基于STM32 MCU應(yīng)用的EMC指南之軟件篇

在基于微控制器的電子系統(tǒng)中，強(qiáng)壯的軟件設(shè)計(jì)是提高 EMC 性能的主要因素。必須盡量在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的早期考慮 EMC 干擾導(dǎo)致的問(wèn)題。EMC 導(dǎo)向的軟件提高了應(yīng)用的安全性和可靠性。強(qiáng)化 EMC 性能的軟件的實(shí)施成本低，可提高最終的抗擾性能，并節(jié)約硬件和開發(fā)成本。用戶應(yīng)考慮到模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)受到的 EMC 干擾，就像任何其它應(yīng)用參數(shù)一樣。

EMC 干擾導(dǎo)致的問(wèn)題示例：

微控制器無(wú)響應(yīng)

程序計(jì)數(shù)器失控

執(zhí)行意外指令

地址指向錯(cuò)誤

子程序執(zhí)行錯(cuò)誤

寄生復(fù)位和 / 或寄生中斷

IP 配置損壞

I/O 失靈

軟件故障的后果示例：

產(chǎn)品意外響應(yīng)

上下文丟失

進(jìn)程中的意外分支

中斷丟失

數(shù)據(jù)完整性缺失

輸入值誤讀

01使用看門狗或時(shí)間控制

為了確保 MCU 能夠從軟件失控故障中恢復(fù)，看門狗是最有效的可用工具。它的原理非常簡(jiǎn)單：它是一個(gè)在計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生 MCU復(fù)位的定時(shí)器。一旦看門狗啟動(dòng)，防止看門狗復(fù)位控制器的唯一方式就是在程序中周期性更新計(jì)數(shù)器。

但是為了使看門狗發(fā)揮它的最大潛力，用戶必須在軟件中的恰當(dāng)位置插入使能和喂狗指令。

下圖演示了錯(cuò)誤的看門狗使用方式：

需要執(zhí)行下列規(guī)則：

復(fù)位之后盡快啟用看門狗，或者開啟硬狗選項(xiàng) (如果有)。

切勿在中斷服務(wù)函數(shù)中或在代碼中沒(méi)有超時(shí)保護(hù)的任何本地環(huán)路中刷新看門狗。 根據(jù)不同程序的持續(xù)時(shí)間，包括中斷程序，對(duì)兩個(gè)刷新指令之間的間隔時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化是非常重要的。

看門狗還有一種小用途，即可以使用它來(lái)復(fù)位 MCU，但這也意味著程序上下文的丟失，以及應(yīng)用數(shù)據(jù)完整性的丟失。復(fù)位之后，除了啟用看門狗外，在一些 MCU 上，你可以使用復(fù)位標(biāo)志來(lái)區(qū)分上電或低電壓復(fù)位或看門狗復(fù)位。

正確使用看門狗的實(shí)例如下圖：

02保護(hù)閑置程序存儲(chǔ)區(qū)域

在大多數(shù)應(yīng)用中，程序存儲(chǔ)空間并沒(méi)有完全被用戶代碼占滿。為了更強(qiáng)的安全性，如果你不想產(chǎn)生復(fù)位，可以使用代碼填滿閑置存儲(chǔ)位置，這樣會(huì)強(qiáng)制看門狗復(fù)位或者跳向已知的程序位置。

即使程序計(jì)數(shù)器損壞，并且跳向閑置存儲(chǔ)位置，這都將確保 MCU 恢復(fù)和返回到正常操作。在這個(gè)閑置區(qū)域，還可以跳轉(zhuǎn)到恢復(fù)故障安全子程序，通過(guò)該子程序可恢復(fù)正常運(yùn)行。

帶有 ARM Cortex-M 內(nèi)核的 STM32 微控制器使用故障異常，當(dāng)系統(tǒng)遭受 EMC 干擾時(shí)，它可以捕獲可能發(fā)生的非法存儲(chǔ)訪問(wèn)和非法編程行為。未定義的指令操作代碼可以用來(lái)填充STM32 微控制器的閑置存儲(chǔ)，在程序計(jì)數(shù)器失控的情況下，提高故障異常使用率，使得故障安全程序從錯(cuò)誤中恢復(fù)。

03輸入過(guò)濾和比較

最佳做法是在驗(yàn)證狀態(tài)和繼續(xù)編程執(zhí)行之前，由程序?qū)斎胍_穩(wěn)定性進(jìn)行幾次檢查，以避免由輸入電路的外部噪聲造成的不想要的尖峰響應(yīng)。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)關(guān)鍵輸入濾波的方法，不需要額外的成本。

04閑置中斷向量管理

為了避免意外中斷事件導(dǎo)致的問(wèn)題 (無(wú)論是什么來(lái)源)，建議在相應(yīng)的向量中加入一個(gè)有效的中斷程序地址，以管理所有可能的中斷來(lái)源。在下面的示例中，未使用的中斷向量指向故障管理程序標(biāo)簽，該標(biāo)簽中填充了簡(jiǎn)單的 “ 從中斷返回 ” 指令06

05平均模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)果

如果你在執(zhí)行 A/D 轉(zhuǎn)換操作，你可以重復(fù)多次轉(zhuǎn)換，將結(jié)果存儲(chǔ)在 RAM 中，然后取平均值(或者選擇最多出現(xiàn)的值)，以在任何可能的噪聲錯(cuò)誤的情況下獲取準(zhǔn)確的結(jié)果。

06冗余數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和交換

由于極端條件下的電磁干擾，所有存儲(chǔ)在內(nèi)部或外部存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)都可能損壞。高級(jí)的預(yù)防技術(shù)包括將雙倍互補(bǔ)值存儲(chǔ)在非臨近存儲(chǔ)區(qū)域、存儲(chǔ)和檢查奇偶校驗(yàn)位或 ECC，它們可幫助識(shí)別和 / 或修正數(shù)據(jù)損壞。 關(guān)注本公眾號(hào)，在后臺(tái)回復(fù)【STM32】可以獲取更多相關(guān)設(shè)計(jì)的參考電路。

審核編輯：湯梓紅