北京航空工程技术研究中心 侯民胜 贾宏亮

     引言

     为研究电磁脉冲对计算机系统的干扰和破坏机理，利用gtem室等大型装置产生的模拟核电磁脉冲为照射源，对计算机系统进行辐照效应实验。为了有效地研究计算机系统的电磁脉冲效应，需要专门用于电磁脉冲效应实验、具有故障重现功能的单片机系统。本文介绍了该系统的组成和原理，并给出了将该系统用于电磁脉冲效应实验的结果。

     电磁脉冲辐照效应实验方法

     电磁脉冲对电予系统的辐照效应实验方法，简单地说就是将被测电子系统置于电磁脉冲辐射场中，接受电磁脉冲的照射，研究被测系统在电磁脉冲照射下受干扰、损伤的情况。

     实验配置如图1所示。主要由吉赫横电磁波传输室(gtem cell)、marx发生器、控制台和被试系统等组成。marx发生器用于产生高电压，与gtem室配合，在gtem室内产生均匀电磁场。控制台主要由示波器、光接收机和marx控制面板组成。光接收机和电场传感器组成模拟量光纤场测量系统，主要用于将辐射电磁场转换成电压信号；示波器用来显示电场波形；marx控制面板用来控制marx发生器的充放电操作和陡化间隙的调整。

     故障重现原理

     故障重现的概念

     计算机系统在电磁脉冲作用下可产生硬件损坏、数据采集误差增大、内存数据改变、程序跳转、重启动和死机等故障。这些故障现象是大量的、不同的计算机在不同环境、不同时间受干扰后产生的故障现象的集总。如果拿出任意一台计算机做实验，只能产生很少的几个故障现象，由于这些计算机没有自动检测功能，有的故障即使是发生了，也观察不到。如果连故障现象都观察不全，就无法找出故障出现的规律和原因，更谈不上进行防护技术研究。因此，很有必要设计一套专门用于电磁脉冲效应实验的计算机系统，该系统具有以下功能：

     ·自动检测并显示系统本身出现的故障；

     ·干扰时故障最容易出现；

     ·使出现故障的种类最多；

     ·具有故障重现功能。

     故障重现是指主动地采取一定的技术手段，使故障反复出现。想看哪种故障就能出现哪种故障，想让它出现儿次就出现几次。这与一般电路中采取有效措施抗干扰的设计思想截然不同。

     故障重现的条件

     故障重现并不是用计算机软件进行故障仿真，而是故障的真实再现。要使故障重现，除了辐射场的幅度要足够强外，被测系统还要具备必需的硬件电路和软件环境。软件环境是指干扰出现时控制功能电路工作的程序正在运行，即时间对准。例如，如果要考查电磁脉冲对a／d转换电路转换精度的影响，首先要有adc，其次要保证照射时adc正在工作。

    实现故障重现的技术手段

     对辐射场强度和硬件电路的要求比较容易实现，难点是保证时间对准。当然，有些故障的重现对时间对准要求很宽松，如死机和重启动，计算机几乎在运行任何程序时都有可能出现这两种故障现象。

     解决这一难点的方法是采取程序模块化和循环等待技术。程序模块化使每一种故障(效应)对应一个程序模块，想看哪种故障，就运行相应的程序模块；想让故障多次出现，就反复进行效应实验。循环等待技术是让计算机始终运行某一段或某一句程序，可大大提高干扰成功的概率，使故障最容易出现。

     系统组成及工作原理

     硬件组成

     本系统采用51系列单片机。为便于研究程序存储器的效应情况，选用内部不含eprom的8031作为中央处理器，程序固化在外部程序存储器中，这里采用的是擦、写方便的e2prom(2864或28c64)。由于8031内含ctc和sio，不再另设外ctc和sio。为使系统能够重现尽可能多的故障现象，采用的外设芯片还有：外部数据存储器(6264)和adc(ad0809)。另外，增加4位数码管用于信息显示，显示数据由4个锁存器(74ls373)保存。上述硬件电路既完成一定的功能又是被试验对象。系统组成如图2所示。

     程序执行流程

     该系统软件共由8个程序模块组成：指示单片机重启动的程序模块；检查ctc运行情况的程序模块；串口通讯功能检查程序模块；判断外ram内容是否改变及读写是否出错的程序模块；判断内ra