Amiya · 2022年03月24日

拆解飞机黑匣子,看看内部构造、PCB及芯片!

f8d04b6a659b4a0f9b385d4dc8d8f708.jpg

作者:微博用户@y1nzicng,来源:朝晖航空

这几天,东航客机MU5735坠毁事故牵动人心。目前当务之急除了全力搜救,还要查明事故原因,而查明事故真相关键在黑匣子。

希望能尽快找到另一个黑匣子,还原事故真相。

今天给大家看一下FA2100座舱语音记录器的拆解。先说一下背景,大概就是在某个垃圾场捡到的,本着研究的性质拆解来看看内部构造,原本并没想着去记录过程,就只是草草的拍了几张照片,不少资料都是去查的,本人对电路不熟,如果下文有错的地方,还请各位业内人士不吝赐教。

开始之前先回答两个问题,为什么黑匣子是橙色的?为什么会叫做黑匣子?

颜色问题大家都猜得到,橙色有更高的辨识度,方便寻找和定位,毕竟储存的是非常重要的飞行数据。

至于为什么被叫做黑匣子,有一种比较广泛认可的说法是因为工作原理比较简单,只需要输入数据就行,至于内部发生了什么无从得知,有点类似于“盲盒”。

531e6f9415497ede394f3200d0000c5f.jpg
然后还有人会问我,我拆的这个是不是失事飞机掉下来的→\_→

如果真是失事飞机掉下来的。那么此时此刻这个黑匣子应该长这样:

7ae8c7238add3f08d52a655f036e6e91.jpg

或者是这样↓

5abce963c016bdea8c160abf315b10a3.jpg

所以说放心吧,这是一个正常退役的黑匣子。

接下来,咱们再来做一点额外的功课,否则一会儿看拆解会有点云里雾里。

飞机上的黑匣子主要有两个—FDR和CVR。

63d61c48be760386e0fd9d56c18bf34f.jpg

上为FDR,下为CVR

Flight Data Recorder(FDR),中文一般叫飞行数据记录器,主要是记录飞机飞行过程中各项指标参数数据的设备。一般说黑匣子大部分都是指的FDR,是空难调查中最重要的直接证据。

Cockpit Voice Recorder(CVR),中文一般翻译为座舱语音记录器。用人话说就是个录音机,用来记录无线电通话和飞行员之间的对话以及环境声音的。

比较遗憾的是这次拆的不是FDR而是CVR,所以看上去比较简陋。

CVR整体主要分为三部分,FDAU,CSMU和定位信标。

Flight Data Acquisition Unit (FDAU),翻译过来应该是飞行数据收集单元,就是有方正棱角的底座部分,用来和飞机相关数据总线通信获取相应数据并编码。

Crash-Survivable Memory Unit,中文应该叫事故数据存储单元,就是上面的橙色圆柱体,是真正用于存储数据的地方,整个黑匣子70%的重量都在上面。

最后固定在CSMU上的小圆筒是水下定位信标 (Underwater Locator Device) ,遇水后会自动启动发出定位信号。

d90da49fc01a92c8990cc7749772b398.jpg

做完功课以后来大致了解一下这次拆解的型号。这是一款来自于L-3 Communications的CVR,型号FA2100。外观就是图片中的样子:

922dc829d81bfd91ce834122ad5b3164.jpg

东西看上去不大但是分量却十分的感人,而且主要重量都在凸起的CSMU上。

ebf822f7c4f6ee4cadd31342a4f39a66.jpg

根据这款CVR的设计参数,它的工作温度可以从-55℃到70℃,同时可以承受:

5000磅的重压

1100℃的一小时持续高温

260℃下十小时的持续高温

3400G的加速度撞击

而不丢失任何的数据,总的来说就是一个超强悍的优盘没错了!

至于里面到底有什么,下面就开拆!

8f3e13849f7adcf6060bb8562fa6aefa.jpg

首先卸掉保护维修端口的保护盖,然后卸掉周围用来固定CVR本身的螺丝。

f898f8417a52e4db02a06528748a58c7.jpg

把螺丝统统卸掉,见一个拧一个,一点也不慌。

4f39931133a68bc636fffc4b226fddcc.png!

拆到最后发现需要先取下CSMU才能继续取下FDAU的顶盖,于是拧下4个巨大的螺栓,垂直抬起后取下连接电缆就能将整个CSMU取下。

80cab47a471169a564c86761175801a0.jpg

本人家里只有普通的精密工具,没有这种尺寸的扳手,废了好大劲才取下来,手疼死了。取下后第一眼看到的就是两个TI的DSP,这个放到一会再说,先继续拆。

4ce52be5ec8a54bc3874576b64e9135f.png

将顶盖抬起取出放到一边,取下固定PCB的螺丝,就可以将整块底板取出来了。整块板看着比较脏,实际上挺干净的,全部都进行了打胶处理,不过看着更像是某种树脂,至于打胶的原因我想我不说应该也都心里有数了吧!

