FLASH篇_应用层失效分析方法

只看该作者 · 2024-12-30 20:10

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0、前言
FLASH一般不会坏，一旦故障你的程序就有几率出现大bug。本篇文章有2个目的：
1）为新手介绍学习FLASH编程的思路和要点。
2）介绍常见的FLASH失效情况和分析方法。
更新时间：2024.12.29

1、基础框架认知
一般情况下，程序代码就是存储在FLASH，所以FLASH的重要性不言而喻。那么学习FLASH编程该如何入手呢？
芯片手册关于FLASH的介绍是很多的，我整理了你最需要了解的要点框架。你在手册中找到并理解了下面内容，就可以做到心里有数了。

FLASH的存储单位换算
bit是存储中最小的单位。8个bit可组成1个字节（Byte，8bit），存放在一个地址内。
4个Byte，组成一个字（Word，32bit）。这里还有个半字概念HalfWord，即16bit，由2个地址组成。
等量替换：1Word = 4Byte = 32bit，1个地址8bit，半字16bit。

2、常见失效类型
FLASH的失效，按功能分为3个类型：擦失效、写失效、读失效。
我想先讲下我对FLASH擦写本质的理解。FLASH常见默认状态为全1，即被擦后的状态。你想对某一页进行写操作，需要先将这一页擦除才能正常执行写操作，否则会报错。写操作便是将1变为0，写1相当没有操作保持原来的1。

2.1 擦失效
擦失效是指在进行FLASH擦除时出现异常错误。
该类失效较为容易分析，一般可分为页擦失效和片擦失效，使用不同擦除方式即可确认。

2.2 写失效
写失效是指在进行FLASH写入时出现异常错误。
常见写失效可以按时失效数据、失效地址和失效时间分为3类：

多地址失效时，请观察地址之间是否存在规律。如果出现规律，大概率会以一个字线地址范围的失效，比如256字节为一个周期，或者512个字节为一个周期。

2.3 读失效
读失效是指在进行FLASH读取时出现异常错误。
失效现象3种：
1）写操作后短暂正常，之后读失效；
2）写操作后短暂失效，之后读正常；
3）写操作后持续读失效
筛查方法：写完之后加延时读取判断

3、失效检测方法
3.1 FLASH漏电不稳定情况
FLASH漏电不稳定的情况，表现为持续读取状态下，数据一直在变，数据无法稳定。
对那一整页写200次0xFF，再写5次0x00，看失效是否会稳定下来

3.2 FLASH出现串扰的检测
1）检测失效阶段。对全地址遍历写00~FF，读判断是在擦写读的哪个阶段串扰产生，并且失效数据是什么。遍历00~FF会更全面，复现几率比55AA方式大。
2）检测失效范围。使用失效数据，将测试地址范围用二分法不断缩小筛选，读判断有无串扰产生。
3）检测失效关联性。在最小条件范围内，再度遍历对全地址遍历写00~FF，根据所有失效数据，判断串扰关联性。

3.3 棋盘反棋盘测试
棋盘反棋盘是FLASH比较常规的一种快捷验证方式。
1）地址线范围：首先需要确认测试芯片的FLASH结构是以多少字节共用一条地址线，例如512字节共用一条地址线。
2）布置棋盘：将同一地址线的地址，以“1010”的方式写入。然后下一地址线的地址，以互补的“0101”方式写入。如此反复，相邻地址线间就组成了“1”和“0”的棋盘分布。
3）交叉测试：将“1010”与“0101”互换，交叉测试。

3.4 选项字配置排查
芯片刚买到时，选项字默认情况：FFFF5AA5 55AA956A
如果编程阶段（烧录工具、程序编程）误触发了选项字配置，会变成这个情况：FFFF5AA5 FFFFFFFF

4、FLASH失效案例
4.1 案例1_地址的bit2无法写1
失效现象：
如果0x08011EA2的bit2写0，0x08011EA2-0x08011EA3这两个地址测试正常。
如果0x08011EA2的bit2写1，0x08011EA2-0x08011EA3触发写失效。
此处是采用FLASH 16bit写方式，因此0x08011EA3应该只是被影响了。
分析结果：FA物理实验查看SG的oxide weak point。这个bit写1时，SG到BL的压差最大，因为本身SG漏电，会导致加到SG上的VNN pump变低，所以整条WL都写不上去。当这个bit写0时，SG到BL的压差反而比较小，所以VNN pump不会掉太多，就能写的上。

4.2 案例2_相邻寄存器连带置1
测试分析：
1）GPIOC的时钟使能位（RCC_AHB1ENR_bit2）置1后，短暂引起多处相邻寄存器的bit2置1（读错误），其中包括RCC_CFGR_bit2。
2）如果在失效期间进行获取系统频率值，由于错误的计算，会判定系统频率值为HSI的频率值，也就是16000000，同时也就造成串口2的时钟源PCLK1的频率值错误。
3）串口2初始化配置时需要用到APB1的频率值进行波特率计算（BRR），因此配置错误，造成通信异常。
4）需特别说明的是，此处的频率值只是一个变量数值概念，并非系统的真实频率。该失效不对实际频率产生影响，只对赋值运算造成错误。
分析依据：GPIOC的时钟使能位置1后引起多处寄存器的bit2置1，导致系统频率值赋值的计算过程错误。