Jupiter GPS模塊故障修復(fù)及AT27C1024芯片復(fù)制技術(shù)研究

閆靜濤 趙子罡 余長江 常聰聰

摘要：通過研究Jupiter GPS模塊無法接收GPS信號的批量故障，分析了該模塊的工作原理，利用軟硬件搭接測試途徑，完成對其的單獨(dú)測試，針對故障芯片進(jìn)行深入研究，破解、讀出芯片中的BIOS信息，完成芯片的復(fù)制，解決了該故障。

關(guān)鍵詞：Jupiter GPS模塊；AT27C1024-70VI；芯片復(fù)制

Keywords：Jupiter GPS module；AT27C1024-70VI；chip replication

0 引言

全球定位系統(tǒng)（GPS）是利用美國24顆GPS地球衛(wèi)星所發(fā)射的信息進(jìn)行導(dǎo)航、定位、授時等服務(wù)的系統(tǒng)。自1993年GPS系統(tǒng)向世界免費(fèi)開放以來，得到了世界各地各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。GPS廣泛應(yīng)用于航空導(dǎo)航、航海導(dǎo)航、大地測量、石油地質(zhì)勘探、地震預(yù)報、授時校準(zhǔn)、自動校時、高程測量、時間同步、輸變電工程、疏浚工程測量驗收、車輛定位、車輛跟蹤、車輛導(dǎo)向及防盜等領(lǐng)域。

美國Rockwell公司生產(chǎn)的Jupiter GPS模塊具有尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，可方便、自主地開發(fā)出各種GPS應(yīng)用系統(tǒng)。該模塊曾大量裝備于我國部分需要接收GPS信號的軍民用設(shè)備上。具有如下特點：

● 極其緊湊的尺寸：71mm×41mm×11mm；

● 射頻輸入為1575.42MHz，范圍為-130dBw～-163dBw；

● 具有12個并行衛(wèi)星軌跡通道，能快速識別和再識別當(dāng)前位置；

● 支持真正的NEMA-0183數(shù)據(jù)格式；

● 直接微分的RECMSC-104數(shù)據(jù)動態(tài)提供定位精確度；

● 自適應(yīng)門限檢測，提高微弱信號的檢測能力；

● 基于SA的靜態(tài)導(dǎo)航能力；

● 與天線的兼容性強(qiáng)；

● 3D到2D導(dǎo)航時能自動保持緯度；

● 可獲得基于SPS的最佳導(dǎo)航精度；

● 無初始化數(shù)據(jù)時可以自動開啟冷啟動程序；

● 通過串行通信，有很大的操作空間和配置能力；

● 可接收通過主串口寫入的初始化數(shù)據(jù)；

● 具有三種啟動方式：熱啟動、初始化、冷啟動；

● 可以選擇衛(wèi)星；

● 可以選擇衛(wèi)星表面角；

● 最大測速可達(dá)500m/s；

● 工作溫度范圍為-40℃～+85℃。

1 模塊功能測試

1.1 模塊構(gòu)成

Jupiter GPS接收模塊由GPS信號接收、數(shù)據(jù)處理兩大部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。GPS信號接收部分由Rockwell公司生產(chǎn)的R6732-13主芯片及外圍電路構(gòu)成，主要功能是借助天線接收GPS信號并對信號進(jìn)行解算，同時為天線前置放大器提供5V直流供電。數(shù)據(jù)處理部分由Conexant公司生產(chǎn)的11577-11主芯片及外圍電路構(gòu)成，主要功能是完成被解算信號的數(shù)字化處理，將其轉(zhuǎn)化為RS232信號，以便和外接設(shè)備通信，該外圍電路中包含美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT27C1024-70VI芯片，該芯片為一次性可編程只讀存儲芯片，儲存了芯片初始化所需的BIOS程序。Jupiter GPS接收模塊通過兩個串口與外部通信，串口1為主串口，全雙工方式；串口2為輔助串口，半雙工方式，僅提供修正量?？赏ㄟ^這兩個串口與外部器件或設(shè)備連接，也可用軟件編程或硬件設(shè)置來配置其串口特性。

該模塊還提供一個10kHz的參考時鐘輸出和一個1pps的時鐘脈沖（秒脈沖）輸出，可用于時鐘同步，進(jìn)行時鐘校準(zhǔn)，并具備RESET復(fù)位功能，可通過將RESET置低電平對其進(jìn)行復(fù)位。

