[導(dǎo)讀]▼點(diǎn)擊下方名片，關(guān)注公眾號(hào)▼歡迎關(guān)注【玩轉(zhuǎn)單片機(jī)與嵌入式】公眾號(hào)，回復(fù)關(guān)鍵字獲取更多免費(fèi)資料?；貜?fù)【3D封裝庫(kù)】，常用元器件的3D封裝庫(kù)；回復(fù)【電容】，獲取電容、元器件選型相關(guān)的內(nèi)容；回復(fù)【阻抗匹配】，獲取電磁兼容性、阻抗匹配相關(guān)的資料回復(fù)【資料】，獲取全部電子設(shè)計(jì)、單片機(jī)開(kāi)發(fā)相...
問(wèn)題：
該問(wèn)題由某客戶提出，發(fā)生在 STM32F103VDT6 器件上。據(jù)其工程師講述：在其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，STM32 的 HSE 外接 8MHz 的晶體產(chǎn)生振蕩，然后通過(guò) STM32 內(nèi)部的PLL 倍頻到 72MHz，作為 STM32 的系統(tǒng)時(shí)鐘，驅(qū)動(dòng)芯片工作。在 STM32 片外有專用的看門(mén)狗芯片，監(jiān)控 STM32 的運(yùn)行。STM32 內(nèi)部的軟件會(huì)在 STM32 的某個(gè)管腳上產(chǎn)生脈沖來(lái)復(fù)位看門(mén)狗。一旦 STM32 沒(méi)有及時(shí)的產(chǎn)生脈沖來(lái)復(fù)位門(mén)狗，則看門(mén)狗會(huì)認(rèn)為 STM32 運(yùn)行不正常，從而復(fù)位 STM32。在對(duì)該產(chǎn)品做可靠性測(cè)試時(shí)，進(jìn)行了對(duì)看門(mén)狗監(jiān)控時(shí)鐘失效能力的測(cè)試。測(cè)試的方法是：將 HSE 外接的晶體的兩個(gè)端子接地，使其停止振蕩，從而驗(yàn)證看門(mén)狗能否做出對(duì) STM32 的做出復(fù)位動(dòng)作。試驗(yàn)結(jié)果表明，看門(mén)狗沒(méi)有產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作。進(jìn)一步測(cè)試發(fā)現(xiàn)，STM32 在失效情況下仍在向看門(mén)狗發(fā)送復(fù)位脈沖。詳解STM32時(shí)鐘的文章：詳解STM32的時(shí)鐘系統(tǒng)，收藏了。
調(diào)研：
重復(fù)測(cè)試，確認(rèn)其所述現(xiàn)象屬實(shí)。檢查軟件代碼，確認(rèn)其軟件沒(méi)有開(kāi)啟 STM32 的 CSS功能。修改代碼，將 PLL 的二分頻從 STM32 的 MCO 管腳送出，以方便用示波器觀察。通過(guò)控制晶體的管腳是否接地來(lái)控制 HSE 是否振蕩。當(dāng) HSE 正常振蕩時(shí)，MCO 送出的信號(hào)頻率為 36MHz，當(dāng) HSE 停止振蕩時(shí)，MCO 送出的信號(hào)的頻率在 1.7MHz 附近，如圖（一）所示:
通過(guò)調(diào)試器觀察寄存器 RCC_CFGR 中的 SWS 控制控制位，其值為[10]，說(shuō)明此時(shí)的系統(tǒng)時(shí)鐘確實(shí)來(lái)自 PLL 的輸出。
從 STM32F103VD 的數(shù)據(jù)手冊(cè)中查找 PLL 相關(guān)的參數(shù)如表（一）：
其中，PLL 的輸出頻率范圍是 16MHz – 72MHz。也就是說(shuō)，PLL 在處于相位鎖定的狀態(tài)下，可以輸出 16MHz – 72MHz 的時(shí)鐘信號(hào)。而當(dāng)輸入信號(hào)頻率過(guò)低而導(dǎo)致輸出信號(hào)頻率低于 16MHz 時(shí)，將可能處于失鎖的狀態(tài)。在這狀態(tài)下，它的輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率之間，不一定符合所設(shè)定的倍頻與分頻關(guān)系。更確切的說(shuō)，不能通過(guò)公式:
得出“輸入信號(hào)頻率為零時(shí)，輸出信號(hào)頻率也為零”這樣的結(jié)論。這一點(diǎn)與實(shí)測(cè)的結(jié)果相吻合。
