“ โอเวอร์คล็อก” AVR

ในเอกสารข้อมูลของ AVR ภายใต้หัวข้อลักษณะไฟฟ้าคุณจะพบกราฟเช่นนี้ (อันนี้มาจาก ATMega328):

ฉันเคยเห็นการออกแบบที่ดูเหมือนจะ "ทำงาน" แต่ทำงานนอกซองสีเทา โดยเฉพาะฉันได้เห็นการออกแบบ 3.3V (Arduino) ที่รันนาฬิกาจากคริสตัล 16MHz ภายนอก เห็นได้ชัดว่านี่เป็นข้อมูลจำเพาะ อะไรคือผลกระทบเชิงลบที่เกิดขึ้นจริงจากการทำงานนอกซองจดหมายนี้?

วิธีทำให้ชีวิตน่าสนใจยิ่งขึ้น 101:

• ถ้าคุณไม่สนใจ

  บางครั้งผลลัพธ์ของคุณอาจผิดไปบางครั้ง
  ระบบของคุณอาจล้มเหลวเพื่อ
  ให้ชีวิตของคุณน่าสนใจยิ่งขึ้น
  ซึ่ง Segway ของคุณจะทำการโคลนหน้าพืชเป็นครั้งคราวโดยไม่มีเหตุผลชัดเจน
  ...

  จากนั้นทั้งหมดเรียกใช้ส่วนนอกข้อกำหนดของผู้ผลิต

คุณได้สิ่งที่คุณไม่ต้องจ่าย
หากคุณมีหัว $ 10 ซื้อหมวกกันน็อก $ 10

มันอาจทำงานได้บ่อย
มันอาจไม่ทำงานในบางครั้ง
อาจไม่ชัดเจนว่าบางครั้งมันไม่ทำงาน

• การหารอาจใช้งานได้
• โดยปกติการกระโดดอาจมาถึง
• ตารางอาจถูกค้นหาอย่างถูกต้อง

• ค่า ADC อาจถูกต้อง

  หรือไม่

  

ที่ความเร็วประเภทเหล่านี้โปรเซสเซอร์ส่วนใหญ่ทำงานโดยการคำนวณสัญญาณทั้งหมดที่จะต้องใช้ในรอบสัญญาณนาฬิกาหนึ่งรอขอบนาฬิกาถัดไปในขณะที่พวกเขามีเสถียรภาพล็อคสัญญาณเหล่านั้นทั้งหมดและคำนวณสัญญาณที่จำเป็นในรอบนาฬิกาถัดไป ให้รอที่ขอบนั้นในขณะที่สัญญาณเหล่านั้นเสถียร ฯลฯ หากขอบสัญญาณนาฬิกามาถึงก่อนที่สัญญาณที่จำเป็นจะมีความเสถียรผลที่ได้คือว่าสัญญาณใดที่ไม่เสถียรจะไม่ถูกสลักอย่างสะอาด หากสิ่งนี้เกิดขึ้นในไมโครคอนโทรลเลอร์ผลกระทบอาจไม่แน่นอน - ด้วยเหตุผลอย่างน้อยสองประการ:

1. ในหลายกรณีความเร็วในการประมวลผลจะถูก จำกัด ด้วยเวลาตอบสนองของแฟลชอาเรย์ที่โปรเซสเซอร์อ่านโค้ด หากการรันตัวประมวลผลเร็วเกินไปทำให้บิตผิดพลาดเป็นครั้งคราวที่นี่หรือที่นั่นอาจทำให้โปรเซสเซอร์ประมวลผลโค้ดที่แตกต่างไปจากที่ตั้งใจไว้ได้อย่างง่ายดาย ในหลาย ๆ โปรแกรมแม้แต่การอ่านผิดครั้งเดียวเพียงครั้งเดียวก็สามารถเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมได้อย่างรุนแรง มันไม่ค่อยมีประโยชน์ที่จะพยายามคาดการณ์เกี่ยวกับสิ่งที่อาจเกิดขึ้นในกรณีเช่นนี้ สิ่งที่ดีที่สุดที่สามารถทำได้ในบางกรณีก็คือ "ชุดเกราะ" บางส่วนของโปรแกรม ตัวอย่างเช่นอาจมีการป้องกัน EEPROM ไว้จนกว่าจะต้องการเขียนจากนั้นใช้โค้ดดังนี้:

   uint32_t eep_checksum, eep_addr, eep_data;
   
