基于NFC的嵌入式系统自检

　　前言

　　今天，电子产品堪称无处不在，不管是汽车、白色家电，还是娱乐设备、可穿戴设备，都已融入我们生活的方方方面。电子系统的快速普及应用，归功于大规模集成电子器件的出现，例如，非常复杂的计算密集型微控制器和SoC(系统芯片)。今天，随着白色家电和电子产品设计日益复杂，设计师不得不开始关注产品的易用性和排障的便利性。

　　复杂设计急需内部调试信息，需要了解计算单元内部发生的情况，如果出现系统错误或失败，可以在产品生命周期的各个阶段检索和检查错误，如下所示。

图1：产品生命周期各阶段系统检查

　　产品开发和工程：

　　对于嵌入式系统，产品可靠性监测和认证流程可能需要长时间查看产品的性能表现。人工监测系统的可行性不高，效率低下。大数据分析难度也不小，而且还需要特定的分析方法。

　　对于间歇性错误或条件性错误，只有在正确记录事件和错误后才能排错。开发人员可以随时查看错误数据，将这些信息输出到外部进行分析，需要占用少量的内存空间，或者需要转储内部信息。

　　产品制造：

　　系统自检和错误代码或消息有助于保证产品开发和制造质量，优化测试时间和生产测试，甚至售后支持。

　　如果出现错误，系统将会指示是哪些组件无法正常通信而导致错误发生。技术人员可以轻松测试或排错，维修产品。

　　物流日志：

　　一些重要产品可能需要特定的运输方式和物流方式，这些产品系统可以在内部存储器记录跟踪有关环境和搬运方式的电子数据，例如：碰撞、湿度和温度。

　　客户可以在目的地分析这些数据，核实是否符合推荐的运输和搬运方式。

　　现场服务：

　　用户可以使用智能手机检索现场装机的内部信息，这些信息对设备维护服务商非常有用，可以帮助公司通知员工为报修准备妥当，不仅节省了现场维护次数，还节省了报修时间。

　　目前在用的系统调试方法

　　尽管LED指示灯、LED屏幕和LCD屏幕提供错误信息的能力有限，但新的智能连接可以向用户提供更多信息，为采集信息、调试、质检和测试时间优化和售后支持开辟了一条新的途径。

　　基于NFC的新智能连接调试方法:

　　嵌入式系统多数都有用于存储某些系统参数的内部非易失性存储器。当这个EEPROM存储器改用双接口EEPROM时，还可使用无线通信技术读取错误信息和系统健康状态数据。

　　有源RFID标签是一个非常经济的错误代码记录介质，可以通过NFC接口检索电子标签内部数据。

　　NFC又称近距离通信，是一种基于RFID(射频识别)的13.56 MHz载波无线通信技术，当一个NFC设备靠近另一个NFC设备时，即可互连通信。今天大多数手机都有NFC接口，可与有源标签通信，为用户在不同设备之间交换信息。

　　以消费电子产品为例，有源标签对于自检非常有用。在系统上电后，自检将检查系统的所有组件，并将健康状态写入有源标签中，便于产品出厂质检时读取数据，如果所有参数都正常，则产品可以出厂。

　　整个系统一步测试概念还可以节省产品在生产线上的停留时间，读取系统健康状况只需要几秒钟的时间，设计一个用户界面非常简单的应用软件，可以在智能手机或读取器上查看错误信息内容。

　　如果出现系统错误，系统将会指示是哪些组件无法正常通信导致错误，方便技术人员测试或调试系统，修理产品。

　　此方法还可用于售后服务。用户只需将智能手机靠近白色家电的控制面板，即可通过NFC读取产品内部信息，还可以通过Wi-Fi或GPRS等WAN网络将信息发送到中央服务器，同时自动提交投诉。

图2：系统健康检查智能连接技术

　　实现NFC智能连接调试：

　　有微控制器的嵌入式系统可以测试内部逻辑电路和所连的外围设备，通过NFC在智能手机上更新自检报告，可以在手机上发出一些测试命令，进一步分析系统内部问题。

　　NFC是一种非常经济的无噪声通信方案，紧凑的尺寸使其可以轻松整合到小系统中。

　　今天大多数人都有智能手机。用户可用安卓手机应用测试系统，在屏幕上查看初步的测试信息，包括错误类型。为了更好地理解，下面以计步器系统为例介绍这个过程。下图是计步器系统的框图：

图3：穿戴式计步器系统框图

　　该可穿戴式计步器采用STM32L系列微控制器。STM32L可以降低应用功耗，并提供适合的处理能力，片上配备各种外设接口，例如，SPI、I2C和ADC，是设计低成本、低功耗解决方案的理想选择。

　　动态NFC/RFID标签芯片M24SR64-Y接受13.56 MHz RFID读取器或NFC手机通过I2C接口发送的读写指令，有助于在计步器和手机之间建立低成本的RF通信连接，内置EEPROM存储器用于保存系统状态和其他相关信息。

图4：穿戴式计步器和PCB电路板

　　为了在不打开系统的情况下使用系统排错功能，我们开发了一款可以在没有实体接触的情况下与系统通信的安卓手机应用。动态NFC/RFID标签IC甚至不需要电源即可与RFID读取器通信。检查系统健康状态，建立通信连接，需要将手机靠近计步器。

图5：基于NFC的排错系统

图6：手机屏幕显示系统状态

　　在动态NFC/RFID标签IC上有一个中断引脚，当检测到NFC信号时，中断引脚向主控制器发送中断信号，唤醒系统。通过使用中断功能，系统可以运行已配置好的任务，检查系统健康状况，并在NFC标签中写入健康状态数据，然后，用手机读取NFC标签内的系统状态信息，并在屏幕上显示系统状态，例如，屏幕上弹出“系统正常”信息，表示系统完全正常。否则，弹出“系统故障”，并说明故障区域。

　　结论:

　　系统智能连接功能可以为用户带来很多好处，涵盖从产品制造到售后的整个生命周期，有助于降低产品的总体成本。在目前的智能连接技术中，NFC技术经济实惠，对功率和空间需求都非常低，不论是小尺寸产品，还是体积大的家电，选择无线通信连接，NFC都是一个不错的选择。