解密工业级核心板的设计历程

精美的食材配以辅料，做出来的可能是一道让人流连忘返的美食，也有可能是一道“黑暗料理”；工业级处理器配以外围工业级器件，设计出来的可能是可靠稳定的工业级核心板，也有可能是一块“伪工业品”。让我们借MiniARM M3517核心板在研发阶段高低温测试环节中的一个小插曲，来一窥这类秘密的冰山一角。

MiniARM M3517简介

MiniARM M3517是广州致远电子基于TI Cortex-A8处理器AM3517设计的一款工控核心板，所有器件均采用工业级。产品在设计阶段需经历双备份操作系统测试、十万次Flash读写掉电测试、软件测试中心各项指标参数测试、电磁兼容测试及高低温测试等，最大限度对产品品质进行验证测试。

高低温交变湿热测试

MiniARM M3517在GPMC总线上挂载一颗工业级串口扩展芯片，用于扩展两路全功能串口，该方案在多款产品中已经成功应用且方案非常成熟。但M3517核心板样机在进行高低温交变湿热测试中，扩展串口仍然出现了匪夷所思的问题！

产品在低温-20℃ ~ -40℃区间，扩展串口数据发送速度变得异常的慢，系统其他功能测试则正常！-40℃断电存储两小时后重新启动，扩展串口问题依旧，系统其他功能全部正常！当温度回升至-20℃以上时，扩展串口数据发送速度则恢复正常水平！

硬件上可能出现的问题

高低温测试中出现异常，首先要排除硬件上是否存在问题！因此，我们首先从硬件开始，将硬件上可能出现的问题罗列如下：

1、样机焊接：是否有虚焊等？经检查，无虚焊。

2、样机物料：再次确认样机使用的所有器件均为工业级物料。

3、电源设计：常规电子元器件在低温下功耗都会高10%，修改供电方案，使用外部直流稳压电源对串口扩展电路部分单独供电，确保供电充足。

4、外界干扰：对产品测试中可能存在的干扰逐一排查。

问题存在就必须要解决

大家集思广益，把可能存在的情况逐一测试。随着一次次的修改，一次次的尝试，可能的原因被不断的否定，问题还是没有突破性的进展。然而，问题存在就必须要解决，品质是产品的生命。

在一次项目组讨论会上，驱动工程师提及当初为了提升串口数据吞吐量，软件修改配置提升了总线时钟，缩短了总线读写周期，会不会跟这个有关呢？我们使用LAB6052逻辑分析仪抓取了常温下的总线写操作的波形图，如图1所示。

 
图1. 未修改前常温下写操作时序

在-20℃~-40℃低温环境下，总线读写波形如图2所示，可以明显的看出在写操作的开始部分时序出现了偏差。

 
图2. 低温下写操作时序图

串口扩展芯片SC16C752BIB48手册中给出的推荐时序图如图3所示。

 
图3. SC16C752BIB48手册写操作要求时序图

真相水落石出

真相水落石出！常温下还正常的写时序，在低温发生了改变！由于在不同的温度下，器件运行的频率或多或少存在温偏，晶振的温偏和处理器的系统频率的温偏累加，造成GPMC总线的片选与写使能在低温下提前到来。在SC16C752BIB48手册中标明：td5的最小值为10ns，而低温下写使能信号甚至比片选信号提前到来！此时时序在低温下显然无法满足SC16C752BIB48要求。

在系统上修改总线配置后，总线输出的波形如图4，地址有效到片选有效为18ns，片选有效到写使能有效为12ns，完全满足扩展串口要求。重新送至高低温实验室进行测试，低温-20℃~-40℃下扩展串口工作正常！

 
图4. 重新配置后的总线时序

核心板器件均为工业级，就一定能满足-40℃工作温度要求？

谜底揭开，核心板器件均为工业级，就一定能满足-40℃工作温度要求？这个答案是否定的！在有工业级器件保证的前提下，还需要配以成熟的硬件设计、适合的系统软件以及严格的测试环节，才能保证产品质量过硬！正是有了这些保证，MiniARM 系列核心板才能有资格称之为最优秀的工业级核心板！