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1 引言2 復(fù)位問(wèn)題及排查3 總結(jié)

1. 引言

本文探討一個(gè)奇怪的MCU NRST 管腳異常復(fù)位現(xiàn)象。

2.復(fù)位問(wèn)題及排查

這個(gè)問(wèn)題是客戶對(duì)開(kāi)發(fā)的平臺(tái)做EMS 浪涌測(cè)試的時(shí)候發(fā)生的，平臺(tái)上使用了一個(gè)STM32G474 RCT6 MCU 。在某個(gè)等級(jí)的EMS 測(cè)試中，客戶發(fā)現(xiàn)MCU有時(shí)候會(huì)異常復(fù)位而影響平臺(tái)的穩(wěn)定工作。

2.1. MCU 異常復(fù)位問(wèn)題的通常解決思路

我們知道，導(dǎo)致MCU異常復(fù)位的原因有很多，比如外部復(fù)位電路被干擾， MCU 電源的異常跌落，看門狗不能正常喂狗導(dǎo)致的復(fù)位等等。

STM32 MCU 的復(fù)位標(biāo)志位寄存器可以幫助我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致異常復(fù)位的線索。復(fù)位標(biāo)志位的相關(guān)信息可以在STM32 MCU 的Reference Manual 中找到。在RCC 節(jié)的RCC_CSR 寄存器中，我們可以看到：

圖中紅色圍住的部分就是復(fù)位標(biāo)志相關(guān)的寄存器。

LPWRRSTF:低功耗模式復(fù)位標(biāo)志位，被置1 表示發(fā)生了非法的STOP, SLEEP 或SHUTDOWN 等低功耗模式進(jìn)入。

WWDGRSTF: 窗口看門狗復(fù)位標(biāo)志。

IWDGRSTF: 獨(dú)立看門狗復(fù)位標(biāo)志。

SFTRWTF: 軟件復(fù)位標(biāo)志位。

BORRSTF: 欠壓復(fù)位標(biāo)志位。

PINRSTF: 從NRST引腳輸入產(chǎn)生的復(fù)位的標(biāo)志位。

OBLRSTF: 加載選項(xiàng)字節(jié)產(chǎn)生的復(fù)位的標(biāo)志位。

以上的標(biāo)志位被置1 表示發(fā)生了相關(guān)的復(fù)位。

這些被置1的標(biāo)志位可以通過(guò)向RMVF 位寫1清除。

在一次正常的MCU上電過(guò)程中，電壓的上升和PDR 電路的工作必然會(huì)導(dǎo)致BORRSTF 和PINRSTF 被置位1，因此在做EMS實(shí)驗(yàn)前，需要先通過(guò)向RMVF 寫1將所有復(fù)位標(biāo)志位清除，然后觀察在EMS 測(cè)試導(dǎo)致的復(fù)位后，哪些復(fù)位標(biāo)志位被置位了。例如，當(dāng)觀察到BORRSTF 被置1表示發(fā)生了欠壓復(fù)位，需要重點(diǎn)檢查MCU供電電路包括濾波/退耦電容的設(shè)計(jì)和布局等等。 PINRSTF 位被置1表示MCU 的NRST 管腳接收到了能夠觸發(fā)復(fù)位的異常低電平，需要檢查NRST 的外圍電路是如何被干擾的，或設(shè)法增加濾波電路濾除干擾。 WWDGRSTF 或IWDGRSTF 被置1表示喂狗不正常導(dǎo)致了復(fù)位，一般是由程序在EMS測(cè)試中運(yùn)行不正常進(jìn)入死循環(huán)導(dǎo)致，MCU 被EMS干擾影響的途徑相對(duì)難以判斷，可能是地或某個(gè)/些GPIO管腳被EMS 干擾侵入而影響了MCU 的正常運(yùn)行。通過(guò)觀察異常復(fù)位發(fā)生后的復(fù)位標(biāo)志位，可以使我們避免解決問(wèn)題時(shí)在不相關(guān)的電路上浪費(fèi)時(shí)間，比如如果只有BORRSTF 被置位，我們需要重點(diǎn)關(guān)注供電電路，而不需要在復(fù)位管腳相關(guān)電路做無(wú)用的調(diào)整。

2.2. 在客戶開(kāi)發(fā)平臺(tái)上的排查

根據(jù)上面2.1節(jié)描述的思路，我們?cè)诳蛻舻钠脚_(tái)上排查發(fā)生異常復(fù)位的原因，通過(guò)檢查STM32G4 的復(fù)位標(biāo)志位，發(fā)現(xiàn)復(fù)位發(fā)生后PINRSTF 被置1了。這似乎是個(gè)簡(jiǎn)單的NRST 復(fù)位管腳被干擾的問(wèn)題。但是觀察客戶的設(shè)計(jì)， NRST 管腳并沒(méi)有外接比較長(zhǎng)走線的外部電路，只是在管腳放置了一顆0.1UF 的電容。按常理這樣的電路一般不會(huì)將干擾引入NRST 管腳。

為了避免是0.1UF 電容將地噪聲引入管腳，拆除這顆電容后再做浪涌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果PINRSTF 還是被置位。

STM32G4有一個(gè)新功能， NRST 管腳可以被復(fù)用為一個(gè)GPIO PG10，當(dāng)這個(gè)管腳被定義為PG10后，加在這個(gè)管腳的低電平干擾將不會(huì)再導(dǎo)致MCU 復(fù)位。但是奇怪的事情發(fā)生了，STM32G474第7腳由NRST 改定義成PG10后(Option byte中修改)，浪涌實(shí)驗(yàn)中依然發(fā)生了PINRSTF 被置位的現(xiàn)象。這時(shí)候看來(lái)不能只局限于NRST 管腳的探查了，干擾是不是從其它GPIO 竄入MCU 并進(jìn)一步通過(guò)耦合影響了復(fù)位電路的工作呢？在LQFP的封裝中，由于MCU 內(nèi)部并行的較長(zhǎng)的bonding線的存在，相鄰的GPIO之間最可能產(chǎn)生耦合干擾，所以我們從第7腳相鄰的第6和8腳開(kāi)始排查。分別將它們的外部信號(hào)斷開(kāi)。通過(guò)排查，第8腳信號(hào)斷開(kāi)沒(méi)有解決問(wèn)題。但是當(dāng)將第6腳相連的晶振和電容斷開(kāi)，并改用內(nèi)部HSI 時(shí)鐘源后，異常復(fù)位問(wèn)題消失了， PINRSTF 不再被置位?？磥?lái)干擾是從第7腳進(jìn)入的。觀察客戶的PCB 設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)晶振的LOAD 電容接地并不是直接接地平面，而是經(jīng)過(guò)一根細(xì)長(zhǎng)的地走線后才由一個(gè)過(guò)孔連接到地平面，很明顯這根細(xì)長(zhǎng)的地走線在浪涌測(cè)試中作為天線接收了干擾并經(jīng)電容傳遞到了MCU 內(nèi)部。

3. 總結(jié)

MCU 內(nèi)部是遠(yuǎn)比MCU 外部電路更復(fù)雜的微電子電路，內(nèi)部線路間距小，不同功能間可能只是由電子開(kāi)關(guān)或多路復(fù)用器做選擇，當(dāng)高頻干擾進(jìn)入MCU 后，干擾可以在看似不直接相連的電路間耦合而影響MCU 的正常工作。重要的是避免干擾進(jìn)入MCU。在排查干擾傳遞的路徑時(shí)，不要將目光局限于直接相連的電路或管腳。

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