結(jié)論：
STM32 的 PLL 在沒(méi)有輸入信號(hào)的情況下，仍能維持在最低的頻點(diǎn)處振蕩，產(chǎn)生輸出。以至，CPU 及其它外設(shè)仍能在 PLL 送出的時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行。所以，通過(guò)判斷有無(wú)時(shí)鐘來(lái)驅(qū)動(dòng) CPU 執(zhí)行指令的方式來(lái)判斷 HSE 是否失效是行不通的。
處理：
對(duì)軟件做如下修改：
1. 在軟件的初始化部分，開(kāi)啟 STM32 的 CSS 功能；
2. 修改 NMI 中斷服務(wù)程序，加入 while(1) 陷阱語(yǔ)句；
開(kāi)啟 CSS 功能后，當(dāng) HSE 失效時(shí)，STM32 會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟 HSI，并將系統(tǒng)時(shí)鐘的來(lái)源切換到HSI 的輸出，同時(shí)產(chǎn)生 NMI 中斷。這樣，程序的流程將停留在 NMI 中而不能產(chǎn)生復(fù)位片外的看門(mén)狗的脈沖。當(dāng)片外看門(mén)狗溢出后，就會(huì)復(fù)位 STM32，使其恢復(fù)到正常駐的狀。
建議：
STM32 中的 CSS 功能是專門(mén)為檢測(cè)和處理 HSE 失效而設(shè)計(jì)的。但該功能在 STM32 復(fù)位后是被禁止的，需要軟件對(duì)其使能才會(huì)發(fā)揮作用。當(dāng) CSS 單元檢測(cè)到 HSE 失效時(shí)，它會(huì)使能 HSI,并將系統(tǒng)時(shí)鐘切換到 HSI。同時(shí)，它會(huì)關(guān)閉 HSE，如果 PLL 的輸入信號(hào)來(lái)自 HSE的輸出，它也會(huì)關(guān)閉 PLL。CSS 單元在做時(shí)鐘調(diào)整的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè) NMI 中斷請(qǐng)求，和一個(gè)送給高級(jí)定時(shí)器的剎車(chē)信號(hào)。NMI 中斷請(qǐng)求會(huì)產(chǎn)生一個(gè) NMI 中斷，以便用戶程序可以在中斷服務(wù)程序中做緊急處理，而剎車(chē)信號(hào)則是使高級(jí)定時(shí)器進(jìn)入剎車(chē)狀態(tài)，以防止由其控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋臂由于失去控制而過(guò)流。用戶程序可以在 NMI 中斷服務(wù)程序中嘗試恢復(fù) HSE 及 PLL 的功能，也可以使用陷阱讓程序的流程停留在服務(wù)程序中，從而等待看門(mén)狗復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)。
~END~
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嵌入式系統(tǒng)的算法效率與硬件資源的平衡是核心挑戰(zhàn)。STM32微控制器通過(guò)零開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)機(jī)制與DWT計(jì)數(shù)器的結(jié)合，為算法優(yōu)化提供了硬件級(jí)支持。本文以插入排序算法為例，探討如何利用STM32的硬件特性驗(yàn)證排序閾值，實(shí)現(xiàn)性能與代碼復(fù)...
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STM32
DWT
智能家居與工業(yè)控制場(chǎng)景，手勢(shì)識(shí)別作為非接觸式交互的核心技術(shù)，正從實(shí)驗(yàn)室走向消費(fèi)級(jí)應(yīng)用。以STM32F407VET6微控制器與TensorFlow Lite Micro框架的組合為例，通過(guò)模型量化、硬件加速與低功耗設(shè)計(jì)，可...
