TMC4361A 硬件测试：接线、测量证据与验收记录

先定义证据，再执行测试

一套硬件测试只有把测试条件、操作、实际观察、判据和原始证据连接起来，才能支持验收结论。程序返回 HAL_OK、界面出现绿色勾选，或者内部位置计数改变，都不能单独证明电源、连线和电机正常。

本文将原来的通用十步流程、两套重复的 TMC4361A 测试指南和示例程序，整理为分阶段的板级验证方案。原程序缺少驱动与测试头文件，部分函数直接返回成功；其中“9 项通过、芯片 ID 0x4361”的输出是演示文本，不是测量记录。下面没有声称任何实际电路板已通过测试。

通信实现、四幅原始接线/波形图和轨迹单位见 TMC4361A 与 STM32 控制指南。本文专注于怎样验收这条控制链，避免再维护一份寄存器定义不同的驱动程序。

1. 项目阶段与测试范围

EVT、DVT、PVT、MP 是常见的项目阶段称呼，具体划分由组织定义，不能只凭名称认定已经符合某项行业标准。

阶段	主要问题	应保留的记录
EVT，工程验证	原理、接口和关键功能能否成立	原理图版本、问题清单、波形、修改前后对照
DVT，设计验证	定版设计是否满足各项产品要求	需求到测试的对应关系、极限工况、环境与可靠性结果
PVT，生产验证	工艺、工装和测试方法能否稳定复制	工位程序版本、测试覆盖、重复性、良率与失效分析
MP，量产	每台产品是否满足出厂要求	序列号、测量结果、判定、返修与复测记录

原记录中的十类工作可以放入同一条可追溯的流程：

工作	具体交付物
准备	板卡、线缆、负载、工具清单；操作条件与人员责任
外观	焊接、方向、缺件、损伤的检查照片
需求核对	每项需求的测量方法、上下限、单位和判定规则
上电	电源设置、限流、启动电流、各电源轨与复位波形
功能	命令、状态、输出和外部实际响应的对应关系
负载	负载配置、温升、误差、响应与限制条件
校准	仪器编号、有效校准状态、量程及测量不确定度处理
环境	温湿度、振动等适用条件、持续时间及前后功能复测
软件集成	固件提交、构建配置、接口协议与故障处理
记录与追踪	原始数据、结论、问题编号、整改和复测

长时间运行、温度循环、振动、电源扰动与 EMC 测试应有明确的产品条件和方法；“运行一段时间没有报错”不能代替这些项目。原文中的纹波小于 100 mV、静态电流小于 50 mA、时钟误差小于 0.1% 均没有需求依据，不作为本页的通用合格线。

2. 冻结板卡、接线与版本

先记录板卡型号/序列号、硬件修订、TMC 完整料号、STM32 完整料号、驱动器和电机型号、供电方案、固件提交及构建工具。原稿交替使用 STM32F103RET6 与 ZET6，又给出两套复位/中断接线，不能混为同一块已验证硬件。

STM32F103RE 属于最高 72 MHz、512 KiB Flash、64 KiB SRAM 的高密度型号；RE、ZE 的封装引脚不同，其他 F103 型号也不能照搬这些容量。ST 产品资料

下面保留原测试程序的 PA3 复位、PA2 中断、USART1 日志方案，作为待与原理图核对的例子。控制指南使用另一套 NRST 分配时，应以实际工程为准，不能把两套引脚定义同时复制进去。

信号	STM32 示例	TMC4361A 或外设端	验证重点
主控片选	PA4 GPIO	NSCSIN，2	空闲高；整帧期间保持低
主控 SPI 时钟	PA5 / SPI1	SCKIN，3	模式 3 与实际频率
主控读数据	PA6 / SPI1	SDOIN，7	电平兼容、无悬空或总线冲突
主控写数据	PA7 / SPI1	SDIIN，4	与 MISO 不接反
复位	PA3	NRST，39	低有效，时序与实际电源/时钟配合
中断	PA2 输入	INTR，33	与配置的事件、极性和外部电路一致
工作时钟	PA8 / MCO 或独立源	CLK_EXT，38	本例测得 8 MHz 后才采用相应参数
日志	PA9/PA10	USART1 TX/RX	115200、8N1；确认电平与共地

