基于NFC的嵌入式系統自檢

今天，電子產(chǎn)品堪稱(chēng)無(wú)處不在，不管是汽車(chē)、白色家電，還是娛樂(lè )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(zhù)白色家電和電子產(chǎn)品設計日益復雜，設計師不得不開(kāi)始關(guān)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，如果出現系統錯誤或失敗，可以在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段檢索和檢查錯誤，如下所示。

圖

圖1：產(chǎn)品生命周期各階段系統檢查

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和工程：

對于嵌入式系統，產(chǎn)品可靠性監測和認證流程可能需要長(cháng)時(shí)間查看產(chǎn)品的性能表現。人工監測系統行的可行性不高，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(kāi)發(fā)人員可以隨時(shí)查看錯誤數據，將這些信息輸出到外部進(jìn)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：

系統自檢和錯誤代碼或消息有助于保證產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造質(zhì)量，優(yōu)化測試時(shí)間和生產(chǎn)測試，甚至售后支持。

如果出現錯誤，系統將會(huì )指示是哪些組件無(wú)法正常通信而導致錯誤發(fā)生。技術(shù)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)品系統可以在內部存儲器記錄跟蹤有關(guān)環(huán)境和搬運方式的電子數據，例如：碰撞、濕度和溫度。

客戶(hù)可以在目的地分析這些數據，核實(shí)是否符合推薦的運輸和搬運方式。

現場(chǎng)服務(wù)：

用戶(hù)可以使用智能手機檢索現場(chǎng)裝機的內部信息，這些信息對設備維護服務(wù)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(chǎng)維護次數，還節省了報修時(shí)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(hù)提供更多信息，為采集信息、調試、質(zhì)檢和測試時(shí)間優(yōu)化和售后支持開(kāi)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(gè)EEPROM存儲器改用雙接口EEPROM時(shí)，還可使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)讀取錯誤信息和系統健康狀態(tài)數據。

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

NFC又稱(chēng)近距離通信，是一種基于RFID（射頻識別）的13.56 MHz載波無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，當一個(gè)NFC設備靠近另一個(gè)NFC設備時(shí)，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(hù)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。在系統上電后，自檢將檢查系統的所有組件，并將健康狀態(tài)寫(xiě)入有源標簽中，便于產(chǎn)品出廠(chǎng)質(zhì)檢時(shí)讀取數據，如果所有參數都正常，則產(chǎn)品可以出廠(chǎng)。

整個(gè)系統一步測試概念還可以節省產(chǎn)品在生產(chǎn)線(xiàn)上的停留時(shí)間，讀取系統健康狀況只需要幾秒鐘的時(shí)間，設計一個(gè)用戶(hù)界面非常簡(jiǎn)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(huì )指示是哪些組件無(wú)法正常通信導致錯誤，方便技術(shù)人員測試或調試系統，修理產(chǎn)品。

此方法還可用于售后服務(wù)。用戶(hù)只需將智能手機靠近白色家電的控制面板，即可通過(guò)NFC讀取產(chǎn)品內部信息，還可以通過(guò)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：系統健康檢查智能連接技術(shù)

實(shí)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(guò)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(jìn)一步分析系統內部問(wèn)題。

NFC是一種非常經(jīng)濟的無(wú)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(hù)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(lèi)型。 為了更好地理解，下面以計步器系統為例介紹這個(gè)過(guò)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(dòng)態(tài)NFC/RFID標簽芯片M24SR64-Y接受13.56 MHz RFID讀取器或NFC手機通過(guò)I2C接口發(fā)送的讀寫(xiě)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(tài)和其他相關(guān)信息。

圖4：穿戴式計步器和PCB電路板

為了在不打開(kāi)系統的情況下使用系統排錯功能，我們開(kāi)發(fā)了一款可以在沒(méi)有實(shí)體接觸的情況下與系統通信的安卓手機應用。動(dòng)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

圖6；手機屏幕顯示系統狀態(tài)

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

結論:

系統智能連接功能可以為用戶(hù)帶來(lái)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)濟實(shí)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(wú)線(xiàn)通信連接，NFC都是一個(gè)不錯的選擇。