接口部分还有几片板子没拆,继续拆另一半……

1c505f527a9f514c47dbe2846711acf8.jpg

侧面看是有两块板子,底下还有点别的。于是继续拧螺丝……

5a9d81bc1918eadca3829e05c85d786c.jpg

取下第一块板,上面基本上都是一些逻辑电路,中间是主控。

dc69106c1f93ec2c34875148e535a3bd.jpg

第二块板应该是负责供电的没跑了,这个我还是多少能看出来的。

4a0f72126b0488e3418adba758fc9211.jpg

这是贴在侧面面板上的电容(?)应该没认错吧?

de708ac330650d6e6ccd1698dd7af506.jpg

电源板的另一面果然还有东西,不过基本上也是供电相关的电路。同时还有一个很可爱的环形变压器,考虑到这玩意能同时工作在28V直流和115V交流电下,这也不奇怪。

8e4223a1ea2c5d657e04290968a75c0a.jpg

所有板子无一例外,都做了彻底的打胶处理,基本上不会受到液体的损害,同时板与板之间都是采用连接器连接,方便维护和更换。

610a850034b6f836cc93eb5a8ceacd95.jpg

接下来是重头戏,拆CSMU。考虑到生产日期为上世纪末,所以采用固态记录的可能性比较大。

57ed673877c4d5e5063a791ce6644a90.jpg

撕掉底下的减震泡棉,又出现了四个很大的螺钉,于是又费了好大劲才全部取出来……

小尾巴上有手写的序列号。和贴纸上的一样。应该是全手工组装校准调教的没跑了,特种设备用心程度就是不一样啊。

91e0810ce48973eaefb2bacf1fea85ed.jpg

摘掉底盖,基本上就可以肯定这款用的固态介质记录了。周围一圈应该是隔热层和减震材料,顶上黑色的应该也是,不过材质貌似不一样。

用手抠了一下,感觉应该是某种石棉和泡沫的混合物,很轻。大致作用基本上就是隔热跟减震了。

a14942439539caf72a29dd25f1f8ba10.png
不得不说这玩意体积比我想象中的要小很多。取出来以后内部基本上就没有能取出来的东西了,都是黑色的泡棉。

e357dcc0b37ea4b1c17a66dc4c70d033.jpg

为了保护这个圆筒真的是煞费苦心,可见里面东西的重要性。

二话不说直接上螺丝刀,拧下圆筒上的所有螺丝。就可以分离顶盖了。

5f44914114b77c45e1a4fba0b099c726.jpg

内部不出意外是多层堆叠的结构。通过4个柱子和螺丝紧紧固定在一起。

左边是主控,右边是FLASH。好了到了无奖竞猜环节,这个黑匣子用的FLASH来自哪一家?

揭晓答案:

c2aa031d5bd7281f4e64bd48dfe4c3c0.jpg

供应商花落Intel。

讲真,我个人还是有点意外的,竟然是Intel的颗粒。

17b6a82674dc34bb8daf5766e8c7b454.png

不管怎么样,全部拆了,然后一字排开,还是有点壮观的。

看标签上的日期应该是1998年的第21周组装,而颗粒本身是97年产,是Intel产品线中一款还不错的SLC颗粒。

3c226f4739b4e6c80dbc2f8ff0a5f6c5.jpg

那个年代能做到10000次擦写应该算是不错的水平了。工作温度从0℃到70℃,应该是宽温的颗粒。

不过顶盖上有个182℃的贴纸,意思是内部温度到182℃里面的数据就很危险么,不是很清楚了。

b326010e8fb3ef9ed10878e90a38285c.jpg

最后看看用的是什么主控。不出我所料是个定制的芯片,看来再利用整个模块基本上是不可能了。

来算一下整个模块总的容量,8x15就是120MB,记录4个30分钟的音频,基本上就是1分钟消耗1MB的样子?

4ce52be5ec8a54bc3874576b64e9135f.png

最后再倒回这张图,中间两个TI的芯片就不说了,应该是用来处理模拟的麦克风信号的,一颗芯片负责两个通道,DSP左上角和右下角的两个黑色的芯片应该是DSP用的DRAM缓存。

中间贴了贴纸的应该是FDAU的主控,来自QuickLogic(快辑),本质跟现在用的FPGA差不多,是一种高度客制化的ASIC,不过灵活性没有FPGA高,个人理解就是一个专门定做的芯片。

除此以外还有几个主要的芯片也是QuickLogic制造,应该是应用了一整套的方案。

71b0e6d1980c953c0fbdd76811bf9d00.jpg

之前还考虑过要不要去收一套维修工具来读一下里面的信息,后来上网一查最便宜的报价都是在4w美金左右,我想那还是直接拆了吧。

a819503df4191ee8f26dce4a54e186ee.jpg

拆解完的残骸就这样了,其实这玩意本身结构并不是很复杂,给我的印象还是扎实的用料和一些细节上的设计,以后有机会想办法去搞个FDR来拆,固态的CVR还是简单了些。

END

原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/EOsvN9aceost62GOE74gqQ
微信公众号:
hack电子.jpg
推荐阅读
更多IC设计技术干货请关注IC设计技术专栏。
推荐阅读
关注数
20186
内容数
1307
主要交流IC以及SoC设计流程相关的技术和知识
目录
极术微信服务号
关注极术微信号
实时接收点赞提醒和评论通知
安谋科技学堂公众号
关注安谋科技学堂
实时获取安谋科技及 Arm 教学资源
安谋科技招聘公众号
关注安谋科技招聘
实时获取安谋科技中国职位信息