基于NFC的嵌入式系統(tǒng)自檢

前言

今天，電子產(chǎn)品堪稱無處不在，不管是汽車、白色家電，還是娛樂設備、可穿戴設備，都已融入我們生活的方方方面。電子系統(tǒng)的快速普及應用，歸功于大規(guī)模集成電子器件的出現(xiàn)，例如，非常復雜的計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)品設計日益復雜，設計師不得不開始關注產(chǎn)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(fā)生的情況，如果出現(xiàn)系統(tǒng)錯誤或失敗，可以在產(chǎn)品生命周期的各個階段檢索和檢查錯誤，如下所示。

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：

對于嵌入式系統(tǒng)，產(chǎn)品可靠性監(jiān)測和認證流程可能需要長時間查看產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。人工監(jiān)測系統(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(fā)人員可以隨時查看錯誤數(shù)據(jù)，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(chǎn)品制造：

系統(tǒng)自檢和錯誤代碼或消息有助于保證產(chǎn)品開發(fā)和制造質量，優(yōu)化測試時間和生產(chǎn)測試，甚至售后支持。

如果出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)將會指示是哪些組件無法正常通信而導致錯誤發(fā)生。技術人員可以輕松測試或排錯，維修產(chǎn)品。

物流日志：

一些重要產(chǎn)品可能需要特定的運輸方式和物流方式，這些產(chǎn)品系統(tǒng)可以在內部存儲器記錄跟蹤有關環(huán)境和搬運方式的電子數(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)，核實是否符合推薦的運輸和搬運方式。

現(xiàn)場服務：

用戶可以使用智能手機檢索現(xiàn)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(jié)省了現(xiàn)場維護次數(shù)，還節(jié)省了報修時間。

目前在用的系統(tǒng)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(yōu)化和售后支持開辟了一條新的途徑。

基于NFC的新智能連接調試方法:

嵌入式系統(tǒng)多數(shù)都有用于存儲某些系統(tǒng)參數(shù)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(tǒng)健康狀態(tài)數(shù)據(jù)。

有源RFID標簽是一個非常經(jīng)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(shù)據(jù)。

NFC又稱近距離通信，是一種基于RFID(射頻識別)的13.56MHz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(shù)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(chǎn)品為例，有源標簽對于自檢非常有用。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)寫入有源標簽中，便于產(chǎn)品出廠質檢時讀取數(shù)據(jù)，如果所有參數(shù)都正常，則產(chǎn)品可以出廠。

整個系統(tǒng)一步測試概念還可以節(jié)省產(chǎn)品在生產(chǎn)線上的停留時間，讀取系統(tǒng)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(xiàn)系統(tǒng)錯誤，系統(tǒng)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(tǒng)，修理產(chǎn)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(chǎn)品內部信息，還可以通過Wi-Fi或GPRS等WAN網(wǎng)絡將信息發(fā)送到中央服務器，同時自動提交投訴。

圖2：系統(tǒng)健康檢查智能連接技術

實現(xiàn)NFC智能連接調試：

有微控制器的嵌入式系統(tǒng)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(fā)出一些測試命令，進一步分析系統(tǒng)內部問題。

NFC是一種非常經(jīng)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(tǒng)中。

今天大多數(shù)人都有智能手機。用戶可用安卓手機應用測試系統(tǒng)，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(tǒng)為例介紹這個過程。下圖是計步器系統(tǒng)的框圖：

圖3：穿戴式計步器系統(tǒng)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(tài)NFC/RFID標簽芯片M24SR64-Y接受13.56MHz RFID讀取器或NFC手機通過I2C接口發(fā)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(tǒng)狀態(tài)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(tǒng)的情況下使用系統(tǒng)排錯功能，我們開發(fā)了一款可以在沒有實體接觸的情況下與系統(tǒng)通信的安卓手機應用。動態(tài)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(tǒng)健康狀態(tài)，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(tǒng)

圖6;手機屏幕顯示系統(tǒng)狀態(tài)

在動態(tài)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(fā)送中斷信號，喚醒系統(tǒng)。通過使用中斷功能，系統(tǒng)可以運行已配置好的任務，檢查系統(tǒng)健康狀況，并在NFC標簽中寫入健康狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后，用手機讀取NFC標簽內的系統(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中，NFC技術經(jīng)濟實惠，對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都是一個不錯的選擇。