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STM32
TensorFlow
在高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)的“納秒級(jí)戰(zhàn)爭(zhēng)”中，浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU）往往成為制約控制環(huán)帶寬的阿喀琉斯之踵。當(dāng)PWM載波頻率攀升至100kHz，留給電流環(huán)PID、Clarke/Park變換及SVPWM計(jì)算的時(shí)間窗口僅剩寥寥數(shù)微秒。此...
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電機(jī)控制算法
FOC磁場(chǎng)
STM32
在工業(yè)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)苛的場(chǎng)景中，中斷響應(yīng)延遲直接影響系統(tǒng)精度與穩(wěn)定性。STM32系列微控制器憑借Cortex-M內(nèi)核的硬件特性，通過(guò)合理的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)中斷響應(yīng)。本文從硬件配置、中斷處理、代碼優(yōu)化...
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裸機(jī)開(kāi)發(fā)
STM32
在工業(yè)控制、音頻處理等高性能嵌入式場(chǎng)景中，某電機(jī)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目通過(guò)混合使用寄存器操作與CMSIS-DSP庫(kù)，將PID控制周期從120μs縮短至38μs，系統(tǒng)響應(yīng)速度提升3倍。本文將揭秘這種"底層+高層"混合編程模式的核心技巧。
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HAL
STM32
寄存器
嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)手勢(shì)識(shí)別作為非接觸式人機(jī)交互的核心技術(shù)，正從實(shí)驗(yàn)室走向消費(fèi)級(jí)應(yīng)用。然而，傳感器采集的原始信號(hào)常因電磁干擾、電源噪聲或機(jī)械抖動(dòng)產(chǎn)生失真，導(dǎo)致識(shí)別準(zhǔn)確率下降。本文以STM32微控制器與PAJ7620手勢(shì)識(shí)別傳感...
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STM32
手勢(shì)識(shí)別
噪聲
在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開(kāi)發(fā)中，快速實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)通信是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。W5500作為一款集成硬件TCP/IP協(xié)議棧的以太網(wǎng)控制器，憑借其"開(kāi)箱即用"的特性，可大幅縮短STM32平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)功能開(kāi)發(fā)周期。本文通...
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STM32
W5500
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開(kāi)發(fā)中，某智能電表項(xiàng)目曾因ADC采樣中斷響應(yīng)延遲導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失率高達(dá)15%。技術(shù)人員通過(guò)重構(gòu)DMA驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，將數(shù)據(jù)搬運(yùn)效率提升12倍，CPU占用率從38%降至3%，成功解決高速采樣場(chǎng)景下的實(shí)時(shí)性難題。這一案例...
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STM32
DMA
工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)中，一個(gè)典型的伺服驅(qū)動(dòng)器需要在100μs周期內(nèi)完成電流采樣、位置反饋、PID計(jì)算和PWM輸出等12項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。當(dāng)傳統(tǒng)固定優(yōu)先級(jí)調(diào)度導(dǎo)致機(jī)械臂出現(xiàn)0.3°的位置抖動(dòng)時(shí)，某運(yùn)動(dòng)控制廠商通過(guò)引入混合排序算...
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電機(jī)控制
STM32
在STM32嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，排序算法的效率直接影響傳感器數(shù)據(jù)處理、通信協(xié)議解析等核心任務(wù)的實(shí)時(shí)性。傳統(tǒng)快速排序在部分有序數(shù)據(jù)場(chǎng)景下易退化為O(n2)時(shí)間復(fù)雜度，而單純依賴三數(shù)取中法優(yōu)化基準(zhǔn)值選擇仍存在小規(guī)模數(shù)據(jù)效率不足...
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STM32
傳感器
在智慧農(nóng)業(yè)的廣闊田野里，部署著數(shù)百個(gè)土壤濕度傳感器節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)LoRa模塊將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)上傳至云端進(jìn)行分析。然而，當(dāng)暴雨來(lái)臨前，土壤濕度驟增的緊急數(shù)據(jù)若淹沒(méi)在常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的洪流中，可能導(dǎo)致灌溉系統(tǒng)未能及...