**35 脚是 VDD1V8，不是 CLK16；INTR 是 33 脚，32 脚是 STDBY_CLK。**VDD1V8 是内核稳压相关端，按参考电路去耦。VCC 为 5/26/37 脚，GND 为 6/15/25/36 脚；裸露焊盘与所有去耦按封装和供电章节核对。不能把原清单里的“PC2→35 脚时钟”当作可用接线。

TMC4361A 是轨迹/接口控制器，绕组的 VM 电源、功率级限流、驱动器使能和温度/故障信号属于具体电机驱动电路。“测 VM”“检查 EN”必须写出测量的器件和网络名称，不能凭这些名称假定 TMC4361A 有相应功率驱动引脚。

3. 从断电检查到稳定通信

3.1 电源、时钟和复位

断电完成外观、网络连通、短路与极性检查；按板级设计安排限流供电和驱动器禁用状态。首次上电先观察电流与电源轨，出现异常即停止本轮测试并记录，不能继续自动执行运动项目。

电源记录应包含测量点、负载状态、仪器、量程、探头接法和读数。原程序的 vcc_voltage_mv = 3300 只是常量；未接 ADC 或未录入真实仪表读数，就应记为“未测试”。

用示波器测纹波时可按测试计划采用短接地、AC 耦合和指定带宽，例如 20 MHz 限带；这些设置会影响观察结果，必须随波形保存。只用限带后的纹波图，不能宣称没有更高频噪声。空闲、运动、负载与启动的电流应分开记录，整板输入电流不等于芯片自身电流。

在本例中分别确认 STM32 的 HSE、系统配置以及 TMC CLK_EXT 上实际的 8 MHz。SystemCoreClock 或 RCC 查询函数只说明软件配置，不能证明 PA8 上已有输出；CLK_FREQ=8000000 也不会生成时钟。原程序没有配置 MCO，不能据此推断 TMC 时钟正常。

NRST 拉低后观察寄存器复位和复位事件，保留复位边沿与恢复通信的记录。手册指出 EVENTS(0x0E) bit31 为复位事件；读取 EVENTS 有清除副作用，需要统一消费者。原例中固定延时 10 ms、100 ms 可以是实验等待值，不能写成数据手册规定的普遍最小值。TMC 数据手册，17 章

3.2 SPI 波形与双帧读取

采用 CPOL=1、CPHA=1、MSB 先传、每帧 5 字节。每次片选低电平必须覆盖完整的 40 个时钟；“CS 低脉宽超过 100 ns”显然不足以说明一帧完整。

TMC 的 SPI 时钟受实际芯片时钟约束，上限为其四分之一。本例 8 MHz 下使用 PCLK2=72 MHz、SPI 分频 64，得到 1.125 MHz，低于 2 MHz 上限；原来的 2.25 MHz 方案不符合这一例子的限制。

$$t_{\mathrm{frame,clock}}=\frac{40}{1.125\times10^6}\approx35.56\ \mu s.$$

这是 40 个时钟本身的时间，尚未包含片选建立/保持、帧间高电平和软件间隙。不能用它代替完整事务实测时长。帧间时序还要满足手册 3.1.1 节；控制指南的 1 μs 留量是该示例的实现选择。

逻辑分析仪可按 CH0=SCK、CH1=MISO、CH2=MOSI、CH3=CS，模式 3、8 位解码，并用 CS 下降沿触发。选择足够的采样率，确认电平门限；数字解码正常不能代替示波器对过冲、边沿和信号完整性的检查。

操作	MOSI 首字节	同帧 MISO 数据的含义
请求版本寄存器	0x7F	前一次事务的数据，不是本次版本
紧接着请求 STATUS	0x0F	上一帧请求的版本数据
请求 XACTUAL	0x21	前一次事务的数据
紧接着请求 STATUS	0x0F	上一帧请求的 XACTUAL

其余四个 MOSI 字节为读取占位值。每帧同时返回的首字节是所选的 8 位 SPI 事件状态，不能把它当作 32 位 STATUS。两帧之间保持总线所有权，检查底层传输结果；失败时恢复 CS 高并结束该测试项。读取全零或全一需要结合波形、已知配置和供电判断，不能单靠这个模式认定芯片不存在。