Jupiter GPS接收模塊通過兩個接口完成與外接設(shè)備的信息交換，J1為同軸電纜接口，通過饋線連接外置天線，接收來自外置天線的信號，J2為雙排20針DIP結(jié)構(gòu)，主要功能是提供可用的GPS信號并與外接設(shè)備通信，J2的針腳定義見表1。

1.2 功能測試

借助TTL-232轉(zhuǎn)USB工具（見圖2）將模塊和工控機(jī)相連接，使用串口1進(jìn)行通信，模塊2針接+5V，10針接GND，11針接RXD，12針接TXD，利用串口助手對模塊的收發(fā)功能進(jìn)行驗證，將GPIO2、GPIO3分別置高、低電平，有4種連接方式。

通信驗證成功后，使用Jupiter GPS接收模塊所配套的GPS衛(wèi)星接收軟件“WinLabMon”對模塊接收GPS衛(wèi)星情況進(jìn)行測試。測試時需通過饋線連接外置天線，并對天線前置放大器進(jìn)行+5V供電，將外置天線置于空曠的戶外，連接成功并運(yùn)行軟件后可通過軟件觀察到GPS衛(wèi)星的數(shù)量、分布、信號強(qiáng)度及運(yùn)行軌跡，如圖3所示。

2 故障分析及定位

利用TTL-232轉(zhuǎn)USB工具對故障Jupiter GPS模塊進(jìn)行功能測試，供電后發(fā)現(xiàn)模塊無10kHz的參考時鐘及1pps的時鐘脈沖（秒脈沖）輸出，主串口無對外通信功能，使用串口助手無法接收到模塊發(fā)出的信息，無法接收到GPS衛(wèi)星信息，即模塊未啟動。

檢查貼片保險絲未見異常，檢查電阻、電容、二極管等未見擊穿、短路等情況，在線檢查各芯片供電均正常，可滿足芯片的正常工作。使用示波器檢查模塊上的兩個晶振起振情況，發(fā)現(xiàn)主芯片11577-11外圍與時鐘控制器相連接的32kHz晶振未起振，更換時鐘控制器及晶振后故障依舊，判斷故障點不在時鐘控制器及晶振上，而是其他元器件故障導(dǎo)致晶振不起振和模塊不啟動，故將故障點鎖定在以11577-11為主芯片的數(shù)字信號處理部分。

結(jié)合原理框圖（見圖4）對模塊再次進(jìn)行分析。數(shù)字信號處理部分主要由Conexant公司生產(chǎn)的11577-11主芯片、ATMEL公司生產(chǎn)的AT27C1024-70VI及ISSI公司生產(chǎn)的兩個IS62C256-70TI和一個32kHz的晶振、時鐘控制器組成。查閱芯片相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，IS62C256-70TI為緩存，用于臨時存放數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)隨之丟失；AT27C1024-70VI為一次性可編程只讀存儲器（EPROM），寫入后不隨掉電丟失，用于存放一些芯片的初始化程序；11577-11為該部分的主芯片。經(jīng)過對比，前期已排除晶振及時鐘控制器故障，故最有可能出現(xiàn)故障的部位是11577-11及AT27C1024-70VI。對AT27C1024-70VI芯片進(jìn)行更換，故障排除。

3 AT27C1024-70VI芯片

3.1 芯片結(jié)構(gòu)

3.2 芯片破解及復(fù)制

由于封裝原因，無專用燒寫適配器，需要將芯片封裝由TSOP轉(zhuǎn)換為DIP形式，便于和燒寫器相連接。采購?fù)ㄓ眠m配器座后將其改裝，改裝后滿足燒寫器要求，如圖6所示。通過多種格式的反復(fù)讀出、寫入試驗，結(jié)合分析奇偶校驗、首地址、末地址、累加和等相關(guān)軟件信息，將芯片中的信息成功讀出并復(fù)制了該芯片，芯片中存儲的信息文檔如圖7所示。

4 結(jié)束語

隨著機(jī)載設(shè)備技術(shù)的更新發(fā)展，航空維修中電路板修理量和修理深度加大，所涉及的內(nèi)存芯片越來越多，對所存儲信息破解、讀出、寫入的修復(fù)要求也越來越高。該項目試驗的成功將為機(jī)載設(shè)備內(nèi)存芯片信息破解積累一定經(jīng)驗，同時因該芯片封裝形式為TSOP40針表貼結(jié)構(gòu)，分解和裝配時對手工焊接要求很高，也為IPC手工焊接積累了經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)

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