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(duì)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(duì)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(duì)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�？刂婆_(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(duì)準(zhǔn)。例如，如果要考查電磁脈沖對(duì)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(duì)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(duì)準(zhǔn)。當(dāng)然，有些故障的重現(xiàn)對(duì)時(shí)間對(duì)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(duì)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，可大大提高干擾成功的概率，使故障最容易出現(xiàn)。

     系統(tǒng)組成及工作原理

     硬件組成

     本系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)。為便于研究程序存儲(chǔ)器的效應(yīng)情況，選用內(nèi)部不含eprom的8031作為中央處理器，程序固化在外部程序存儲(chǔ)器中，這里采用的是擦、寫方便的e2prom(2864或28c64)。由于8031內(nèi)含ctc和sio，不再另設(shè)外ctc和sio。為使系統(tǒng)能夠重現(xiàn)盡可能多的故障現(xiàn)象，采用的外設(shè)芯片還有：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(6264)和adc(ad0809)。另外，增加4位數(shù)碼管用于信息顯示，顯示數(shù)據(jù)由4個(gè)鎖存器(74ls373)保存。上述硬件電路既完成一定的功能又是被試驗(yàn)對(duì)象。系統(tǒng)組成如圖2所示。

     程序執(zhí)行流程

     該系統(tǒng)軟件共由8個(gè)程序模塊組成：指示單片機(jī)重啟動(dòng)的程序模塊；檢查ctc運(yùn)行情況的程序模塊；串口通訊功能檢查程序模塊；判斷外ram內(nèi)容是否改變及讀寫是否出錯(cuò)的程序模塊；判斷內(nèi)ra