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STM32
無(wú)線通信
LoRa
在電池管理系統(tǒng)(BMS)中，電壓均衡是保障電池組性能與壽命的核心技術(shù)。由于電池單體存在制造差異，串聯(lián)使用過(guò)程中易出現(xiàn)電壓不一致現(xiàn)象，導(dǎo)致部分電池過(guò)充/過(guò)放，加速老化。傳統(tǒng)被動(dòng)均衡通過(guò)能耗電阻消耗高電壓?jiǎn)误w的能量，但存在效...
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BMS系統(tǒng)
STM32
在嵌入式系統(tǒng)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是連接物理世界與數(shù)字處理的核心橋梁。STM32系列微控制器內(nèi)置的ADC采用逐次逼近型(SAR)架構(gòu)，通過(guò)精密的硬件電路實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
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ADC
STM32
STM32系列微控制器因其高性能和豐富的外設(shè)接口被廣泛應(yīng)用于各類場(chǎng)景。當(dāng)涉及USB高速(HS)與全速(FS)接口設(shè)計(jì)時(shí)，開(kāi)發(fā)者常因?qū)π盘?hào)完整性、ESD防護(hù)及電源管理的理解不足而陷入調(diào)試?yán)Ь?。本文將從原理出發(fā)，結(jié)合實(shí)際案例...
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STM32
USB
在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)電子等高頻應(yīng)用場(chǎng)景中，STM32的SPI、USB、Ethernet等高速外設(shè)常因信號(hào)失真或電磁干擾(EMI)導(dǎo)致通信失敗。本文基于STM32H7系列的實(shí)際工程案例，從物理層設(shè)計(jì)到系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，提煉出10個(gè)...
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EMI
STM32通過(guò)SDIO接口驅(qū)動(dòng)SD卡時(shí)，信號(hào)完整性問(wèn)題已成為制約系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。當(dāng)SDIO工作頻率突破25MHz后，傳輸線效應(yīng)主導(dǎo)的信號(hào)畸變會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采樣錯(cuò)誤、讀寫(xiě)失敗甚至系統(tǒng)崩潰。眼圖分析作為評(píng)估數(shù)字信號(hào)質(zhì)量的核...
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STM32
SDIO
STM32的內(nèi)存管理效率直接影響系統(tǒng)性能，以某智能電表項(xiàng)目為例，其數(shù)據(jù)采集模塊每秒需處理12000次ADC采樣，傳統(tǒng)malloc/free機(jī)制導(dǎo)致內(nèi)存碎片率超過(guò)40%，系統(tǒng)運(yùn)行12小時(shí)后出現(xiàn)內(nèi)存分配失敗。通過(guò)引入ART內(nèi)...
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STM32
內(nèi)存加速器
在工業(yè)控制、音頻處理等實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)苛的場(chǎng)景中，傳統(tǒng)單緩沖DMA模式常因數(shù)據(jù)覆蓋導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。以某自動(dòng)化產(chǎn)線為例，當(dāng)PLC以115200bps速率接收Modbus RTU指令時(shí)，若采用單緩沖模式，CPU處理延遲超過(guò)50μs...
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多線程DMA
以STM32F103為例，當(dāng)使用USART1以115200bps速率連續(xù)接收數(shù)據(jù)時(shí)，若采用傳統(tǒng)輪詢方式，每接收1字節(jié)需至少5條指令(讀DR、寫(xiě)內(nèi)存、增址、判數(shù)、跳轉(zhuǎn))，在72MHz主頻下耗時(shí)約200ns。表面看CPU仍有...
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DMA
DMA(Direct Memory Access)技術(shù)通過(guò)硬件自治機(jī)制實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，但實(shí)際工程中常因內(nèi)存對(duì)齊、緩存一致性、外設(shè)同步等問(wèn)題導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)位。本文以STM32為例，結(jié)合STM32CubeMonitor工具，解...
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STM32
DMA傳輸
