管腳兼容是謊話 總有一點(diǎn)小偏差

備受廣大人民群眾喜愛(ài)的四大名著之一《西游記》以法相宗開(kāi)山祖師玄奘大師西行求法的偉大事跡為藍(lán)本，演義成唐僧師徒四人經(jīng)歷九九八十一難，歷盡艱辛西天取經(jīng)的神話故事，其中真假美猴王一節(jié)，六耳獼猴和孫悟空相貌無(wú)二無(wú)別，本領(lǐng)神通也與孫大圣一般無(wú)二，讓人真假難辨，正所謂唐僧緊箍疼不出，天王鏡子照不出，觀音我也看不出，還是我佛如來(lái)慧眼識(shí)人，道出六耳獼猴真身并用金缽盂罩住被孫悟空一棍子打死了事。

被老謀子炒作為16年來(lái)真正想拍的電影“影”則講述了一個(gè)關(guān)于替身的故事。替身，人稱“影子”，與真身互為一體，令旁人真假難辨，如同孿生，在危急關(guān)頭挺身而出，替主人博回一命。這種題材貌似很受大家歡迎，雖然不曾看過(guò)，但是吳宇森的《變臉》據(jù)說(shuō)也是這種以假換真的故事。

后來(lái)，這種以假亂真、雌雄難辨的手法被上海交通大學(xué)微電子學(xué)院院長(zhǎng)陳進(jìn)教授發(fā)揚(yáng)光大，這位海歸科學(xué)家創(chuàng)造性地以打磨更換標(biāo)簽的方式發(fā)明了“漢芯一號(hào)”，“騙”過(guò)了多位評(píng)審專家，套取了高達(dá)上億元的科研基金，在國(guó)人亟待在高科技領(lǐng)域有所突破之際，以一種荒誕離奇的方式制造了轟動(dòng)一時(shí)的重大科研造假事件。

雄兔腳撲朔，雌兔眼迷離；雙兔傍地走，安能辨我是雄雌？

時(shí)值當(dāng)下，嵌入式領(lǐng)域的MCU“管腳兼容”不僅可以在軟件開(kāi)發(fā)上做到代碼復(fù)用和開(kāi)發(fā)工具的通用，還能夠在硬件設(shè)計(jì)上直接拿來(lái)主義，更能在生產(chǎn)上實(shí)施物料替換，以應(yīng)對(duì)芯片斷供或供貨周期長(zhǎng)的難題，因?yàn)閭涫軓V大嵌入式系統(tǒng)廠商青睞，可是，這些“管腳兼容”的芯片真的沒(méi)有任何差別嗎？

1

嵌入式軟件工程師實(shí)在是一群相當(dāng)苦逼的群體，這不，都快到半夜十二點(diǎn)了，兩位難兄難友還在那里調(diào)著程序，有一搭沒(méi)一搭地交流著，更多的時(shí)間都陷入深深的思索中。

黑夜伸開(kāi)它那巨大的翅膀，籠罩著漸漸入睡的大地。窗外，細(xì)雨唏噓如歌，落葉曼妙如舞。室內(nèi)，安靜并非無(wú)聲，兩位精疲力竭的碼農(nóng)竊竊私語(yǔ)。

“三昧道人，你說(shuō)這兩顆芯片到底有什么差別呢？”同事一只手支著肥胖的腦袋，聲音有氣無(wú)力，猶如夢(mèng)囈。

夜色漸濃，睡意猶如驚濤拍岸，一股股向我襲來(lái)。我強(qiáng)打精神，看了看他那張結(jié)婚后逐漸發(fā)胖的臉蛋，瞄了瞄他那日益隆起就要藏不住的肚腩，定了定神，字斟句酌地說(shuō)道，“也許是生產(chǎn)工藝不同吧。根據(jù)芯片介紹，意法半導(dǎo)體的這顆SPC560B40和飛思卡爾的MPC5604B采用的是飛思卡爾的PowerPC內(nèi)核和意法半導(dǎo)體的Flash技術(shù)，管腳兼容，設(shè)計(jì)一致，軟件通用。他們的唯一區(qū)別應(yīng)該是SPC560B40是意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的，MPC5604B是飛思卡爾生產(chǎn)的，兩家的制造工藝不同，所以導(dǎo)致了這個(gè)差異?！痹掚m至此，我心里卻犯起了嘀咕，“制造工藝不同，最多有些性能上的差異，也不應(yīng)該在功能上有所差別呀！”

兩個(gè)電路板接著各自的測(cè)試盒，靜靜地躺在工作臺(tái)上，不悲不喜，全然不理會(huì)我們的對(duì)話。這兩塊板子，一塊上面焊的是SPC560B40，一塊上面焊的是MPC5604B，其它完全一致，燒了同一套程序后發(fā)現(xiàn)，采用SPC這顆MCU的電路板能夠通過(guò)遙控鑰匙喚醒，采用MPC這顆MCU的電路板卻死活都喚不醒。

