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原创 功能安全之“浅谈MCU会如何失效”

2015-1-5 10:34 2620 18 6 分类: 消费电子
正文：
        经过前面几篇博客的铺垫，终于要聊点不虚和实际的内容了。
       如果谈失效，就不能不提到FMEA（失效模式与影响分析）。FMEA的哲学办法是归纳法，即从底至顶。
       那么，要是内容不虚，就研究“系统/子系统“之下的组件---元器件。
       今天，聊一聊MCU那点事。
   
1、MCU的电源
      某公司MCU电源的拓扑如下：
 
vcc.jpg
        Logic supply VDD，供给MCU内部Core---CPU的电源，一般电压约1.8V。当电源电压<1.8V，CPU可能会出现故障。
        VDDF，供给MCU内部Flash读写，一般电压约2.8V。当电源电压<2.8V，进行读写操作可能会损坏Flash
        MCU内部的LVR（low voltage reset）在电源电压<4.2V，会发生Reset，强制终止MCU工作。
        那么问题来了：如果要准确地”识别低压“这个异常工况，很显然需要LVR具备在更低电压下工作的能力。
        MCU内部用bandgap来实现这一要求，bandgap的工作电压一般为1.25V，即用1.25V来识别4.2V。
2、MCU的Core
        CPU是大脑，负责计算和逻辑。
        对于单核MCU来说，解决这个问题比较棘手，没特别好的办法。大脑往往是不知道大脑出问题了。
        主/辅MCU呢，是通过分立的2个CPU，2个大脑相互比较（comparison）来纠错。           双核MCU，比较科幻了，不分立，直接在一个机体内长出2个大脑，冗余2个CPU核来降低失效率；
               
3、MCU的时钟
       MCU一般有三路独立时钟的来源：
       1）晶体振荡器或陶瓷振荡器的时钟
       2）内部RC振荡的时钟，一般频率为1MHz
       3）来自API(Asynchronous periodic interrupt)的时钟，一般频率为10KHz
       有了三路时钟来源，还得辅以复杂的时钟拓扑，可以降低”时钟丢失而程序跑飞“的风险。
 
4、MCU的存储器
         受电气环境和宇宙射线的影响，Flash /EPROM/RAM会发生其内存储的数据发生0<->1跳变。
0101.jpg
         存储器1bit出现错误，可能还好。但是，骨感的现实中2bit以上的跳变是存在的。
         于是，出现了ECC技术（Error Correcting Code）循环冗余校验码，可以实现1bit错误能被纠正过来，2bit以上的错误能被检测。
        由于ECC的原理还是挺复杂的，此处省略。ECC的实现可软件或硬件。硬件ECC的好处就是节省MCU资源。
 
5、指令
        顺便提一下，ECC好比可以保证存储在电脑硬盘上数据是可靠的。
        那问题来了，如果读取电脑硬盘的命令出错了，比如本意是读取一个文件夹的内容，结果命令被篡改成”删除这个文件夹“的命令了。
        于是，发明了CRC（Cyclic Redundancy Check）循环冗余校验码。
        
6、MCU的外设：I/O
       MCU的外设众多，此处仅展示I/O的失效问题。
      io.jpg
       整个回路每个支线都有可能失效。
       比如MCU的die -> 封装pin脚 -> 外围设备等之间
       那么，通过回采提高诊断覆盖率是个好办法，但是回采回路也存在支线”外围设备 -> 封装pin脚 -> MCU的die“。
       
              
 
结尾：
        
        有位老师劝学生不要吸烟，因为治病的风险很大。而该名学生利用地理知识觉得地球风险本就很大：
        地球自重60万亿亿吨，带着70亿地球人绕着太阳1秒疯狂转30公里，然后自己打转转又弄了460多米。风险还不大吗？
 
 
 
附录：
 
前言
      1）文章题目起得吓人，但正文却“食之无味”，仅“管中规豹/盲人摸象/坐井观天”地推测汽车电子研发工作；
       2）正文按照标号1/2/3/4，以符合研发工程师强迫症的习惯；
       3）行文追求朴素/简洁/凌厉的大实话和心里话，以符合研发工程师“外表朴素/内心艳丽/敏于行/讷于言”的特质；
       4）结尾模仿相声的结尾（称作“攒底”），戛然而止，并鞠躬下台。
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文章评论（1条评论）

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zhujun74_602010376 2019-2-20 19:06

生动有趣的，那有没不同工艺造成潜在失效可能的分析呢？
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