Statystyka błędów SPI Flash – komunikacja w sterownikach AGD

1. KPI komunikacyjne

Błędy CRC/timeout	0.024%	Śr. czas odczytu strony (256 B)	18.6 µs	95p opóźnienia	24.3 µs

Wyniki zebrane z ~120 mln transakcji SPI w ciągu 500 h pracy, przy częstotliwości magistrali 20 MHz i napięciu 3.3 V.

2. Metodyka badania

Analizowano transmisję SPI między mikrokontrolerem a pamięcią Flash (16–64 Mb) w sterownikach pralek, zmywarek i suszarek. Monitorowano linie MOSI, MISO, SCK i CS za pomocą analizatora logicznego 200 MHz oraz logów firmware. Błędy klasyfikowano jako: timeout (brak odpowiedzi), CRC mismatch (niezgodność sumy kontrolnej), framing (niepoprawna liczba bitów). Badania obejmowały scenariusze z zakłóceniami EMI generowanymi przez falownik oraz zakłócenia termiczne.

3. Rozkład błędów transmisji

Najwięcej błędów CRC zarejestrowano w momencie aktywności falownika (suszenie, wirowanie). Prawdopodobieństwo błędu rosło wraz z temperaturą PCB – powyżej 70 °C pojawiały się sporadyczne błędy framingu.

4. Modele i statystyki

Model	Pamięć Flash	Śr. błędy [%]	Timeout [ppm]	CRC mismatch [ppm]	Framing [ppm]
Pralka A	W25Q32	0.019	85	110	0
Zmywarka B	M25P40	0.027	102	155	4
Suszarka C	MX25L64	0.036	132	210	8

Najstabilniej działały pralki – krótsze ścieżki i lepsze ekranowanie PCB. Suszarki notowały wyższe błędy, głównie z powodu sąsiedztwa torów mocy i braku rozdzielenia masy sygnałowej.

5. Źródła problemów

• Zakłócenia EMI: przełączanie tranzystorów falownika w paśmie 16–20 kHz modulowało linie SPI.
• Dryft termiczny: wzrost rezystancji ścieżek i spadek marginesu czasowego sygnałów.
• Niedokładna synchronizacja: jitter zegara SPI przy obciążeniu CPU.
• Topologia PCB: krzyżowanie się linii SPI z przewodami silnika i grzałki.

6. Analiza firmware

W FW v1.8 brakowało mechanizmu retry – każdy błąd CRC skutkował błędem systemowym. FW v1.9 dodało automatyczne powtórki do 3 prób, co zredukowało nieudane odczyty o 92%. Dodatkowo, opóźnienie między aktywacją CS a pierwszym bitem wydłużono z 20 ns do 80 ns, co poprawiło stabilność w wysokich temperaturach.

7. Znaczenie praktyczne

Niewielkie błędy SPI mogą skutkować uszkodzeniem struktury plików w pamięci, błędnym odczytem konfiguracji i restartami sterownika. W pralkach najczęściej objawiało się to przerwaniem cyklu, w suszarkach – błędną diagnozą czujników. W serwisie AGD opisano wiele przypadków, w których błędy komunikacji SPI powodowały wymianę całych modułów, choć w rzeczywistości problem leżał w zakłóceniach toru sygnałowego.

8. Odniesienia normatywne

Komunikacja cyfrowa w sterownikach AGD podlega wymaganiom IEC 60730 (funkcje bezpieczeństwa). Dokument wymaga odporności na zakłócenia transmisji i poprawnego raportowania błędów. Dodatkowo stosuje się wytyczne JEDEC dotyczące integralności sygnałów na magistralach SPI.

9. Zalecenia projektowe

• Stosować pull-up 10 kΩ na linii CS oraz odpowiednie terminatory na SCK.
• Rozdzielić masę cyfrową od mocy i zastosować stitching vias w pobliżu układu Flash.
• Dodać retry w FW oraz CRC dla krytycznych bloków danych.
• Rozważyć obniżenie częstotliwości SPI z 20 MHz do 12 MHz w środowiskach o dużym EMI.
• Unikać prowadzenia linii SPI równolegle do przewodów silnika.

10. Analiza długoterminowa

Po 3000 h pracy w wysokiej temperaturze (>85 °C) zaobserwowano wzrost błędów framing do 0.05% w suszarkach. Wskazuje to na starzenie elementów i zwiększoną podatność na jitter zegara. Zaleca się okresowe testy autodiagnostyczne pamięci Flash oraz zapisywanie liczników błędów w EEPROM.

11. Podsumowanie

• Średnia stopa błędów SPI Flash w AGD to 0.02–0.04% – głównie CRC i timeout.
• Najgorzej wypadają suszarki z uwagi na zakłócenia EMI i temperaturę.
• FW z mechanizmem retry redukuje wpływ błędów na użytkownika.
• Topologia PCB ma kluczowe znaczenie – krótkie ścieżki i ekranowanie istotnie poprawiają stabilność.

12. Wnioski końcowe

Analiza błędów SPI Flash w sterownikach AGD potwierdziła, że problemy wynikają głównie z zakłóceń EMI i nieoptymalnej topologii PCB. Rozwiązania obejmują poprawę layoutu, filtrację sygnałów i mechanizmy korekcji błędów w firmware. Utrzymanie stabilności transmisji poniżej 0.01% błędów jest możliwe, co znacząco podnosi niezawodność urządzeń i redukuje koszty serwisowe.