現(xiàn)原理
故障重現(xiàn)的概念
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在電磁脈沖作用下可產(chǎn)生硬件損壞、數(shù)據(jù)采集誤差增大、內(nèi)存數(shù)據(jù)改變、程序跳轉(zhuǎn)、重啟動(dòng)和死機(jī)等故障。這些故障現(xiàn)象是大量的、不同的計(jì)算機(jī)在不同環(huán)境、不同時(shí)間受干擾后產(chǎn)生的故障現(xiàn)象的集總。如果拿出任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)做實(shí)驗(yàn),只能產(chǎn)生很少的幾個(gè)故障現(xiàn)象,由于這些計(jì)算機(jī)沒有自動(dòng)檢測功能,有的故障即使是發(fā)生了,也觀察不到。如果連故障現(xiàn)象都觀察不全,就無法找出故障出現(xiàn)的規(guī)律和原因,更談不上進(jìn)行防護(hù)技術(shù)研究。因此,很有必要設(shè)計(jì)一套專門用于電磁脈沖效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),該系統(tǒng)具有以下功能：
·自動(dòng)檢測并顯示系統(tǒng)本身出現(xiàn)的故障;
·干擾時(shí)故障最容易出現(xiàn);
·使出現(xiàn)故障的種類最多;
·具有故障重現(xiàn)功能。
故障重現(xiàn)是指主動(dòng)地采取一定的技術(shù)手段,使故障反復(fù)出現(xiàn)。想看哪種故障就能出現(xiàn)哪種故障,想讓它出現(xiàn)兒次就出現(xiàn)幾次。這與一般電路中采取有效措施抗干擾的設(shè)計(jì)思想截然不同。
故障重現(xiàn)的條件
故障重現(xiàn)并不是用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行故障仿真,而是故障的真實(shí)再現(xiàn)。要使故障重現(xiàn),除了輻射場的幅度要足夠強(qiáng)外,被測系統(tǒng)還要具備必需的硬件電路和軟件環(huán)境。軟件環(huán)境是指干擾出現(xiàn)時(shí)控制功能電路工作的程序正在運(yùn)行,即時(shí)間對準(zhǔn)。例如,如果要考查電磁脈沖對A／D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換精度的影響,首先要有ADC,其次要保證照射時(shí)ADC正在工作。
實(shí)現(xiàn)故障重現(xiàn)的技術(shù)手段
對輻射場強(qiáng)度和硬件電路的要求比較容易實(shí)現(xiàn),難點(diǎn)是保證時(shí)間對準(zhǔn)。當(dāng)然,有些故障的重現(xiàn)對時(shí)間對準(zhǔn)要求很寬松,如死機(jī)和重啟動(dòng),計(jì)算機(jī)幾乎在運(yùn)行任何程序時(shí)都有可能出現(xiàn)這兩種故障現(xiàn)象。
解決這一難點(diǎn)的方法是采取程序模塊化和循環(huán)等待技術(shù)。程序模塊化使每一種故障(效應(yīng))對應(yīng)一個(gè)程序模塊,想看哪種故障,就運(yùn)行相應(yīng)的程序模塊;想讓故障多次出現(xiàn),就反復(fù)進(jìn)行效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。循環(huán)等待技術(shù)是讓計(jì)算機(jī)始終運(yùn)行某一段或某一句程序,可大大提高干擾成
