CN111190407A - 基于软件自检在halt试验中快速激发并定位故障的检测方法 - Google Patents

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Abstract

基于软件自检在HALT试验中快速激发并定位故障的检测方法，属于检测技术领域。对含有MCU的电路板，按照HALT试验的步骤，进行低温步进、高温步进、高低温快速循环、振动步进、温度与振动的综合应力的测试，利用较高的环境应力在短时间内激发出产品的缺陷；同时，在MCU中利用附加的软件自检程序，对于CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出(I/O)等组件进行故障检查，从而快速激发并定位MCU及相关电子电路故障点。本发明提升检测效率，降低检测成本。

Description

基于软件自检在HALT试验中快速激发并定位故障的检测方法
技术领域
本发明涉及可靠性测试技术领域，尤其涉及一种基于软件自检程序在HALT 试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法。
背景技术
高加速寿命试验(Highly Accelerated Life Testing，简称HALT试验)作为一项新兴技术，利用产品极限的环境应力在短时间内激发出产品的缺陷，从而依据试验结果分析原因，找到改善的方法并进行验证。
传统HALT试验在激发出产品缺陷后，首先需要经过对失效现象进行观察，然后判断失效的相关功能，从而找到可能发生故障的一系列器件，最后通过逐一分析得出故障点。
但由于许多故障发生在MCU等器件内部，或失效现象不明显，同步察觉有难度，且在故障发生后的分析过程，需要对于产品电路设计非常熟悉的工程师，以及相对齐全的失效分析方法与设备，过程比较繁琐、耗时，也较为依赖分析人员的技术能力，同时其试验成本也较多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于软件自检程序在HALT试验中应用的检测方法，可快速激发并定位MCU及相关电子电路故障，而不过分依赖于分析人员的技术能力与失效分析方法与设备，从而提升检测效率，降低检测成本。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，包括以下步骤：
对含有MCU的电路板，按照HALT试验的步骤，进行低温步进、高温步进、高低温快速循环、振动步进、温度与振动的综合应力的测试，利用较高的环境应力在短时间内激发出产品的缺陷；同时，在MCU中利用附加的软件自检程序，对于CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出(I/O) 等组件进行故障检查，从而快速激发并定位MCU及相关电子电路故障点。
所述HALT试验方法，包括5个步骤组成，即低温步进、高温步进、高低温快速循环、振动步进、温度与振动的综合应力等5个测试步骤。
所述的低温步进的试验方法，低温步进的温度范围为常温至-100℃，利用液氮进行制冷，用于确定产品的低温工作极限、破坏极限。
所述的高温步进的试验方法，高温步进的温度范围为常温至+200℃，利用电加热丝进行制热，用于确定产品的高温工作极限、破坏极限。
所述的高低温快速循环的试验方法，在产品高、低温工作极限温度范围内以最快40-60℃/min的速率循环。
所述的振动步进的试验方法，振动为3轴6自由度的随机振动，加速度量级范围为0grms至70grms且不为0，用于确定产品的振动工作极限、破坏极限。
所述的温度与振动的综合应力试验方法，在高、低温工作极限温度范围内快速循环，同时以振动步进方式叠加振动应力，所述的快速循环为以最快40-60℃/min的速率循环。
所述的在MCU中利用附加的软件自检程序，为向MCU的自检软件中利用添加的自检程序，对于CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出 (I/O)等组件进行故障检查。所述的在MCU中利用附加的软件自检程序，是在原有产品基本功能代码的基础上添加周期性自检程序或代码，添加的周期性自检程序或代码用于对所述的CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出(I/O) 等组件进行故障检查。
所述的针对CPU部件的软件自检程序，检查寄存器某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障；检查程序计数器某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障。
所述的针对中断部件的软件自检程序，检查没有中断或者中断频繁的故障。
所述的针对时钟部件的软件自检程序，检查时钟频率错误的故障。
所述的针对存储器部件的软件自检程序，检查非易失存储器的所有单个位故障；检查易失存储器的信号线间短路的故障；检查存储器寻址某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障。
