注意UART的抗干扰设计

注意UART的抗干扰设计

一. 引言

产线最近出现多台设备启动卡死的问题，卡死在uboot启动界面，如下图所示。复现问题的时候，发现卡死的现象随着问题A53核心板走。因此联系核心板供应商，对方给出的可能原因是串口上有脏数据，导致进入uboot命令模式。相应的解决办法是：bootdelay改为-1，不进入uboot命令模式即可。修改以后，仍会出现启动卡死的现象，但打印信息提示的是eMMC未识别成功，但发生卡死的概率已大大降低。

本文中只分析UART上干扰的影响，eMMC未识别的原因及其影响暂时先不讨论。

二. 原因分析

通过串口调试助手，查看打印信息，发现当卡死在logo显示阶段，打印信息显示已进入uboot命令模式。如下图所示，说明有UART上有脏数据，导致误入uboot命令调试。

为什么会进入uboot命令模式？

uboot启动以后会进入3s倒计时。如果在3s倒计时结束之前，调试串口UART上输入任何字符，那么就会进入uboot的命令模式，反之，3s结束后就会自动启动linux内核。因此，首先要排查UART上的RX信号。

检测UART的RX线上波形，发现噪声较严重。如下图所示，大多数情况下，噪声信号幅度在0.6V以内，不会出现电平误判，但偶尔会出现0.8V以上幅度大小的噪声信号。

查阅i.MX8M芯片的资料，该芯片的UART采用的电平标准是LVTTL，如下图所示。

LVTTL又分为3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL，其电平判定标准如下：

按照3.3V的LVTTL电平标准，对于0.8V~2.0V之间未定义的电平信号，是有可能产生电平误判的。

如图7所示，UART的一个数据帧包含1个起始位、7位有效数据、1个奇偶校验位以及1~2个停止位。当没有数据传输时，UART要求通信线路保持高电平，即“1”，每当有效数据传输之前，UART要求先发送一个bit宽度的低电平，即发送一个“0”，用于标识一帧通信数据的开始，即起始位。校验位是一个可选位，可有可无，用于检查数据传送的正确性。停止位是一帧通信数据的结束标志，必须是高电平，即“1”，其宽度可以是1位、1.5位或2位。

在内核启动之前，UART上的RX线上一直为低电平，即处于非空闲状态，当RX线上出现一个0.8V以上的干扰，误判为高电平，并作为停止位，那么是会造成错误通信数据的。当这个错误数据正好发生在uboot启动后的3s倒计时，就会进入uboot命令模式。

那么怎么消除UART上的脏数据影响呢？

三. 整改措施

1. 从软件角度来说，可以增加防干扰设计，比如增加奇偶校验，对于关键指令，可以多次验证。对于本次误入uboot命令模式的问题，更是可以简答粗暴的不响应UART。

2. 从硬件角度，增加上拉电阻，也可以极大提高UART的抗干扰能力。如图8所示，在RX上增加上拉电阻，通过10K电阻接到3.3V，极大抑制了RX上的干扰信号。