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以創新方法執行LIN匯流排驗證

2015年10月19日  | Amit Kumar Sinha、Chetan Anand、Saurabh Gupt,飛思卡爾半導體

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汽車半導體產業目前所處的時代,是試圖利用機電一體化系統替代複雜的機械互聯的時代。為了簡化佈線設計,也為了有效處理汽車各系統之間的通訊流程,就設計了LIN(Local InterconnectNetwork)匯流排協定,廣泛應用於門鎖、車鏡、雨水感測器、動力傳動、中央電子控制單元(ECU)等諸多應用,即使在超高溫條件下也可正常運作。


設計中一個小小的缺陷都有可能是致命的!因此應適時進行可靠穩定的檢查,驗證系統的正確性和穩健性。有許多實際場景無法在SoC上輕鬆再現。例如,發動機周圍溫度過高,就可能導致設置或保持時間不正確,產生錯誤採樣。這會造成資料損壞導致故障。同樣,車內的電磁或環境雜訊會觸發某個位元的變換,這也可能是致命的。對於進行晶片後驗證的工程師,再現這些場景並在晶片上進行恰當處理是一項充滿挑戰的工作。


本文介紹了一些LIN設計問題,這些問題出現在晶片上並有真正複雜的設置。本文詳細闡述了多個由於完整性或架構失誤而出現的系統級問題;例如,LIN資料透過DMA傳輸後,SoC無法進入低功耗模式。本文還重點介紹了LIN的低功耗模式行為,其設計也可望有所改進。


LIN匯流排簡介

由汽車製造商聯合設計的LIN作為一個低成本系統,可以在感測器、Area Network)等高速匯流排。LIN協中資訊由主機進行初始化。主機決定致動器和開關等速度並非限制因素定是一種雙線廣播串列式網路(2 wire 何時將哪個訊框(frame)傳輸至匯流的應用中,取代像是如CAN(Controlbroadcast serialnetwork),網路排。LIN訊框頭具有以下字段(field):


  ● 同步中斷(Sync Break)

  ● 同步位元組(Sync Byte)

  ●  ID位元組(ID Byte)

  ● 資料位元組(Data Byte)

  ● 校驗和位元組(Checksum Byte)

本文介紹了後矽驗證(post-siliconvalidation)策略,該策略針對矽前驗證(pre-silicon verification)或仿真環境中遺漏的缺陷,還介紹了一些關鍵的缺陷查找方法及其分析。本文分為七個章節:第2章討論了由於電磁雜訊或現實中高溫操作環境導致的晶片上錯誤場景複製;第3章解釋了LIN的系統級問題;第4章介紹了導致偏僻個案(corner cases)的隨機及壓力場景;第5章介紹了多個LIN實例在各節點之間相互傳輸資料的菊鏈(daisychain)使用情境;第6章重點介紹了客戶面臨的應用程式碼問題及在實驗室所做的分析;第7章是本文的歸納和總結。


模擬錯誤場景

由於溫度變化、干擾等因素,電子系統的雜訊無法避免。因此,必須在晶片上徹底驗證匯流排協定的錯誤處理能力。然而在實驗室中可靠地生成所有的錯誤場景是一項棘手的工作,通常SoC不提供任何生成奇偶較驗錯誤、成框錯誤等的方法;為了避免這個限制,我們可以採用函數產生器(FG)等外接設備強制生成錯誤。透過FG,我們可以操縱LIN訊框頭,並生成包含所需錯誤的錯誤訊框。


FG可以用於生成具有以下錯誤的LIN訊框:


  ● 同步字段錯誤(Sync Field Error)

  ● 同步分隔符號錯誤(Sync DelimiterError)

  ● ID奇偶錯誤(ID Parity Error)

  ● 校驗和錯誤(Checksum Error)

  ● 成框錯誤(Framing Error )。

如果同步字段不一致,即報告同步字段錯誤;如果分隔符號字段過短(小於1位元時間),即顯示同步分隔符號錯誤;訊框頭奇偶錯誤導致ID奇偶錯誤;如果接收的校驗和與預期校驗和不符,表示出現校驗和錯誤;無效的結束位元會導致成框錯誤。多數錯誤的報告是由於其中一個字段中的一個或多個位元變換,如LIN訊框的中斷、同步、ID、資料或校驗和。


圖1是利用FG生成的無錯誤LIN訊框;該訊框清楚地顯示了中斷字段、同步字段、ID字段、資料字段及校驗和字段。ID字段的正確解碼為0x01,資料字段為0x55,校驗和為0xE8。


圖1 利用函數產生器生成的LIN訊框。
圖1 利用函數產生器生成的LIN訊框。

圖2顯示的LIN訊框含有FG帶來的ID奇偶錯誤。我們可以清楚地看到,儘管檢測到的資料正確,為0x55,但由於接收的ID和奇偶不符,因此報告ID錯誤。該錯誤是由於切換ID中的一個位元字段或兩個奇偶字段所引起;此處是由於改變了正確訊框中的一個奇偶位元。同樣地,我們可以透過函數產生器生成包含其他錯誤的訊框。


圖2 利用函數產生器生成的、具有奇偶錯誤的LIN訊框。<p>
圖2 利用函數產生器生成的、具有奇偶錯誤的LIN訊框。

由於LIN是一個慢速通訊協定(最大運作速度為20kbps),而且生成錯誤只涉及1個位元字段的切換,因此我們可以利用FG輕鬆複製此類錯誤場景。


(未完,請參閱下頁更多內文及附圖)

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