基于NFC的嵌入式系統(tǒng)自檢

今天，電子產(chǎn)品堪稱無處不在，不管是汽車、白色家電，還是娛樂設(shè)備、可穿戴設(shè)備，都已融入我們生活的方方方面。電子系統(tǒng)的快速普及應(yīng)用，歸功于大規(guī)模集成電子器件的出現(xiàn)，例如，非常復(fù)雜的計(jì)算密集型微控制器和SoC（系統(tǒng)芯片）。今天，隨著白色家電和電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)日益復(fù)雜，設(shè)計(jì)師不得不開始關(guān)注產(chǎn)品的易用性和排障的便利性。

復(fù)雜設(shè)計(jì)急需內(nèi)部調(diào)試信息，需要了解計(jì)算單元內(nèi)部發(fā)生的情況，如果出現(xiàn)系統(tǒng)錯(cuò)誤或失敗，可以在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段檢索和檢查錯(cuò)誤，如下所示。

圖

圖1：產(chǎn)品生命周期各階段系統(tǒng)檢查

產(chǎn)品開發(fā)和工程：

對(duì)于嵌入式系統(tǒng)，產(chǎn)品可靠性監(jiān)測(cè)和認(rèn)證流程可能需要長時(shí)間查看產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。人工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)行的可行性不高，效率低下。大數(shù)據(jù)分析難度也不小，而且還需要特定的分析方法。

對(duì)于間歇性錯(cuò)誤或條件性錯(cuò)誤，只有在正確記錄事件和錯(cuò)誤后才能排錯(cuò)。開發(fā)人員可以隨時(shí)查看錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，將這些信息輸出到外部進(jìn)行分析，需要占用少量的內(nèi)存空間，或者需要轉(zhuǎn)儲(chǔ)內(nèi)部信息。

產(chǎn)品制造：

系統(tǒng)自檢和錯(cuò)誤代碼或消息有助于保證產(chǎn)品開發(fā)和制造質(zhì)量，優(yōu)化測(cè)試時(shí)間和生產(chǎn)測(cè)試，甚至售后支持。

如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)將會(huì)指示是哪些組件無法正常通信而導(dǎo)致錯(cuò)誤發(fā)生。技術(shù)人員可以輕松測(cè)試或排錯(cuò)，維修產(chǎn)品。

物流日志：

一些重要產(chǎn)品可能需要特定的運(yùn)輸方式和物流方式，這些產(chǎn)品系統(tǒng)可以在內(nèi)部存儲(chǔ)器記錄跟蹤有關(guān)環(huán)境和搬運(yùn)方式的電子數(shù)據(jù)，例如：碰撞、濕度和溫度。

客戶可以在目的地分析這些數(shù)據(jù)，核實(shí)是否符合推薦的運(yùn)輸和搬運(yùn)方式。

現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)：

用戶可以使用智能手機(jī)檢索現(xiàn)場(chǎng)裝機(jī)的內(nèi)部信息，這些信息對(duì)設(shè)備維護(hù)服務(wù)商非常有用，可以幫助公司通知員工為報(bào)修準(zhǔn)備妥當(dāng)，不僅節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)次數(shù)，還節(jié)省了報(bào)修時(shí)間。

目前在用的系統(tǒng)調(diào)試方法

盡管LED指示燈、LED屏幕和LCD屏幕提供錯(cuò)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(diào)試、質(zhì)檢和測(cè)試時(shí)間優(yōu)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(diào)試方法:

嵌入式系統(tǒng)多數(shù)都有用于存儲(chǔ)某些系統(tǒng)參數(shù)的內(nèi)部非易失性存儲(chǔ)器。當(dāng)這個(gè)EEPROM存儲(chǔ)器改用雙接口EEPROM時(shí)，還可使用無線通信技術(shù)讀取錯(cuò)誤信息和系統(tǒng)健康狀態(tài)數(shù)據(jù)。

有源RFID標(biāo)簽是一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)的錯(cuò)誤代碼記錄介質(zhì)，可以通過NFC接口檢索電子標(biāo)簽內(nèi)部數(shù)據(jù)。

NFC又稱近距離通信，是一種基于RFID（射頻識(shí)別）的13.56 MHz載波無線通信技術(shù)，當(dāng)一個(gè)NFC設(shè)備靠近另一個(gè)NFC設(shè)備時(shí)，即可互連通信。今天大多數(shù)手機(jī)都有NFC接口，可與有源標(biāo)簽通信，為用戶在不同設(shè)備之間交換信息。