所述的针对内部数据路径部件的软件自检程序，检查数据某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障；检查错误寻址的故障。
所述的针对外部通讯部件的软件自检程序，检查数据传输的故障。
所述的针对输入输出(I/O)部件的软件自检程序，检查数字I/O与相邻管脚短路、与 MCU供电电源或地短路、采样输入值超预定范围的故障；检查模数和数模转换器管脚与相邻管脚短路、与MCU供电电源或地短路、采样输入值超预定范围的故障；检查模拟量多路复用器的错误寻址故障。
所述的快速发现MCU及相关电子电路故障点的方法，利用高加速寿命试验施加的产品极限量级的温度、振动应力，短时间内激发MCU及相关电子电路对于温度及振动应力敏感的故障，在故障点出现后，不需经过复杂分析过程，直接利用显示装置，直观显示 MCU及相关电子电路对于温度及振动应力敏感的故障位置。
所述的显示装置，对于不带操作系统的产品采用屏幕提示、LED数码管显示、LED灯闪烁等方式；对于带有操作系统的产品还可通过日志检查。
通过本发明，具有如下有益效果：
本发明的检测方法可对应用于家用电器上带有MCU的电路板进行检测，缺陷激发周期短，通过软件自检并在显示装置中显示，定位故障点快捷有效。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
图1是本发明一种基于软件自检程序在HALT试验中快速定位MCU及相关电子电路故障的检测方法的软件自检流程图。
具体实施方式
参见图1，图1是本发明一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位 MCU及相关
电子电路故障的检测方法的中软件自检流程图，包括以下步骤：
在MCU中利用添加的软件自检程序，对于CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出(I/O)等组件进行故障检查，从而快速定位 MCU及相关电子电路故障点。
如图1所示，添加的第一部分，在含有产品基本功能主程序的主循环程序中，加入非易失性存储器自检程序、外部通讯自检程序、输入输出(I/O)等部件的自检程序；
所述非易失性存储器自检程序，检查非易失存储器中的每一位信息的故障，例如使用循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)方式生成校验码，与原校验码进行比对，确认每一位信息的正确；
所述的外部通讯自检程序，检查传输数据错误的故障，例如使用带有多位冗余的字保护；
所述的输入输出(I/O)自检程序，其特征在于，检查数字I/O与相邻管脚短路、与MCU供电电源或地短路、采样输入值超预定范围的故障，例如采用似真性检查的方法；检查模数和数模转换器管脚与相邻管脚短路、与MCU供电电源或地短路、采样输入值超预定范围的故障，例如采用似真性检查的方法；检查模拟量多路复用器的错误寻址故障，例如采用似真性检查的方法。
所述CPU自检程序，检查寄存器某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障，例如使用棋盘算法进行检查；检查程序计数器某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障，例如通过看门狗机制完成，一旦在未能及时在规定时序内完成喂狗动作，看门狗将会触发，此刻可认定程序计数器出现问题。
所述中断自检程序，检查没有中断或者中断频繁的故障，例如在设定的时序中，检查所发生中断数量的大小，是否在预期的范围中，以判断中断是否故障。
所述时钟自检程序，检查时钟频率错误的故障，例如监测电源50Hz频率，并通过定时与之比较，确认时钟频率的正确性。
所述易失存储器自检程序，检查易失存储器的信号线间短路的故障，例如使用March C算法；检查存储器寻址某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障，例如使用March C算法。
所述内部数据路径自检程序，检查数据某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障，例如使用March C算法；检查错误寻址的故障例，如使用March C算法。
如图1所示，同时还添加的第二部分，在含有产品基本功能主程序的主循环程序中，添加中断设置程序，其对应中断的服务程序分别为上述添加的附加的软件自检程序，即对CPU部件的自检程序、对中断部件的自检程序、对时钟部件的自检程序、对易失存储器部件的自检程序、对内部数据路径部件的自检程序；
所述的添加的第二部分中断设置程序，为在所服务的各软件自检程序提供入口，设置触发中断服务程序执行的条件，例如使用定时或者条件触发。
如图1所示，同时还添加第三部分，在含有产品基本功能主程序的主循环程序中，加入故障显示检查和/或将故障信息记录到日志中的代码。当故障被检测到时，会立即对故障可能成的危险进行控制，并在显示装置中显示故障信息。
