軟件工程師換一顆芯片后，會(huì)發(fā)生什么？寄生電容來添亂

時(shí)間：2021-09-18 14:45:55

關(guān)鍵字：電容芯片

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[導(dǎo)讀]前言由于不可抗拒因素，原定性產(chǎn)品替換一顆器件，該器件的目的是防止外界EMI干擾，位置處于處理器和SD卡之間，器件是為每個(gè)SD卡信號(hào)線連接100Ω電阻。更換后，SD卡探測(cè)正常，從SD卡讀寫幾十KB文件功能正常，?從SD卡數(shù)據(jù)500KB以上的文件永遠(yuǎn)無法讀完，系統(tǒng)其他功能依舊正常，再...

前言

由于不可抗拒因素，原定性產(chǎn)品替換一顆器件，該器件的目的是防止外界EMI干擾，位置處于處理器和SD卡之間，器件是為每個(gè)SD卡信號(hào)線連接100Ω電阻。

更換后，SD卡探測(cè)正常，從SD卡讀寫幾十KB文件功能正常，?從SD卡數(shù)據(jù)500KB以上的文件永遠(yuǎn)無法讀完，系統(tǒng)其他功能依舊正常，再次插拔SD卡不可識(shí)別，只能關(guān)機(jī)重啟。

問題原因：新舊器件的寄生電容有差異，SD卡時(shí)鐘信號(hào)畸形，處理器SD控制器

下面看看整個(gè)曲折排查過程

方向錯(cuò)誤

前天，報(bào)告故障時(shí)同事沒有把事情給我描述清除，僅說“更換EMI器件后，從SD卡里執(zhí)行系統(tǒng)更新時(shí)被卡住了，進(jìn)度條走不完”。我到產(chǎn)線的確每次都能復(fù)現(xiàn)改描述問題。慶幸，容易復(fù)現(xiàn)以前都好辦，可我的排查方向錯(cuò)了，被問題描述誤導(dǎo)而去檢查設(shè)備驅(qū)動(dòng)是否存在問題，比如mmc驅(qū)動(dòng)里某個(gè)核心死鎖、等待信號(hào)量、while循環(huán)、狀態(tài)機(jī)混亂。

納悶著產(chǎn)品都量產(chǎn)好幾年了，從SD卡執(zhí)行系統(tǒng)更新功能我還特別關(guān)注過可靠性。生怕好好一臺(tái)設(shè)備升級(jí)變磚。于是一下午在新、老器件上嘗試對(duì)比差異。生產(chǎn)部門的示波器很難用，只用它初略對(duì)比信號(hào)高、低電平范圍，沒能捕獲到實(shí)際頻率響應(yīng)特性，粗略觀測(cè)到兩設(shè)備插入SD卡后某幾個(gè)信號(hào)線邏輯電平不一致，一個(gè)高電平、一個(gè)低電平，至于原因未知。

快下班時(shí)同事告知：“設(shè)備可以正常保存數(shù)據(jù)文件到SD卡?！?。

What？有這么神奇？

設(shè)備業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)每個(gè)文件只有200KB以內(nèi)，我嘗試著用dd命令在SD卡根目錄創(chuàng)建若干不同大小文件，再telnet到設(shè)備上逐個(gè) hexdump它們，發(fā)現(xiàn)500KB文件大小是個(gè)分水嶺。

閱讀手冊(cè)

次日，對(duì)比新老器件的手冊(cè)說明，兩器件的差異僅僅在于寄生電容上，老器件寄生電容8.5pF，新器件36pF。其實(shí)這個(gè)時(shí)候動(dòng)手算算時(shí)間響應(yīng)系數(shù)、SD卡工作頻率、在芯片手冊(cè)時(shí)序特性就能確認(rèn)故障點(diǎn)在這了，本產(chǎn)品的SDIO時(shí)鐘頻率48MHz。

SDIO這部分我不是太熟悉，嘗試在群里請(qǐng)求幫助。

抱幾臺(tái)設(shè)備去實(shí)驗(yàn)室做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，用著熟悉的示波器，操作起來游刃有余。

老器件的波形勉強(qiáng)還行，至少算是個(gè)正弦波，新器件的波形已經(jīng)被寄生電容展寬成?斜三角波。初步懷疑布線質(zhì)量差勁，波形抖動(dòng)，訪問大文件時(shí)時(shí)鐘抖動(dòng)累加影響處理器時(shí)序，狀態(tài)機(jī)混亂。訪問小文件時(shí)任務(wù)小巧。數(shù)個(gè)時(shí)鐘偏差不足以引起單次讀寫任務(wù)執(zhí)行。

眼圖

是德科技的這款示波器默認(rèn)沒開放眼圖功能，要使用眼圖也行，1萬RMB購(gòu)買軟件擴(kuò)展功能lisence。我只能退而求其次使用它的?Mask（模板）功能?。這個(gè)功能原理和眼圖類似，下文我還是用眼圖來稱呼它。Mask功能缺少眼圖下移動(dòng)標(biāo)桿測(cè)量的能力，不能測(cè)量“眼鏡”開口大小，無法得知3dB位置，一拖動(dòng)動(dòng)屏幕任何參數(shù)，Mask數(shù)據(jù)都會(huì)丟失。

怎么讓處理器保持讀取數(shù)據(jù)內(nèi)容呢？

讓處理器反復(fù)地在SD卡上拷貝1MB文件就行了，記得末尾清除文件系統(tǒng)緩存，防止linux在內(nèi)存里緩存SD卡文件。

while [ 1 ]do cp /mnt/sd/1MB.img /mnt/sd/unuse.img echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches # 清除緩存done每個(gè)眼圖都保持1min測(cè)試時(shí)長(zhǎng)。

老器件的波形實(shí)際上也是存在抖動(dòng)的，好在抖動(dòng)不劇烈，抖動(dòng)位置規(guī)則的分布在5個(gè)密集區(qū)域。

新器件的眼圖我需要說明一下，文章開頭描述“只要訪問SD卡500KB以上的數(shù)據(jù)無響應(yīng)，不再有時(shí)鐘”。于是我對(duì)測(cè)試shell做了小修改，每次僅處理10KB的文件，接著讓總線休息一下，避免shell執(zhí)行太快SD控制器的來不及停止就繼續(xù)執(zhí)行。有了這個(gè)延時(shí)，所以新器件1min眼圖效果和老器件是不能直接對(duì)比的，初略看他的抖動(dòng)會(huì)比老器件的強(qiáng)。