Trace UART – Falownik FW (STM32F4)

1. Fragment trace

[00:12.417] TX  AA 55 01 03 7C FF
[00:12.418] RX  AA 55 81 03 7C 7E
[00:12.437] CRC ERROR – exp 0x5E got 0x2B
[00:12.700] UART overflow (DMA RX) → drop=1
[00:13.021] FRAME ERROR (FE) @ IDLE→START, oversampling=16
[00:13.044] WARN: Systick jitter +38 µs przy PWM=18 kHz (TIM1)

2. Środowisko testowe

3. Parametry warstwy fizycznej

4. Statystyka rozszerzona

Okno 10 min:
CRC error: 12.7% ramek
Frame error (FE): 2.7%
RX timeout: 0.5%
DMA RX overflow: 0.3% (średnio 1 na 340 ramek)
Korelacja: p(CRC|PWM_jitter>30 µs) = 0.61
Średni interwał RX: 9.8 ms (σ = 1.6 ms)

5. Analiza przyczyn

• Konflikt ISR TIM1_UP ↔ USART/DMA – priorytet TIM1_UP preempuje obsługę DMA RX, wzrost latency > 40 µs.
• Drift baud + sampling point – suma odchyłek ~125 ppm, większa w temperaturze; wrażliwość na zakłócenia start bitu.
• Zakłócenia EMI od mostka – wstrzykiwanie szumów w oknie próbkowania; brak filtracji na linii RX.

6. Procedury testowe

1. Zmiana NVIC: USART1 IRQ priorytet = wyższy od TIM1_UP; DMA2 Stream IRQ nad TIM1_UP.
2. Test oversampling ×8 vs ×16, przesunięcie sampling point (SMART sampling).
3. Pomiar baud drift vs. temp. 25–60 °C, zapis Δppm dla MCU i falownika.
4. EMI: ferryt 100 Ω@100 MHz na RX, skrócenie pętli GND, test z ekranem.
5. Bufory: watermark DMA RX, kontrola NDTR w punktach overflow.

7. Wnioski i zalecenia

• Podnieść priorytet USART1/DMA ponad TIM1_UP; skrócić ISR TIM1_UP (odłożyć kalkulacje do taska).
• Włączyć oversampling ×8 z korekcją punktu próbkowania lub utrzymać ×16 i dodać filtr RC 47 Ω + 100 pF na RX.
• Dodać sanity-check długości ramki i weryfikację CRC16 przed akceptacją payloadu.
• Monitorować NDTR w DMA RX i liczyć dropy; dodać licznik FE/ORE do telemetrii.

8. Akceptacja (PASS)

Okno 60 min przy PWM=18 kHz, obciążenie 100%:
CRC errors: ≤0.01%
FE/ORE: 0 zdarzeń
DMA RX overflow: 0
Baud drift kompensowany: |Δ| ≤60 ppm MCU, ≤40 ppm falownik

9. Konfiguracja (wycinki)

// NVIC (przykład)
NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 5);
NVIC_SetPriority(DMA2_Stream2_IRQn, 5);
NVIC_SetPriority(TIM1_UP_TIM10_IRQn, 6);

// USART
USART1->CR1 = USART_CR1_UE | USART_CR1_RXNEIE | USART_CR1_TE | USART_CR1_RE;
USART1->BRR = 0x2D9; // 115200 @ 84 MHz

// DMA RX watermark + telemetria
if (DMA2_Stream2->NDTR <= WATERMARK) overflow_warn++;

10. Odniesienie techniczne

Zakresy błędów, ustawienia NVIC i parametry warstwy fizycznej zweryfikowano na podstawie logów z prób obciążeniowych oraz porównawczo z opisami modułów i praktykami serwisowymi udostępnianymi przez laboratorium AGD, co pozwoliło ujednolicić kryteria PASS dla komunikacji UART falownik–MCU. Podsumowanie tematu.

11. Workflow analizy trace

Trace jest najbardziej przydatny wtedy, gdy wszystkie zdarzenia mają wspólną oś czasu. Sam wpis CRC ERROR nie pozwala ustalić, czy przyczyną był błąd bitu, overflow DMA, opóźnienie ISR czy zapad zasilania. W analizie warto najpierw znaleźć pierwsze zdarzenie odbiegające od normalnego przebiegu, a dopiero później śledzić błędy wtórne. Pozwala to uniknąć sytuacji, w której ostatni komunikat w logu jest traktowany jako źródło problemu, chociaż był tylko jego skutkiem.

1. Znajdź ostatnią poprawną ramkę przed awarią i pierwszą ramkę błędną.
2. Sprawdź stan DMA przed błędem: NDTR, aktywny bufor, HT/TC oraz overflow.
3. Zestaw czas błędu z aktywnością PWM, przerwaniami TIM i ewentualnym PVD.
4. Oddziel błąd transmisji od błędu parsera, zapisując surowe bajty przed walidacją CRC.
5. Powtórz test po jednej zmianie i porównaj nie tylko liczbę CRC, lecz również FE, ORE i timeout.

Jeżeli kilka typów błędów pojawia się w tej samej milisekundzie, pierwszy sygnał do analizy powinien pochodzić z warstwy najbliższej sprzętowi: stan zasilania, rejestr USART, DMA i dopiero potem parser. Taki porządek ogranicza liczbę hipotez i pozwala szybciej znaleźć moment, w którym poprawny przebieg zaczyna się rozjeżdżać.

12. Minimalny rekord zdarzenia

Dobrze zebrany rekord pozwala porównać serie bez ręcznego przeglądania całego trace. Można na przykład odfiltrować tylko przypadki CRC poprzedzone ORE, tylko błędy występujące w określonym stanie PWM albo tylko zdarzenia zbieżne z PVD. Dzięki temu kolejne testy odpowiadają na konkretną hipotezę zamiast generować coraz większy plik logu.

Jeżeli błędy skupiają się wokół pracy napędu, dalszą analizę ułatwia diagnostyka EMI i USART. Wartości RC można szybko porównać w kalkulatorze RC i LC, a problem wieloobjawowy przejść przez checklistę falownika AGD.