基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法的中HALT试验的流程，包括以下步骤：
既低温步进、高温步进、高低温快速循环、振动步进、温度与振动的综合应力；
在低温步进步骤中，利用阶段性降温的方式，逐步逼近被测对象的低温工作极限，当在某一低温条件下出现故障时，适当提升5℃温度，如果产品恢复正常，则该温度即为其低温工作，此过程对于低温敏感的缺陷会被快速激发，当发生相关故障时，显示装置会进行故障信息或代码，即可对故障点进行快速定位。
在高温步进步骤中，利用阶段性升温的方式，逐步逼近被测对象的高温工作极限，当在某一高温条件下出现故障时，适当降低5℃温度，如果产品恢复正常，则该温度即为其高温工作，此过程对于高温敏感的缺陷会被快速激发，当发生相关故障时，显示装置会进行故障信息或代码，即可对故障点进行快速定位。
在高低温快速循环步骤中，区别于一般试验条件，在产品高、低温工作极限温度中以40℃/min至60℃/min的速率循环，进行5个循环，此过程对于温变敏感的缺陷会被快速激发，当发生相关故障时，显示装置会进行故障信息或代码，即可对故障点进行快速定位。
在振动步进步骤中，利用阶段性提升振动加速度量级的方式，逐步逼近被测对象的振动工作极限，当在某一振动条件下出现故障时，适当降低5grms振动加速度量级，如果产品恢复正常，则该振动加速度量级即为其振动工作极限，此过程对于振动敏感的缺陷会被快速激发，当发生相关故障时，显示装置会进行故障信息或代码，即可对故障点进行快速定位。
在温度与振动的综合应力步骤中，在高、低温工作极限温度中快速循环，同时以步进方式叠加振动应力，此过程对于温度与振动综合应力敏感的缺陷会被快速激发，当发生相关故障时，显示装置会进行故障信息或代码，即可对故障点进行快速定位。
下面以具体实施例来阐述本发明。
实施例1
一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，包括以下步骤：
将用于冰箱的带有MCU及相关电子电路的控制板进行HALT试验，产品基本功能主程序完成根据设定温度与实际温度调整压缩机进行制冷，而添加的自检程序则进行对于CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出(I/O)等组件进行故障检查。在进行到低温步进试验中，测试温度达到其低温工作极限温度时(例如，-50℃)，产品停止工作，但故障显示装置指示故障显示。
其中，故障显示装置显示输入输出(I/O)故障对应代码，既自检程序检测到采样输入值超预定范围的故障，故快速定位到对应输入端口及相关传感器出现故障，缩小了故障分析范围，提升了测试效率。
实施例2
一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，包括以下步骤：
将用于空调的带有MCU及相关电子电路的控制板进行HALT试验，产品基本功能主程序完成根据设定温度与实际温度调整压缩机进行制冷，而添加的自检程序则进行对于CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出(I/O)等组件进行故障检查。在进行到振动步进试验中，振动加速度达到45grms时，产品停止工作，但故障显示装置指示故障显示。
其中，故障显示装置显示外部通讯故障对应代码，既自检程序检测到外部通讯的故障，故快速定位到对应输入端口及相关传感器出现故障，缩小了故障分析范围，提升了测试效率。
实施例3
一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，包括以下步骤：
将用于洗衣机带有MCU及相关电子电路的控制板进行HALT试验，产品基本功能主程序完成根据设定模式进行洗涤、漂洗、脱水的洗衣流程，而添加的自检程序则进行对于CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出(I/O)等组件进行故障检查。在进行到温度与振动的综合应力试验中，温度条件在高温工作极限与低温工作极限之间(例如，-40℃与+90℃之间)，循环5个周期，而振动加速度达从第一个周期10grms开始，每一周期增加10grms直到第五个周期的50grms，过程中产品正常工作，但故障显示装置指示故障显示。
其中，故障显示装置显示易失性存储器故障对应代码，既自检程序检测到易失性存储器的故障，故快速定位到对应易失性存储器故障，将隐性的故障显示出来，提升了测试效率。

Claims (8)

1.一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对含有MCU的电路板，按照HALT试验的步骤，进行低温步进、高温步进、高低温快速循环、振动步进、温度与振动的综合应力的测试，利用较高的环境应力在短时间内激发出产品的缺陷；同时，在MCU中利用附加的软件自检程序，对于CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出(I/O)等组件进行故障检查，从而快速激发并定位MCU及相关电子电路故障点。