3.3 版本与受控回读

手册 19.31 节给出只读版本寄存器 0x7F，低 16 位默认值为 0x0002；应保存完整 32 位原始响应并与实际料号/版本资料核对。官方 API 也定义 VERSION_NO=0x7F，其字段掩码与手册表述不同，不能据其中一个片段杜撰 0x4361 产品 ID。版本读数是通信证据之一，不能代替器件身份和全部功能验证。

原稿中的以下名称来自混用或缺失定义：

原说法	TMC4361A 中应核对的内容
GSTAT=0x01	0x01 为 REF_CONF；当前状态读 STATUS 0x0F
IFCNT=0x02，每访问一次递增	0x02 为 START_CONF，没有该接口计数测试
CHIPINFO_DATA 高 16 位得到 0x4361	不使用缺失定义；读取并记录版本寄存器 0x7F
VTARGET 控制速度	本页轨迹速度目标使用 VMAX，地址 0x24
RAMPMODE=0 为定位	0 为无斜坡速度模式；梯形速度/定位分别为 1/5
STEP_CONF bit0 使能输出	低四位编码微步设置，不是通用使能位

寄存器回读先选择有明确读写权限、位宽、复位值和副作用的项目。在驱动禁用、轨迹静止的受控配置阶段，可写入实际使用的 CLK_FREQ=8000000并通过双帧读回核对；必要时按测试计划恢复原配置并再次确认。该回读只验证这一个配置通路，不证明所有寄存器都正常。

不要向 GENERAL_CONF 写 0x12345678 或 0xFFFF 做“随机通信测试”，也不要把这些值写到 VMAX。前者会改变工作模式和引脚功能，后者可能产生运动目标。写后紧跟的回送也不等同于寄存器有效值，仍需发起真正的读请求。发生写超时时，芯片可能已经收到命令；停止推进流程、重新核对状态，不盲目重发。

4. 原九项测试应怎样产生结论

基础条件未满足时，下游项目标记为“阻塞”，不能继续跑完后只把总结果改为失败。下表保留原九项的目的，并补齐其证据边界。

测试项	需要的实际观察	合格判据与边界
硬件连接	原理图核对、断电连通/绝缘检查、实际信号	逐网络符合设计；HAL 状态 READY 仅表示软件句柄可用
供电	仪表/ADC 的真实读数、启动和负载波形	依据该板电源预算及器件规格；固定 3300 常量不参与判定
复位	NRST 波形、默认配置、复位事件及重新通信	符合已批准的板级时序；拉低后等待不能自动算通过
SPI	完整帧、模式、时钟、电平、成功/失败计数	结合物理波形和已知读数；不是仅看 HAL 返回值
芯片响应	原始版本字、料号记录、重复稳定读取	与版本资料匹配；不是虚构产品 ID，也不证明其他功能
寄存器访问	受控配置写入、独立读回、恢复及恢复回读	只覆盖所测地址和字段；失败恢复也记录，不静默忽略
基本运动	轨迹状态、STEP 计数、外部位置/速度观察	参数/期限符合计划，启动和停止均完成；VACTUAL 非零只证明内部轨迹在变化
STEP/DIR	高低时间、幅度、频率、方向建立时间与脉冲数	满足实际驱动器输入规格；延时 200 ms 后返回成功不构成测量
中断	已知事件、INTR 电平变化、MCU 捕获、清除过程	事件/屏蔽/清除策略一致；等待 100 ms 不构成触发证据

中断验证应选可控事件，记录 INTR_CONF 选择、EVENT_CLEAR_CONF 策略、事件产生条件及 MCU EXTI 计数。原例只配置输入上拉，没有展示完整 EXTI/NVIC、处理函数与捕获证据，不能声明“MCU 中断功能已完成”。默认读 EVENTS 会清除相应事件；寄存器转储也可能改变测试状态，应区分常规只读监控与显式消费事件。

5. 从空载轨迹到真实机械响应

通信、供电和复位通过后，先在驱动器禁用状态检查轨迹与 STEP/DIR 输出，再依板级方案进入低速、短行程的实际运动。测试计划预先给出行程边界、期限、故障动作和停止方法；这不是从本文复制一组参数就能得到的结论。