2

長(zhǎng)夜清寂，微風(fēng)習(xí)習(xí)，細(xì)雨漸歇，在月色的沐浴中，窗外的草地上翻滾著銀閃閃、綠油油的波浪。站在窗前，仰望蒼穹，天上的星星一眨一眨，像極了小孩子的眼睛。

我伸了伸懶腰，把礙事又礙眼的同事打發(fā)回去，泡了一杯深茶，驅(qū)趕一下睡意，沉下心來(lái)，準(zhǔn)備再捋一捋程序。

遙控喚醒程序說(shuō)來(lái)也很簡(jiǎn)單，MCU睡眠40ms，自動(dòng)臨時(shí)喚醒后初始化遙控接收驅(qū)動(dòng)，如果2ms內(nèi)沒(méi)有收到達(dá)到閾值數(shù)量的有效射頻位，就再次進(jìn)入休眠，40ms后再次臨時(shí)喚醒。。。如果再這2ms內(nèi)收到了若干有效射頻位，則繼續(xù)接收2ms，倘若仍能接收到若干有效射頻位，則按照遙控報(bào)文時(shí)長(zhǎng)的2倍設(shè)置接收時(shí)間，倘若接收到有效的報(bào)文，則退出休眠，即所謂被遙控鑰匙喚醒。

方案很簡(jiǎn)單，既能保證沒(méi)有有效信號(hào)時(shí)安心睡眠，實(shí)現(xiàn)較低的休眠電流，又能夠在有干擾時(shí)通過(guò)“三級(jí)過(guò)濾”濾除干擾，還能在存在有效鑰匙時(shí)及時(shí)喚醒。這段程序一直以來(lái)跑得挺好，直到這次，因?yàn)槲锪暇o張，沒(méi)有足夠的SPC，用了一些MPC來(lái)救急，才發(fā)現(xiàn)用了MPC的這些板子喚不醒了。顯然，這兩顆所謂管腳兼容、軟件通用的MCU肯定有一些不為人知的不同！

3

程序員喜歡夜晚，主要是貪戀它的安靜。四周一片沉默，陷入沉睡之中的偌大的辦公室寂靜無(wú)聲，此時(shí)此刻，無(wú)絲竹之亂耳，唯有案牘之勞形。面對(duì)Bug，心底越靜，就越是有Bug馬上就要躍出水面的期待。其實(shí)，Bug對(duì)于我具有符咒般的魔力，它雖然讓人茶飯不思，廢寢忘食，但它不僅不讓人覺(jué)得害怕，甚至還有一些欣喜之情混雜其中。也許，正如逆境讓人堅(jiān)強(qiáng)，苦難讓人成長(zhǎng)一樣，Bug就是將程序員百煉成鋼的鐵石，不磨不足以成器！

不消說(shuō)，MPC喚不醒，問(wèn)題就出在自動(dòng)臨時(shí)喚醒后的遙控接收上。自動(dòng)喚醒期間的遙控接收也很簡(jiǎn)單，先讓MCU進(jìn)入一個(gè)以內(nèi)部時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘的模式，然后設(shè)置一個(gè)輸入捕捉模塊和計(jì)時(shí)器，上升沿觸發(fā)中斷，通過(guò)計(jì)時(shí)器統(tǒng)計(jì)兩次中斷間的時(shí)間間隔，判斷上升沿之間的位寬，進(jìn)一步判斷位寬是否滿足遙控協(xié)議規(guī)格。在2ms內(nèi)判斷是否存在若干滿足規(guī)格的位寬，以確定是否通過(guò)第一級(jí)濾波，之后還有兩級(jí)濾波，保證既可以被有效鑰匙及時(shí)喚醒，又不會(huì)被外界干擾錯(cuò)誤喚醒。

為了定位問(wèn)題究竟出在這三級(jí)濾波的哪一級(jí)上，我添加了一點(diǎn)測(cè)試程序，通過(guò)第一級(jí)濾波就點(diǎn)亮一個(gè)led燈。

雖然led燈提供不了多少信息，但是它就像前進(jìn)之路上的明燈，可以明明白白地告訴我們：系統(tǒng)還活著！

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第一級(jí)濾波都能沒(méi)過(guò)去，這說(shuō)明這個(gè)2ms內(nèi)輸入捕捉模塊似乎沒(méi)有工作起來(lái)。

輸入捕捉模塊以系統(tǒng)時(shí)鐘分頻出的1MHz為時(shí)鐘源，臨時(shí)喚醒模式下，為了保證休眠電流滿足產(chǎn)品規(guī)范要求，選擇了內(nèi)部時(shí)鐘（16MHz）為系統(tǒng)時(shí)鐘，正常模式下是以外部晶振+PLL做為系統(tǒng)時(shí)鐘的，一念至此，我試探性地將臨時(shí)喚醒模式下的系統(tǒng)時(shí)鐘源改為外部晶振，下載程序之后一看，居然喚醒了，同樣的程序燒錄到SPC的板子上，也可以正常喚醒！

