20年經(jīng)驗的電子總工程師回憶錄之讓項目陷入僵局的阻抗匹配bug

張發(fā)林，從事嵌入式系統(tǒng)軟硬件研發(fā)工作超過20年，目前在上海未來伙伴機(jī)器人有限公司擔(dān)任電子總工程師。深入理解從產(chǎn)品需求分析、方案論證設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品化、測試認(rèn)證、批量量產(chǎn)等各環(huán)節(jié)的難點、痛點，解決過大量研發(fā)、產(chǎn)品化和生產(chǎn)難題，參與或領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的多款工業(yè)自動化設(shè)備、通信設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)及機(jī)器人產(chǎn)品等均已投入大規(guī)模量產(chǎn)銷售。

在成長實錄之教訓(xùn)系列之三中我有提到，2005年五一期間我們解決了ADSL局端及終端設(shè)備的頻帶干擾問題，初步測試下來功能正常，性能滿足要求，終于可以交付到測試部門進(jìn)行完整的測試。不出意料的，新問題來了。

測試工程師測試下來發(fā)現(xiàn)一個問題，設(shè)備正常工作一段時間后會莫名奇妙的自動重啟，從開機(jī)到重啟的時間每次不固定，而且手上的5臺樣機(jī)都存在同一問題。

接到測試報告后，軟硬件團(tuán)隊開始聯(lián)手進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。有系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗的都知道，這個問題對工程師調(diào)試來說喜憂參半，喜的是這是一個必現(xiàn)的bug，相對來說問題比較容易復(fù)現(xiàn)和定位，問題是否得到解決比較好驗證；憂的是這個問題出現(xiàn)的時間長短是隨機(jī)的，功能都已實現(xiàn)，性能也達(dá)到要求，這種情況下的問題往往不簡單，需要調(diào)試的工作量很大。

這個問題對于硬件部分比較常見的問題一般有電源設(shè)計不良、復(fù)位電路、晶振電路、過熱保護(hù)、元器件不良、生產(chǎn)制程不良等；軟件部分可能存在的問題有系統(tǒng)配置不正確、異常流程處理不當(dāng)、內(nèi)部看門狗不正確觸發(fā)等。

硬件團(tuán)隊首先排查了可能存在制程問題，通過目視檢查和X-ray照射，未發(fā)現(xiàn)明顯異常；全面監(jiān)測復(fù)位、供電和晶振等，均未發(fā)現(xiàn)自動重啟時存在異常狀態(tài)，通過對電路板全面的熱監(jiān)測也未發(fā)現(xiàn)存在過熱區(qū)域；軟件團(tuán)隊也對可能存在的問題逐一排除，未發(fā)現(xiàn)任何異常。調(diào)試陷入僵局，項目一時無法進(jìn)展。

沒辦法，軟硬件團(tuán)隊再次回到對故障現(xiàn)象的分析梳理，重新擬定測試方案，尋找重啟時的共同點。經(jīng)常大量的測試，終于發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)傳輸大容量數(shù)據(jù)時出現(xiàn)重啟概率要大很多，而那種很輕負(fù)載狀態(tài)的設(shè)備重啟幾率較小，時間間距也會拉開更大。找到規(guī)律不代表就能找到確切問題點，甚至更加讓人迷茫。

當(dāng)所有的分析測試都沒有結(jié)果時，我們重新回到對生產(chǎn)制程的分析，由于主控芯片和MAC芯片都是BGA封裝，電路板本身是10層板，大部分走線都是走在內(nèi)層，對我們的排查來說困難重重。經(jīng)過不懈努力，發(fā)現(xiàn)主控芯片到MAC的16根地址線因走線和貼裝工藝存在瑕疵而有虛短路現(xiàn)象，其中一根和地之間的阻抗由正常的10兆歐左右降為1兆歐左右，由于檢查BGA貼裝質(zhì)量的X-ray主要檢查是否存在短路或斷路問題，對于虛短是很難檢查出來的。由于該地址線并未短路，在初始化或低速率傳輸數(shù)據(jù)時問題不大，但當(dāng)大容量數(shù)據(jù)高速傳輸時，地址線之間的差異就會顯現(xiàn)出來，導(dǎo)致程序運(yùn)行異常而觸發(fā)內(nèi)部看門狗，從現(xiàn)象上看就是系統(tǒng)自動重啟。

經(jīng)驗教訓(xùn)：

1、 不是能夠正常工作了硬件就萬事大吉，還要關(guān)注壓力測試和長時間測試；

2、 阻抗匹配很重要，對于很多問題，數(shù)據(jù)線和地址線等對地阻抗測試會告訴我們很多信息；

3、 嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試一定要有系統(tǒng)概念，軟硬件及測試團(tuán)隊的通力協(xié)作是快速發(fā)現(xiàn)問題、定位問題和解決問題的前提和保證，很多現(xiàn)象是多種因素引起的，只有經(jīng)多細(xì)致分析，大膽推測、反復(fù)驗證才能解決問題。