2.按照权利要求1所述的一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，其特征在于，所述HALT试验方法，包括5个步骤组成，即低温步进、高温步进、高低温快速循环、振动步进、温度与振动的综合应力等5个测试步骤；
所述的低温步进的试验方法，低温步进的温度范围为常温至-100℃，利用液氮进行制冷，用于确定产品的低温工作极限、破坏极限；
所述的高温步进的试验方法，高温步进的温度范围为常温至+200℃，利用电加热丝进行制热，用于确定产品的高温工作极限、破坏极限；
所述的高低温快速循环的试验方法，在产品高、低温工作极限温度范围内以最快40-60℃/min的速率循环；
所述的振动步进的试验方法，振动为3轴6自由度的随机振动，加速度量级范围为0grms至70grms且不为0，用于确定产品的振动工作极限、破坏极限；
所述的温度与振动的综合应力试验方法，在高、低温工作极限温度范围内快速循环，同时以振动步进方式叠加振动应力，所述的快速循环为以最快40-60℃/min的速率循环。
3.按照权利要求1所述的一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，其特征在于，所述的在MCU中利用附加的软件自检程序，为向MCU的自检软件中利用添加的自检程序，对于CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出(I/O)等组件进行故障检查。所述的在MCU中利用附加的软件自检程序，是在原有产品基本功能代码的基础上添加周期性自检程序或代码，添加的周期性自检程序或代码用于对所述的CPU、中断、时钟、存储器、内部数据路径、外部通讯、输入输出(I/O)等组件进行故障检查。
4.按照权利要求3所述的一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，其特征在于，
所述的针对CPU部件的软件自检程序，检查寄存器某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障；检查程序计数器某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障；
所述的针对中断部件的软件自检程序，检查没有中断或者中断频繁的故障；
所述的针对时钟部件的软件自检程序，检查时钟频率错误的故障；
所述的针对存储器部件的软件自检程序，检查非易失存储器的所有单个位故障；检查易失存储器的信号线间短路的故障；检查存储器寻址某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障；
所述的针对内部数据路径部件的软件自检程序，检查数据某些位固定在开路、“0”或“1”状态且不发生变化的故障；检查错误寻址的故障；
所述的针对外部通讯部件的软件自检程序，检查数据传输的故障；
所述的针对输入输出(I/O)部件的软件自检程序，检查数字I/O与相邻管脚短路、与MCU供电电源或地短路、采样输入值超预定范围的故障；检查模数和数模转换器管脚与相邻管脚短路、与MCU供电电源或地短路、采样输入值超预定范围的故障；检查模拟量多路复用器的错误寻址故障。
5.按照权利要求3所述的一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，其特征在于，同时还添加的第二部分，在含有产品基本功能主程序的主循环程序中，添加中断设置程序，其对应中断的服务程序分别为上述添加的附加的软件自检程序，即对CPU部件的自检程序、对中断部件的自检程序、对时钟部件的自检程序、对易失存储器部件的自检程序、对内部数据路径部件的自检程序；
所述的添加的第二部分中断设置程序，为在所服务的各软件自检程序提供入口，设置触发中断服务程序执行的条件，例如使用定时或者条件触发。
6.按照权利要求1所述的一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，其特征在于，同时还添加第三部分，在含有产品基本功能主程序的主循环程序中，加入故障显示检查和/或将故障信息记录到日志中的代码。当故障被检测到时，会立即对故障可能成的危险进行控制，并在显示装置中显示故障信息。
7.按照权利要求1所述的一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，其特征在于，所述的快速发现MCU及相关电子电路故障点的方法，利用高加速寿命试验施加的产品极限量级的温度、振动应力，短时间内激发MCU及相关电子电路对于温度及振动应力敏感的故障，在故障点出现后，不需经过复杂分析过程，直接利用显示装置，直观显示MCU及相关电子电路对于温度及振动应力敏感的故障位置。
8.按照权利要求1所述的一种基于软件自检程序在HALT试验中快速激发并定位MCU及相关电子电路故障的检测方法，其特征在于，所述的显示装置，对于不带操作系统的产品采用屏幕提示、LED数码管显示、LED灯闪烁等方式；对于带有操作系统的产品还可通过日志检查。
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