一股欣喜之情直沖腦門，濃濃的喜悅在心底蕩漾不已，我如釋重負(fù)地站起身來(lái)，外面的月色更加皎潔了，夜色愈加地深沉，它帶走了一切喧囂，將寧?kù)o和空曠播撒在這塊大地上。

我伸了個(gè)懶腰，正準(zhǔn)備走人之際，倒霉催地忽然想看看改過(guò)時(shí)鐘源之后的休眠電流如何，話不多說(shuō)，我設(shè)置好休眠條件，摒心靜氣地等著產(chǎn)品進(jìn)入休眠，滴答，滴答，我仿佛聽(tīng)得到墻上的時(shí)鐘走動(dòng)的聲音，決定命運(yùn)的時(shí)刻越來(lái)越近了，我仿佛又聽(tīng)到了自己心跳的聲音，‘砰’，‘砰，‘砰’，‘梆’，我的一顆心掉到了地上，休眠電流上來(lái)1.5mA左右，比產(chǎn)品規(guī)范要求多出來(lái)0.5mA左右。

4

今夜注定無(wú)眠！誰(shuí)讓自己高興太早來(lái)著！

電流怎么上來(lái)的？我敏銳地意識(shí)到是外部晶振的起振時(shí)間問(wèn)題，內(nèi)部時(shí)鐘就是個(gè)RC電路，啟動(dòng)時(shí)間很快，但是外部石英晶體形式的晶振就不同了，我查了查數(shù)據(jù)手冊(cè)，手冊(cè)中給出的外部晶振最大起振時(shí)間6ms，沒(méi)有給出典型值，我又翻到同樣是飛思卡爾MCU芯片的S32K1xx上，上面給出的起振時(shí)間是2.5ms。

答案已經(jīng)呼之欲出了，起振穩(wěn)定時(shí)間2.5ms，再加上第一級(jí)濾波的2ms，臨時(shí)喚醒時(shí)間從之前的2ms多一點(diǎn)一下子提高到了4.5ms以上，電流不上去才怪！

既然休眠電流是睡眠時(shí)間和臨時(shí)喚醒時(shí)間的比例決定，如今臨時(shí)喚醒時(shí)間翻倍，只需要將睡眠時(shí)間翻倍就可以了，看了看遙控報(bào)文發(fā)送機(jī)制，每次至少發(fā)三條報(bào)文，每條100ms，睡眠時(shí)間從40ms調(diào)高到80ms，也不會(huì)出現(xiàn)漏掉檢測(cè)機(jī)會(huì)的情況，按照這種思路，如此這般改了改，休眠電流終于下來(lái)了。

看來(lái)MPC的內(nèi)部時(shí)鐘和SPC的內(nèi)部時(shí)鐘還是多少有點(diǎn)區(qū)別，外部晶振上倒是一致。但是這種區(qū)別是怎么產(chǎn)生的呢？我抱著試試看的心情，改回采用內(nèi)部時(shí)鐘的方式，同時(shí)將第一級(jí)濾波喚醒時(shí)間從2ms改成4ms，并修改了有效位數(shù)的判定閾值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用MPC芯片的板子也能喚醒了！

奇哉怪哉！之前有效位數(shù)是按照2ms設(shè)定的，MPC一個(gè)也捕捉不到，現(xiàn)在按照4ms設(shè)定了，MPC全都能捕捉到了，好像這4ms中的頭2ms也能正常接收一樣。以我淺顯的認(rèn)識(shí)，唯一的解釋就是MPC的輸入捕捉模塊在“40ms睡眠-2ms喚醒-40ms睡眠-2ms喚醒。。。。”這種內(nèi)部時(shí)鐘快節(jié)奏關(guān)閉和開(kāi)啟下的power on和power down有點(diǎn)問(wèn)題，不過(guò)它可以接受“80ms睡眠-4ms喚醒-80ms睡眠-4ms喚醒。。。?！边@樣的節(jié)奏。那么，這種“現(xiàn)象”背后的機(jī)制是什么呢？

是不是兩家的處理器內(nèi)部設(shè)計(jì)也不一樣？時(shí)鐘樹(shù)、供電網(wǎng)絡(luò)都有差別，內(nèi)部IR壓降、電磁耦合等問(wèn)題造成即便通過(guò)了制造工藝的簽核步驟，也會(huì)在芯片生產(chǎn)出來(lái)后出現(xiàn)問(wèn)題？當(dāng)然這種解釋過(guò)于淺顯、隨意，這種表現(xiàn)應(yīng)該有著更加深層的背景和原因，但是再往深了分析，就絕非我的能力所能窺見(jiàn)的了。在此仰拜高手作答！

后記

嵌入式產(chǎn)品要求嚴(yán)格，換芯片茲事體大，萬(wàn)萬(wàn)不要相信管腳兼容這種廣告式的營(yíng)銷用語(yǔ)，經(jīng)此教訓(xùn)，我深刻地體會(huì)到：管腳兼容是謊話，總有一點(diǎn)小偏差。