速度、加速度使用手册规定的不同定点单位，具体换算见控制指南。先设置静止目标和可核对的配置，再允许运动；定位使用 RAMPMODE=5 等明确模式，不能沿用原稿的模式 0。

$$N_{\mathrm{pulse/rev}}=\frac{360^\circ}{\theta}\,m, \qquad f_{\mathrm{STEP}}=\frac{n}{60}N_{\mathrm{pulse/rev}}.$$

例如 1.8° 电机、16 微步和 60 RPM 对应 3200 pulse/rev、3.2 kHz。用分析仪统计输出脉冲，再与编码器或独立测量的位置/速度对照；内部 XACTUAL/XTARGET 相等不能排除失步。验证加速、稳速、减速、反向和停止时，分别保留时间轴和误差，而非只读取某一时刻的 VACTUAL。

限位、急停、过压/过流和温度等项目先分配到具体控制器、驱动器和硬件回路，写出预期响应、输出状态和恢复条件。不能笼统声称一个 TMC 状态位覆盖所有保护。断电、失联、超时、退出菜单与复位都要有明确处理；程序停止打印不等于电机停止。

编码器选装时，记录供电/电平、A/B/N 接线、分辨率和比例，手动转动核对方向与计数，再测闭环误差。未安装编码器可按批准范围记“不适用”，不能据此把闭环精度项目判为通过。

6. 测试软件与诊断菜单

原文件分工仍然有用：

模块	应负责什么
TMC 驱动	一帧传输、事务独占、双帧读、返回值与寄存器边界
测试配置	板型、引脚、版本、判据、测试期限及允许执行的项目
测试执行器	检查前置条件、调用观测接口、判定、保存证据、处理失败
主程序	时钟/外设、人员操作、状态机与已验证的停止路径
报告与日志	记录实际结果、耗时和原始证据链接，不合成成功读数

USART1 仍可使用 115200、8N1。菜单 1/2 分别触发已定义的基础/完整计划，3–7 执行连接、通信、版本、回读和运动单项，8 做受限状态快照，9 查看当前结果，R 请求受控复位，M 显示菜单，Q 结束计划。每个动作仍需检查当前阶段；Q/R 不能绕过运动停止与重新初始化。

自动、快速、自定义、连续模式使用同一套用例定义，只改变选择和重复次数。连续测试记录运行次数、时长、首次失败、错误计数及原始证据；不能每轮清零全局状态后只显示最后一次成功。

原示例软件需要同时修正这些问题：

• 每轮初始化报告及状态快照，避免上轮的 chip_detected=true 留在本轮失败后。
• 区分通过、失败、执行错误、阻塞、未测试和不适用；无测量不能默认为通过。
• 所有通信和等待有明确期限；HAL 超时依赖可运行的时基。原 __disable_irq() 后调用 HAL_Delay() 的错误循环可能永远不再闪灯。
• 不重写工程已经提供的 SysTick/中断入口，不把零散头文件当成已链接完整固件。
• UART 日志使用有界输出并检查结果；HAL_MAX_DELAY 可能阻塞测试和故障处理。
• 记录失败的恢复动作、报告容量不足与日志截断；不能超过 20 项就静默丢失记录。
• 无已执行项目时不要计算 passed/total；不把阻塞和不适用都算作普通失败或从完成度中悄悄消失。

7. 报告必须保留“未测试”

下面是 Python 3.11 的离线报告示例。它演示测量判据与执行状态的分离，不会访问硬件，也不会证明板卡合格。数值上下限只能由批准的测试要求提供；单项范围判断仍不包含仪表不确定度和测量方法是否正确的审核。

from collections import Counter
from dataclasses import dataclass
from enum import Enum
from math import isfinite


class Status(str, Enum):
    PASS = "PASS"
    FAIL = "FAIL"
    ERROR = "ERROR"
    BLOCKED = "BLOCKED"
    NOT_RUN = "NOT_RUN"
    NOT_APPLICABLE = "NOT_APPLICABLE"


