工业MCU故障诊断与自恢复
📘 30章 · 实战
v2.0
第1章
课程导论
EMC/温湿度
工业MCU恶劣环境，故障诊断与自恢复意义，课程目标与学习路径。
第2章
硬件看门狗(WDT)
窗口/独立
独立看门狗与窗口看门狗区别，喂狗机制，溢出时间计算与硬件电路。
第3章
软件看门狗与任务监控
FreeRTOS
基于FreeRTOS任务看门狗，任务执行时间监控，死锁与卡死检测。
第4章
电源监测与欠压保护
POR/PDR/BOR
MCU内置POR/PDR/BOR原理，外部电源监测芯片(TPS3803)，欠压安全状态机。
第5章
时钟故障检测与切换
CSS
HSE/HIS失效检测，时钟安全系统自动切换，外部RTC晶振停振处理。
第6章
内存故障检测
RAM/Flash
RAM March C算法，Flash ECC/CRC校验，堆栈溢出检测。
第7章
程序流监控
PC指针异常
软件陷阱与NMI中断，指令冗余技术，PC指针越界恢复策略。
第8章
ADC/DAC自检与校准
回环检测
ADC内部参考电压自检，偏移/增益校准，DAC输出回环检测。
第9章
通信接口故障诊断
UART/I2C/SPI
通信超时检测，数据帧CRC校验，总线冲突与仲裁失败恢复。
第10章
CAN总线故障诊断
Bus-Off
CAN错误状态机(主动/被动/离线)，Bus-Off快速恢复，控制器重初始化。
第11章
以太网PHY链路检测
Link Status
Link Status轮询，自动协商失败处理，PHY寄存器健康检查。
第12章
GPIO与外部中断诊断
回读/毛刺
GPIO输出回读验证，输入信号毛刺滤波，中断丢失检测与重触发。
第13章
传感器故障诊断
Self-Test
数据合理性检查(范围/变化率)，自检命令，老化预测。
第14章
执行器故障诊断
电机/阀门
电机堵转检测(电流/反电动势)，阀门位置反馈，PWM回读。
第15章
温度监测与热管理
NTC/PTC
片内温度传感器，外部NTC/PTC测温，过温降频与紧急停机。
第16章
电压与电流监测
过流/过压
分压电阻网络采样，霍尔电流传感器，过流/过压保护阈值。
第17章
数据校验与完整性
CRC/Checksum
CRC32算法实现，Modbus RTU CRC，固件镜像完整性检查。
第18章
多核/多MCU故障诊断
心跳检测
核间心跳检测，共享内存数据一致性，主从MCU故障切换。
第19章
故障记录与日志系统
Fault Log
环形缓冲区日志，非易失存储(EEPROM/Flash)，日志导出与分析。
第20章
状态机与故障分级
正常/警告/故障
系统状态定义，故障等级划分(轻微/严重/致命)，状态迁移规则。
第21章
自恢复策略设计
软/硬复位
自动复位(软复位/硬复位)，降级运行模式，安全停机Safe Stop。
第22章
冗余设计基础
双机热备/TMR
双机热备Active/Standby，三模冗余TMR，看门狗互检。
第23章
固件升级与回滚(OTA)
Bootloader
Bootloader设计，固件签名验证，升级失败自动回滚。
第24章
EMC抗干扰设计
RC/磁珠
硬件滤波(RC/磁珠)，PCB布局布线要点，软件去抖与数字滤波。
第25章
安全标准与认证
IEC 61508
功能安全等级SIL/ASIL，故障覆盖率要求，开发流程简述。
第26章
故障注入测试(FIT)
寄存器/内存
软件故障注入(寄存器/内存)，硬件故障注入(电源/时钟)，测试用例设计。
第27章
案例1: 变频器MCU死机恢复
实战
故障现象分析，看门狗与电源监测联合应用，恢复时间优化。
第28章
案例2: PLC通信中断自恢复
CAN/以太网
CAN Bus-Off恢复，以太网重连策略，日志分析。
第29章
案例3: 工业机器人关节诊断
多传感器
多传感器融合诊断，执行器堵转保护，安全停机流程。
第30章
课程总结与未来展望
AI预测性维护
故障诊断技术趋势(AI预测性维护)，边缘计算与云诊断，项目实战建议。