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国家兴亡匹夫有责(16)


国家兴亡匹夫有责,从神九用到 CAN 总线讲起(16)一块短板与二块短板 我们面临的困难很多,在想到要改进 CAN 时就有这样的困难:大多数 CAN 已嵌入到 MCU 中,而我们能做出满足抗干扰要求的 MCU 吗?这就是我要说的 一块短板与二块短板的问题。 国外公司在汽车电子市场中占的份额有各种统计方法,现在仅就 MCU 的 统计摘录如下 Renesas still dominates MCU market

市场与技术、营销有关。从上表看到 Freescale 在增长,Atmel 和 Infereon 的增长很快,我仅就技术发表点意见。 我听到过有人讲车厂喜欢用 Freescale 的芯片。后来我也留意了一下。在 邵贝贝、宫辉等著的“嵌入式系统中的双核技术” (北京航空航天大学出版社 2008)第 32 页提到了片内容错与纠错技术:
当系统遇到强干扰时,CPU 在读取指令或数据时可能出现错误,如果指令或数据仅 仅是某一位出现错误,ECC 模块会自动纠正这一位的错误,使系统照常运行,如果出现 二位或二位以上的错误,则 ECC 会以中断方式通知 CPU,出现了读程序错或读数据错。

该节后面的如何实现我没有查实,但是我查了 MC9S12P128.pdf,p19:
Up to 128 Kbyte of program flash memory 32 data bits plus 7 syndrome ECC (error correction code) bits allow single bit error correction and double fault detection 4 Kbyte data flash space 16 data bits plus 6 syndrome ECC (error correction code) bits allow single bit error correction and double fault detection

32 位程序用 7 位保护,16 位数据用 6 位保护,为了纠错可能采用了类似 BCH 码的技术。我觉得要对抗电磁干扰,工艺当然重要,而架构更为重要, 有数据与程序的检错是非常重要的。从可信赖性的分析角度,也就是故障的 覆盖率问题,缺了这一环就会放过很多错。我在写“MCU 需要改进”一文( 杨 福宇,“MCU 需要改进“, 《单片机与嵌入式系统应用》,2008, No.4,p.5-6,36)中提到了 51 单片机指令有一位变化的后果, (发现此问题是 1990 年代比较早,写文章 时我还不知道 Freescale 已有这种技术。 )

Bit 0 1 2 3 4 5 6 7

第一字节 1000 0101 1000 0100 1000 0111 1000 0001 1000 1101 1001 0101 1010 0101 1100 0101 0000 0101

变化后指令 85 50 37 84 50 37 87 50 37 81 50 37 8D 50 37 95 50 37 A5 50 37 C5 50 37 05 50 37

意义 MOV 50,37 DIV AB; JNC 37 MOV 50,@R1; ADDC A,@R1 AJMP 0450; … MOV 50,R5; ADDC A,@R1 SUBB A, 50;ADDC A,@R1 ?; JNC 37 XCH A,50; ADDC A,@R1 INC 50; ADDC A,@R1

从表可见,一 bit 的变化完全改变了原来 MOV 指令的意义,程序流或数据产生不可予测 的变化。例如表中(bit 0, 2 或 5 发生变化)变为跳转指令,可能不转入死循环,不引起 watchdog 动作,也有可能跳到非正常指令处,直至死循环。表中变为非跳转的其他指令则 有可能改变累加器(bit 0, 1, 3, 4,6 或 7 发生变化)、数据 RAM(bit 1,3, 6 或 7 发生变化)或状 态寄存器(bit 0, 1, 3, 4,6 或 7 发生变化)的变化。如果错误发生在指令的第二或第三字节,数 据的源或目的地址就错了。这些都会造成数据错,因此,即使 watchdog 没动作,不能保证 程序运行正常。对 8051 其它指令作分析可得到类似的结果。

对其它品种的 CPU 也可以作类似的分析,即使新的 ARM 机也一样,因为 CPU 的指令设计总要使同一长度内尽量多地做不同的工作。 采用 Freescale 的 纠错方法固然先进,但是代价大。如果只检错会简单得多,发现错产生中断, 单次错则指令重执,多次错还可设计其它的应对方法,总之不让错扩散。数 据检错已经是通信和数据存储的成熟的技术。我国已经有较多的 CPU 设计单 位,也已经生产了一些 CPU,只要加这一块就可以跳一跳,当你看到大多数 国外厂商还没有采用 Freescale 已用的这一技术时,这跳一跳的意义是不言自 明了,所以第二块短板也是可以较快地补长的。当别人还没有补 CAN 的短板 时,你再把 CAN 的改进提上日程,岂不更好?


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