以消費(fèi)電子產(chǎn)品為例，有源標(biāo)簽對(duì)于自檢非常有用。在系統(tǒng)上電后，自檢將檢查系統(tǒng)的所有組件，并將健康狀態(tài)寫入有源標(biāo)簽中，便于產(chǎn)品出廠質(zhì)檢時(shí)讀取數(shù)據(jù)，如果所有參數(shù)都正常，則產(chǎn)品可以出廠。

整個(gè)系統(tǒng)一步測(cè)試概念還可以節(jié)省產(chǎn)品在生產(chǎn)線上的停留時(shí)間，讀取系統(tǒng)健康狀況只需要幾秒鐘的時(shí)間，設(shè)計(jì)一個(gè)用戶界面非常簡單的應(yīng)用軟件，可以在智能手機(jī)或讀取器上查看錯(cuò)誤信息內(nèi)容。

如果出現(xiàn)系統(tǒng)錯(cuò)誤，系統(tǒng)將會(huì)指示是哪些組件無法正常通信導(dǎo)致錯(cuò)誤，方便技術(shù)人員測(cè)試或調(diào)試系統(tǒng)，修理產(chǎn)品。

此方法還可用于售后服務(wù)。用戶只需將智能手機(jī)靠近白色家電的控制面板，即可通過NFC讀取產(chǎn)品內(nèi)部信息，還可以通過Wi-Fi或GPRS等WAN網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到中央服務(wù)器，同時(shí)自動(dòng)提交投訴。

圖2：系統(tǒng)健康檢查智能連接技術(shù)

實(shí)現(xiàn)NFC智能連接調(diào)試：

有微控制器的嵌入式系統(tǒng)可以測(cè)試內(nèi)部邏輯電路和所連的外圍設(shè)備，通過NFC在智能手機(jī)上更新自檢報(bào)告，可以在手機(jī)上發(fā)出一些測(cè)試命令，進(jìn)一步分析系統(tǒng)內(nèi)部問題。

NFC是一種非常經(jīng)濟(jì)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(tǒng)中。

今天大多數(shù)人都有智能手機(jī)。用戶可用安卓手機(jī)應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng)，在屏幕上查看初步的測(cè)試信息，包括錯(cuò)誤類型。 為了更好地理解，下面以計(jì)步器系統(tǒng)為例介紹這個(gè)過程。下圖是計(jì)步器系統(tǒng)的框圖：

圖3：穿戴式計(jì)步器系統(tǒng)框圖

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

動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽芯片M24SR64-Y接受13.56 MHz RFID讀取器或NFC手機(jī)通過I2C接口發(fā)送的讀寫指令，有助于在計(jì)步器和手機(jī)之間建立低成本的RF通信連接，內(nèi)置EEPROM存儲(chǔ)器用于保存系統(tǒng)狀態(tài)和其他相關(guān)信息。

圖4：穿戴式計(jì)步器和PCB電路板

為了在不打開系統(tǒng)的情況下使用系統(tǒng)排錯(cuò)功能，我們開發(fā)了一款可以在沒有實(shí)體接觸的情況下與系統(tǒng)通信的安卓手機(jī)應(yīng)用。動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC甚至不需要電源即可與RFID讀取器通信。檢查系統(tǒng)健康狀態(tài)，建立通信連接，需要將手機(jī)靠近計(jì)步器。

圖5：基于NFC的排錯(cuò)系統(tǒng)

圖6；手機(jī)屏幕顯示系統(tǒng)狀態(tài)

在動(dòng)態(tài)NFC / RFID標(biāo)簽IC上有一個(gè)中斷引腳，當(dāng)檢測(cè)到NFC信號(hào)時(shí)，中斷引腳向主控制器發(fā)送中斷信號(hào)，喚醒系統(tǒng)。通過使用中斷功能，系統(tǒng)可以運(yùn)行已配置好的任務(wù)，檢查系統(tǒng)健康狀況，并在NFC標(biāo)簽中寫入健康狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后，用手機(jī)讀取NFC標(biāo)簽內(nèi)的系統(tǒng)狀態(tài)信息，并在屏幕上顯示系統(tǒng)狀態(tài)，例如，屏幕上彈出“系統(tǒng)正?！毙畔ⅲ硎鞠到y(tǒng)完全正常。否則，彈出“系統(tǒng)故障”，并說明故障區(qū)域。

結(jié)論:

系統(tǒng)智能連接功能可以為用戶帶來很多好處，涵蓋從產(chǎn)品制造到售后的整個(gè)生命周期，有助于降低產(chǎn)品的總體成本。在目前的智能連接技術(shù)中，NFC技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，對(duì)功率和空間需求都非常低，不論是小尺寸產(chǎn)品，還是體積大的家電，選擇無線通信連接，NFC都是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。