软件工程师换一颗芯片后，会发生什么？寄生电容来添乱

时间：2021-09-18 14:45:55

关键字：电容芯片

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]前言由于不可抗拒因素，原定性产品替换一颗器件，该器件的目的是防止外界EMI干扰，位置处于处理器和SD卡之间，器件是为每个SD卡信号线连接100Ω电阻。更换后，SD卡探测正常，从SD卡读写几十KB文件功能正常，从SD卡数据500KB以上的文件永远无法读完，系统其他功能依旧正常，再...

前言

由于不可抗拒因素，原定性产品替换一颗器件，该器件的目的是防止外界EMI干扰，位置处于处理器和SD卡之间，器件是为每个SD卡信号线连接100Ω电阻。

更换后，SD卡探测正常，从SD卡读写几十KB文件功能正常， 从SD卡数据500KB以上的文件永远无法读完，系统其他功能依旧正常，再次插拔SD卡不可识别，只能关机重启。

问题原因：新旧器件的寄生电容有差异，SD卡时钟信号畸形，处理器SD控制器

下面看看整个曲折排查过程

方向错误

前天，报告故障时同事没有把事情给我描述清除，仅说“更换EMI器件后，从SD卡里执行系统更新时被卡住了，进度条走不完”。我到产线的确每次都能复现改描述问题。庆幸，容易复现以前都好办，可我的排查方向错了，被问题描述误导而去检查设备驱动是否存在问题，比如mmc驱动里某个核心死锁、等待信号量、while循环、状态机混乱。

纳闷着产品都量产好几年了，从SD卡执行系统更新功能我还特别关注过可靠性。生怕好好一台设备升级变砖。于是一下午在新、老器件上尝试对比差异。生产部门的示波器很难用，只用它初略对比信号高、低电平范围，没能捕获到实际频率响应特性，粗略观测到两设备插入SD卡后某几个信号线逻辑电平不一致，一个高电平、一个低电平，至于原因未知。

快下班时同事告知：“设备可以正常保存数据文件到SD卡。”。

What？有这么神奇？

设备业务数据每个文件只有200KB以内，我尝试着用dd命令在SD卡根目录创建若干不同大小文件，再telnet到设备上逐个 hexdump它们，发现500KB文件大小是个分水岭。

阅读手册

次日，对比新老器件的手册说明，两器件的差异仅仅在于寄生电容上，老器件寄生电容8.5pF，新器件36pF。其实这个时候动手算算时间响应系数、SD卡工作频率、在芯片手册时序特性就能确认故障点在这了，本产品的SDIO时钟频率48MHz。

SDIO这部分我不是太熟悉，尝试在群里请求帮助。

抱几台设备去实验室做对比实验，用着熟悉的示波器，操作起来游刃有余。

老器件的波形勉强还行，至少算是个正弦波，新器件的波形已经被寄生电容展宽成 斜三角波。初步怀疑布线质量差劲，波形抖动，访问大文件时时钟抖动累加影响处理器时序，状态机混乱。访问小文件时任务小巧。数个时钟偏差不足以引起单次读写任务执行。

眼图

是德科技的这款示波器默认没开放眼图功能，要使用眼图也行，1万RMB购买软件扩展功能lisence。我只能退而求其次使用它的 Mask（模板）功能 。这个功能原理和眼图类似，下文我还是用眼图来称呼它。Mask功能缺少眼图下移动标杆测量的能力，不能测量“眼镜”开口大小，无法得知3dB位置，一拖动动屏幕任何参数，Mask数据都会丢失。

怎么让处理器保持读取数据内容呢？

让处理器反复地在SD卡上拷贝1MB文件就行了，记得末尾清除文件系统缓存，防止linux在内存里缓存SD卡文件。

while [ 1 ]do cp /mnt/sd/1MB.img /mnt/sd/unuse.img echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches # 清除缓存done每个眼图都保持1min测试时长。

老器件的波形实际上也是存在抖动的，好在抖动不剧烈，抖动位置规则的分布在5个密集区域。

新器件的眼图我需要说明一下，文章开头描述“只要访问SD卡500KB以上的数据无响应，不再有时钟”。于是我对测试shell做了小修改，每次仅处理10KB的文件，接着让总线休息一下，避免shell执行太快SD控制器的来不及停止就继续执行。有了这个延时，所以新器件1min眼图效果和老器件是不能直接对比的，初略看他的抖动会比老器件的强。