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基于NFC的嵌入式系統自檢

發布時間:2019-09-10 點擊數:1512

今天,電子產品堪稱無處不在,不管是汽車、白色家電,還是娛樂設備、可穿戴設備,都已融入我們生活的方方方面。電子系統的快速普及應用,歸功于大規模集成電子器件的出現,例如,非常復雜的計算密集型微控制器和SoC(系統芯片)。今天,隨著白色家電和電子產品設計日益復雜,設計師不得不開始關注產品的易用性和排障的便利性。

 

復雜設計急需內部調試信息,需要了解計算單元內部發生的情況,如果出現系統錯誤或失敗,可以在產品生命周期的各個階段檢索和檢查錯誤,如下所示。

 

 

 

圖1:產品生命周期各階段系統檢查

 

  產品開發和工程:

 

對于嵌入式系統,產品可靠性監測和認證流程可能需要長時間查看產品的性能表現。人工監測系統的可行性不高,效率低下。大數據分析難度也不小,而且還需要特定的分析方法。

 

對于間歇性錯誤或條件性錯誤,只有在正確記錄事件和錯誤后才能排錯。開發人員可以隨時查看錯誤數據,將這些信息輸出到外部進行分析,需要占用少量的內存空間,或者需要轉儲內部信息。

 

  產品制造:

 

系統自檢和錯誤代碼或消息有助于保證產品開發和制造質量,優化測試時間和生產測試,甚至售后支持。

 

如果出現錯誤,系統將會指示是哪些組件無法正常通信而導致錯誤發生。技術人員可以輕松測試或排錯,維修產品。

 

  物流日志:

 

一些重要產品可能需要特定的運輸方式和物流方式,這些產品系統可以在內部存儲器記錄跟蹤有關環境和搬運方式的電子數據,例如:碰撞、濕度和溫度。

 

客戶可以在目的地分析這些數據,核實是否符合推薦的運輸和搬運方式。

 

  現場服務:

 

用戶可以使用智能手機檢索現場裝機的內部信息,這些信息對設備維護服務商非常有用,可以幫助公司通知員工為報修準備妥當,不僅節省了現場維護次數,還節省了報修時間。

 

  目前在用的系統調試方法

 

盡管LED指示燈、LED屏幕和LCD屏幕提供錯誤信息的能力有限,但新的智能連接可以向用戶提供更多信息,為采集信息、調試、質檢和測試時間優化和售后支持開辟了一條新的途徑。

 

  基于NFC的新智能連接調試方法:

 

嵌入式系統多數都有用于存儲某些系統參數的內部非易失性存儲器。當這個EEPROM存儲器改用雙接口EEPROM時,還可使用無線通信技術讀取錯誤信息和系統健康狀態數據。

 

有源RFID標簽是一個非常經濟的錯誤代碼記錄介質,可以通過NFC接口檢索電子標簽內部數據。

 

NFC又稱近距離通信,是一種基于RFID(射頻識別)的13.56 MHz載波無線通信技術,當一個NFC設備靠近另一個NFC設備時,即可互連通信。今天大多數手機都有NFC接口,可與有源標簽通信,為用戶在不同設備之間交換信息。

 

以消費電子產品為例,有源標簽對于自檢非常有用。在系統上電后,自檢將檢查系統的所有組件,并將健康狀態寫入有源標簽中,便于產品出廠質檢時讀取數據,如果所有參數都正常,則產品可以出廠。

 

整個系統一步測試概念還可以節省產品在生產線上的停留時間,讀取系統健康狀況只需要幾秒鐘的時間,設計一個用戶界面非常簡單的應用軟件,可以在智能手機或讀取器上查看錯誤信息內容。

 

如果出現系統錯誤,系統將會指示是哪些組件無法正常通信導致錯誤,方便技術人員測試或調試系統,修理產品。

 

此方法還可用于售后服務。用戶只需將智能手機靠近白色家電的控制面板,即可通過NFC讀取產品內部信息,還可以通過Wi-Fi或GPRS等WAN網絡將信息發送到中央服務器,同時自動提交投訴。

 

 

 

圖2:系統健康檢查智能連接技術

 

  實現NFC智能連接調試:

 

有微控制器的嵌入式系統可以測試內部邏輯電路和所連的外圍設備,通過NFC在智能手機上更新自檢報告,可以在手機上發出一些測試命令,進一步分析系統內部問題。

 

NFC是一種非常經濟的無噪聲通信方案,緊湊的尺寸使其可以輕松整合到小系統中。

 

今天大多數人都有智能手機。用戶可用安卓手機應用測試系統,在屏幕上查看初步的測試信息,包括錯誤類型。為了更好地理解,下面以計步器系統為例介紹這個過程。下圖是計步器系統的框圖:

 

 

 

圖3:穿戴式計步器系統框圖

 

該可穿戴式計步器采用STM32L系列微控制器。STM32L可以降低應用功耗,并提供適合的處理能力,片上配備各種外設接口,例如,SPI、I2C和ADC,是設計低成本、低功耗解決方案的理想選擇。

 

動態NFC/RFID標簽芯片M24SR64-Y接受13.56 MHz RFID讀取器或NFC手機通過I2C接口發送的讀寫指令,有助于在計步器和手機之間建立低成本的RF通信連接,內置EEPROM存儲器用于保存系統狀態和其他相關信息。

 

 

 

圖4:穿戴式計步器和PCB電路板

 

為了在不打開系統的情況下使用系統排錯功能,我們開發了一款可以在沒有實體接觸的情況下與系統通信的安卓手機應用。動態NFC/RFID標簽IC甚至不需要電源即可與RFID讀取器通信。檢查系統健康狀態,建立通信連接,需要將手機靠近計步器。

 

 

 

圖5:基于NFC的排錯系統

 

 

 

圖6:手機屏幕顯示系統狀態

 

在動態NFC/RFID標簽IC上有一個中斷引腳,當檢測到NFC信號時,中斷引腳向主控制器發送中斷信號,喚醒系統。通過使用中斷功能,系統可以運行已配置好的任務,檢查系統健康狀況,并在NFC標簽中寫入健康狀態數據,然后,用手機讀取NFC標簽內的系統狀態信息,并在屏幕上顯示系統狀態,例如,屏幕上彈出“系統正常”信息,表示系統完全正常。否則,彈出“系統故障”,并說明故障區域。

 

  結論:

 

系統智能連接功能可以為用戶帶來很多好處,涵蓋從產品制造到售后的整個生命周期,有助于降低產品的總體成本。在目前的智能連接技術中,NFC技術經濟實惠,對功率和空間需求都非常低,不論是小尺寸產品,還是體積大的家電,選擇無線通信連接,NFC都是一個不錯的選擇。

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