@dataclass(frozen=True)
class Result:
    name: str
    status: Status
    evidence: str


def range_result(name, value, lower, upper, unit, required_unit, evidence):
    def finite_number(number):
        return type(number) is int or (type(number) is float and isfinite(number))

    if not all(finite_number(x) for x in (lower, upper)) or lower > upper:
        return Result(name, Status.ERROR, "Invalid configured limits")
    if not required_unit or unit != required_unit:
        return Result(name, Status.ERROR, "Unit mismatch")
    if value is None:
        return Result(name, Status.NOT_RUN, "No observation")
    if not finite_number(value) or not evidence.strip():
        return Result(name, Status.ERROR, "Invalid observation or missing evidence")
    status = Status.PASS if lower <= value <= upper else Status.FAIL
    return Result(name, status, evidence)


def summarize(results):
    if len({row.name for row in results}) != len(results):
        raise ValueError("Duplicate test name")
    if any(not row.name or not isinstance(row.status, Status) for row in results):
        raise ValueError("Invalid result")
    if any(row.status != Status.NOT_RUN and not row.evidence.strip() for row in results):
        raise ValueError("An executed/blocked/excluded item requires evidence or reason")
    counts = Counter(row.status for row in results)
    applicable = len(results) - counts[Status.NOT_APPLICABLE]
    if applicable == 0:
        overall = "NO_APPLICABLE_TESTS"
    elif counts[Status.FAIL] or counts[Status.ERROR]:
        overall = "NOT_ACCEPTED"
    elif counts[Status.BLOCKED] or counts[Status.NOT_RUN]:
        overall = "INCOMPLETE"
    else:
        overall = "PASS"
    return overall, {status.value: counts[status] for status in Status}


if __name__ == "__main__":
    # Synthetic limits and observation exercise software; not a hardware specification.
    rows = [
        range_result("frame time", 35.6, 35.0, 36.0, "us", "us", "synthetic example"),
        Result("supply", Status.NOT_RUN, "No instrument reading"),
        Result("motion", Status.BLOCKED, "Supply test has not passed"),
    ]
    overall, counts = summarize(rows)
    assert overall == "INCOMPLETE"
    assert counts["PASS"] == 1 and counts["NOT_RUN"] == 1 and counts["BLOCKED"] == 1
    print(overall, counts)

演示中只有一个合成的逻辑分析仪读数，供电与运动仍未测试，因此整体必须是 INCOMPLETE。即便所有软件断言通过，也只是说明报告程序按所列规则工作。

实际记录至少包含：

字段	应填写的内容
样品与版本	序列号、硬件修订、器件/驱动器型号、固件提交与构建配置
条件	电源、负载、温度、设备连接及测试前状态
仪器	编号、校准状态、量程、带宽/采样率/探头配置
用例与要求	唯一用例编号、要求编号、单位、判据及适用范围
观察	实测值、波形/日志文件、时间戳、操作者；未测留空并说明原因
结果	PASS/FAIL/ERROR/BLOCKED/NOT_RUN/NOT_APPLICABLE，不使用预填勾选
异常与复测	问题编号、处置、修改版本、新证据以及复测结论

原演示里的“9/9、1247 ms、100%”不得直接复制到真实报告。测试计划、演示输出、离线代码检查和实际硬件验收是四种不同记录。

8. 根据证据排查

现象	优先检查	不能直接下的结论
读数全 0 / 全 1	供电、CLK_EXT、复位、电平、CS 帧长、双帧顺序、MISO	仅凭一个数值判芯片损坏
写入/回读不同	权限、字段宽度、写回送与真正读回、复位或并发事务	所有地址都应原样保存任意 32 位值
内部位置变而电机不动	STEP/DIR、电平/脉宽、驱动使能与报警、电机/机械连接	内部计数能证明机械到位
INTR 有变化而 MCU 无捕获	引脚分配、EXTI/NVIC、极性、清除策略与处理耗时	TMC 事件位变化自动证明 MCU 中断正确
日志或菜单卡住	HAL 时基、串口阻塞、总线等待、错误处理与锁	卡住期间控制器一定停止运动
负载/温度变化后异常	条件与波形对比、电源预算、驱动/机械限制、通信错误计数	常温空载通过能覆盖全部环境

资料依据：原始测试记录、TMC4361A V1.26 数据手册、固定版本的官方寄存器定义、STM32F103RE 产品资料。这里只核对与本测试方案相关的章节，不代表完整硬件认证或整本手册审查。