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技術(shù)專(zhuān)題
智能自檢流程可優(yōu)化嵌入式系統的加電
智能自檢流程可優(yōu)化嵌入式系統的加電
為什么加電自檢很重要
在典型的嵌入式系統中，微控制器連接到PCB上的各種組件。它依靠?jì)却嫘酒瑏?lái)存儲關(guān)鍵參數或歷史記錄。參數的每一位都可能影響功能算法的結果。
使工業(yè)設備自動(dòng)化的嵌入式系統還依靠輸入來(lái)激活某些閥門(mén)或電動(dòng)機。在大多數情況下，輸入是從連接到PCB的傳感器獲得的模擬信號。確保系統加電時(shí)傳感器正常運行是很重要的。
隨著(zhù)世界擁抱物聯(lián)網(wǎng)，嵌入式系統可以通過(guò)更廣泛的技術(shù)相互通信。無(wú)論使用哪種接口，傳統活動(dòng)（如基本握手協(xié)議或簡(jiǎn)單的狀態(tài)檢查）對于確保系統以正確的方式通電仍然至關(guān)重要。
當然，有人會(huì )爭辯說(shuō)，可靠的固件將確保在執行算法之前評估正確的輸入或參數。那么，為什么還要進(jìn)行一系列的自檢呢？
對系統故障采取行動(dòng)的最佳時(shí)間是在加電期間。
在大多數應用中，嵌入式系統由設備附近的技術(shù)人員供電。與在執行某些邏輯之前發(fā)現的異常相比，啟動(dòng)期間發(fā)現的任何異常都可以立即采取行動(dòng)，這可能需要幾天或幾周的時(shí)間。
除此之外，由于電源故障而中斷的嵌入式系統可能沒(méi)有機會(huì )完成其最后的操作。他們可能在斷電之前已部分存儲了交易記錄。在某些情況下，在電源恢復后，嵌入式系統根本就沒(méi)有準備好應對這種情況。
有用的嵌入式系統自檢程序
就像嵌入式系統的設計可能有所不同一樣，所需的自檢程序也可能有所不同。根據我在開(kāi)發(fā)用于商業(yè)和工業(yè)應用的嵌入式系統方面的經(jīng)驗，以下是一些在加電期間要執行的最自檢：
1.內存檢查
嵌入式系統通常將參數或歷史日志存儲在閃存，鐵磁隨機存取存儲器（FRAM）和靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）等存儲器中。這些存儲芯片通常通過(guò)內部集成電路（I2C）或串行外圍接口（SPI）協(xié)議連接到微控制器。
執行讀取命令時(shí)SPI的問(wèn)題在于，即使相應的存儲芯片出現故障，您也可能會(huì )收到無(wú)效的0xFF十六進(jìn)制值。這可能導致微控制器執行錯誤的算法。
因此，請謹慎確保在啟動(dòng)過(guò)程中PCB中使用的每個(gè)存儲芯片都可以正常工作。例如，在FRAM和SRAM中分配一個(gè)虛擬字節以比較“讀”和“寫(xiě)”值或從閃存中檢索設備ID。
通過(guò)快速自檢，確保所有內存芯片在啟動(dòng)過(guò)程中均正常運行。
2.數據庫檢查
在歷史記錄對應用程序至關(guān)重要的嵌入式系統中，確保電源恢復后存儲任何記錄之前數據庫處于良好狀態(tài)是一種很好的做法。與軟件應用程序中的SQL副本相比，嵌入式系統中的數據庫相當原始。
嵌入式系統數據庫通常是自定義構建的，并且可能存在潛在的漏洞，無(wú)法通過(guò)測試。需要對記錄指針進(jìn)行基本檢查，以確保它們在其指定的扇區內。這樣可以防止由于覆蓋不同數據類(lèi)型之間的扇區而導致數據庫損壞。
3.輸入檢查
用于工業(yè)自動(dòng)化的嵌入式系統在很大程度上依賴(lài)于數字和模擬輸入來(lái)執行相關(guān)功能。對于微控制器，在啟動(dòng)主算法之前，請確保連接安全開(kāi)關(guān)的數字輸入端提供正確的值，這是一個(gè)好習慣。
在使用4-20 mA模擬傳感器的應用中，微控制器可以快速檢查傳感器是否正確連接。等效模擬值小于4 mA表示傳感器有故障，應立即警告技術(shù)人員。
4.通訊檢查
在某些情況下，嵌入式系統通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信連接到其他設備。讓微控制器在這些設備上啟動(dòng)狀態(tài)檢查是在系統開(kāi)始運行之前識別任何故障設備的好方法。
雖然我們樂(lè )觀(guān)地期望第三方設備是完美的，但我的經(jīng)驗證明了事實(shí)并非如此。我有一些有時(shí)會(huì )拒絕正確啟動(dòng)的工業(yè)條碼打印機。通過(guò)在啟動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行的快速調查，我可以確保立即解決所有緊迫的問(wèn)題，并且不會(huì )有生氣的客戶(hù)在我的脖子上喘不過(guò)氣來(lái)。