STM32單片機(jī)的應(yīng)用筆記 奇怪的NRST 管腳異常復(fù)位問題
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1 引言2 復(fù)位問題及排查3 總結(jié)
1. 引言
本文探討一個(gè)奇怪的MCU NRST 管腳異常復(fù)位現(xiàn)象。
2.復(fù)位問題及排查
這個(gè)問題是客戶對(duì)開發(fā)的平臺(tái)做EMS 浪涌測(cè)試的時(shí)候發(fā)生的， 平臺(tái)上使用了一個(gè)STM32G474 RCT6 MCU 。在某個(gè)等級(jí)的EMS 測(cè)試中， 客戶發(fā)現(xiàn)MCU有時(shí)候會(huì)異常復(fù)位而影響平臺(tái)的穩(wěn)定工作。
2.1. MCU 異常復(fù)位問題的通常解決思路
我們知道， 導(dǎo)致MCU異常復(fù)位的原因有很多， 比如外部復(fù)位電路被干擾， MCU 電源的異常跌落， 看門狗不能正常喂狗導(dǎo)致的復(fù)位等等。STM32 MCU 的復(fù)位標(biāo)志位寄存器可以幫助我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致異常復(fù)位的線索。復(fù)位標(biāo)志位的相關(guān)信息可以在STM32 MCU 的Reference Manual 中找到。在RCC 節(jié)的RCC_CSR 寄存器中，我們可以看到：
圖中紅色圍住的部分就是復(fù)位標(biāo)志相關(guān)的寄存器。
LPWRRSTF:低功耗模式復(fù)位標(biāo)志位， 被置1 表示發(fā)生了非法的STOP, SLEEP 或SHUTDOWN 等低功耗模式進(jìn)入。
WWDGRSTF: 窗口看門狗復(fù)位標(biāo)志。
IWDGRSTF: 獨(dú)立看門狗復(fù)位標(biāo)志。
SFTRWTF: 軟件復(fù)位標(biāo)志位。
BORRSTF: 欠壓復(fù)位標(biāo)志位。
PINRSTF: 從NRST引腳輸入產(chǎn)生的復(fù)位的標(biāo)志位。
OBLRSTF: 加載選項(xiàng)字節(jié)產(chǎn)生的復(fù)位的標(biāo)志位。
以上的標(biāo)志位被置1 表示發(fā)生了相關(guān)的復(fù)位。
這些被置1的標(biāo)志位可以通過向RMVF 位寫1清除。
在一次正常的MCU上電過程中， 電壓的上升和PDR 電路的工作必然會(huì)導(dǎo)致BORRSTF 和PINRSTF 被置位1， 因此在做EMS實(shí)驗(yàn)前， 需要先通過向RMVF 寫1將所有復(fù)位標(biāo)志位清除， 然后觀察在EMS 測(cè)試導(dǎo)致的復(fù)位后， 哪些復(fù)位標(biāo)志位被置位了。 例如，當(dāng)觀察到BORRSTF 被置1表示發(fā)生了欠壓復(fù)位， 需要重點(diǎn)檢查MCU供電電路包括濾波/退耦電容的設(shè)計(jì)和布局等等。 PINRSTF 位被置1表示MCU 的NRST 管腳接收到了能夠觸發(fā)復(fù)位的異常低電平， 需要檢查NRST 的外圍電路是如何被干擾的， 或設(shè)法增加濾波電路濾除干擾。 WWDGRSTF 或IWDGRSTF 被置1表示喂狗不正常導(dǎo)致了復(fù)位，一般是由程序在EMS測(cè)試中運(yùn)行不正常進(jìn)入死循環(huán)導(dǎo)致，MCU 被EMS干擾影響的途徑相對(duì)難以判斷，可能是地或某個(gè)/些GPIO管腳被EMS 干擾侵入而影響了MCU 的正常運(yùn)行。 通過觀察異常復(fù)位發(fā)生后的復(fù)位標(biāo)志位，可以使我們避免解決問題時(shí)在不相關(guān)的電路上浪費(fèi)時(shí)間， 比如如果只有BORRSTF 被置位， 我們需要重點(diǎn)關(guān)注供電電路， 而不需要在復(fù)位管腳相關(guān)電路做無用的調(diào)整。
2.2. 在客戶開發(fā)平臺(tái)上的排查
根據(jù)上面2.1節(jié)描述的思路，我們?cè)诳蛻舻钠脚_(tái)上排查發(fā)生異常復(fù)位的原因， 通過檢查STM32G4 的復(fù)位標(biāo)志位，發(fā)現(xiàn)復(fù)位發(fā)生后PINRSTF 被置1了。 這似乎是個(gè)簡(jiǎn)單的NRST 復(fù)位管腳被干擾的問題。但是觀察客戶的設(shè)計(jì)， NRST 管腳并沒有外接比較長走線的外部電路， 只是在管腳放置了一顆0.1UF 的電容。按常理這樣的電路一般不會(huì)將干擾引入NRST 管腳。
為了避免是0.1UF 電容將地噪聲引入管腳， 拆除這顆電容后再做浪涌實(shí)驗(yàn)， 結(jié)果PINRSTF 還是被置位。
STM32G4有一個(gè)新功能， NRST 管腳可以被復(fù)用為一個(gè)GPIO PG10， 當(dāng)這個(gè)管腳被定義為PG10后， 加在這個(gè)管腳的低電平干擾將不會(huì)再導(dǎo)致MCU 復(fù)位。但是奇怪的事情發(fā)生了，STM32G474第7腳由NRST 改定義成PG10后(Option byte中修改)，浪涌實(shí)驗(yàn)中依然發(fā)生了PINRSTF 被置位的現(xiàn)象。 這時(shí)候看來不能只局限于NRST 管腳的探查了，干擾是不是從其它GPIO 竄入MCU 并進(jìn)一步通過耦合影響了復(fù)位電路的工作呢？ 在LQFP的封裝中，由于MCU 內(nèi)部并行的較長的bonding線的存在， 相鄰的GPIO之間 最可能產(chǎn)生耦合干擾， 所以我們從第7腳相鄰的第6和8腳開始排查。分別將它們的外部信號(hào)斷開。通過排查， 第8腳信號(hào)斷開沒有解決問題。 但是當(dāng)將第6腳相連的晶振和電容斷開，并改用內(nèi)部HSI 時(shí)鐘源后， 異常復(fù)位問題消失了， PINRSTF 不再被置位?？磥砀蓴_是從第7腳進(jìn)入的。觀察客戶的PCB 設(shè)計(jì)， 發(fā)現(xiàn)晶振的LOAD 電容接地并不是直接接地平面， 而是經(jīng)過一根細(xì)長的地走線后才由一個(gè)過孔連接到地平面，很明顯這根細(xì)長的地走線在浪涌測(cè)試中作為天線接收了干擾并經(jīng)電容傳遞到了MCU 內(nèi)部。3. 總結(jié)
MCU 內(nèi)部是遠(yuǎn)比MCU 外部電路更復(fù)雜的微電子電路，內(nèi)部線路間距小，不同功能間可能只是由電子開關(guān)或多路復(fù)用器做選擇，當(dāng)高頻干擾進(jìn)入MCU 后，干擾可以在看似不直接相連的電路間耦合而影響MCU 的正常工作。重要的是避免干擾進(jìn)入MCU。在排查干擾傳遞的路徑時(shí)，不要將目光局限于直接相連的電路或管腳。
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