   #define EEPROM_WRITE (ที่อยู่ข้อมูลภาคแสดง) \
     eep_checksum = 0xC0DEFACE, eep_addr = (ที่อยู่), eep_data = (ข้อมูล), \ 
     eep_checksum + = eep_addr + eep_data, ((แสดง) || HARD_CRASH ()), \
     eep_checksum + = (0xCAFEBABE - C0DEFACE), eep_do_write ()
   
   เป็นโมฆะ eep_do_write (เป็นโมฆะ)
   {
     ENABLE_EEPROM_WRITE_HARDWARE ();
     if (eep_checksum! = eep_addr + eep_data + 0xCAFEBABE)
     {
       DISABLE_EEPROM_WRITE_HARDWARE ();
       HARD_CRASH ();
     }
     DO_EEPROM_WRITE ();
     DISABLE_EEPROM_WRITE_HARDWARE ();
   }  
   

   ไม่น่าเป็นไปได้มากที่รูทีน eeprom_write จะพยายามเขียนข้อมูลเว้นแต่ว่า "eep_checksum = 0xC0DEFACE" จะถูกดำเนินการก่อนที่จะโหลดที่อยู่และข้อมูล หลังจากการดำเนินการของภาคแสดงจะถูกตรวจสอบความถูกต้องก่อนที่จะปรับการตรวจสอบค่าที่เหมาะสมและเรียกรูทีน eeprom_store
2. นอกจากความเสี่ยงที่ชัดเจนที่เกิดจากการเรียกใช้รหัสที่ไม่ถูกต้องแล้วแหล่งที่มาของพฤติกรรมแบบสุ่มที่อาจเกิดขึ้นก็คือการแพร่กระจายของข้อมูล โดยทั่วไปในทุกรอบฟล็อปฟล็อปจะสลักทั้งสูงหรือต่ำ อย่างไรก็ตามหากการป้อนข้อมูลไปยังฟล็อปฟล็อปเปลี่ยนแปลงไปเมื่อนาฬิกามาถึงอาจเป็นช่วงเวลาที่สัญญาณเอาท์พุตที่แปลก ๆ ซึ่งอาจพลิกระหว่างสูงและต่ำในรูปแบบใดก็ได้จนกระทั่งรอบนาฬิกาถัดไป เป็นไปได้โดยสิ้นเชิงว่าอุปกรณ์บางอย่างที่อยู่ท้ายน้ำจากฟลิปฟล็อปจะเห็นว่า "สูง" ในขณะที่อุปกรณ์อื่น ๆ มองว่า "ต่ำ" โดยทั่วไปโปรเซสเซอร์ใช้อุปกรณ์หลายเครื่องที่เห็นด้วยกับสิ่งที่พวกเขากำลังจะทำ หากในระหว่างการดำเนินการตามคำสั่ง "การลดลงและสาขาหากไม่เท่ากัน" และวงจรบางอย่างคิดว่าควรดำเนินการสาขา แต่ผู้อื่นไม่

ผู้ผลิตระบุพารามิเตอร์ปฏิบัติการสำหรับตัวประมวลผลซึ่งภายในพารามิเตอร์เหล่านั้นตัวประมวลผลจะทำงานแบบธรรมดา การผลักสิ่งต่าง ๆ ข้างนอกซองจดหมายอาจทำให้โปรเซสเซอร์มีความน่าเชื่อถือเพียง 99.9999999 เท่านั้น นั่นอาจฟังดูไม่เลวร้ายนัก แต่การพยายามวิเคราะห์โปรเซสเซอร์ที่ทำสิ่งผิดพลาดโดยพลการครั้งละหนึ่งนาที (การหา 16MHz) นั้นไม่สนุก

คำตอบที่ง่ายสำหรับคำถามของคุณ:

การทำงานนอก "พื้นที่ปลอดภัยความเร็ว" อาจทำให้ระบบของคุณไม่เสถียร มันหมายความว่าอะไร? ผลการคำนวณผิดพลาดไมโครคอนโทรลเลอร์รีเซ็ตเป็นต้น

หากคุณต้องการทำเพื่อความสนุกคุณควรดูที่หน้า / บทความเหล่านี้:

โอเวอร์คล็อก Arduino พร้อมระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว 20⇒65.3Mhzที่ -196 ° C / -320 ° F

ATmega328 โอเวอร์คล็อก (30MHz)

ข้อพิจารณาหนึ่งยังไม่ได้กล่าวถึงซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้งานที่ความถี่ที่ถูกต้องในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ถูกต้อง (16MHz ที่ 3.3V) แต่การทำงานที่ความถี่ไม่ถูกต้องที่ช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง (24MHz ที่ 5V) คือการกระจายความร้อน

ทุกครั้งที่ประตูในชิปเปิดหรือปิดจะกระจายความร้อน เกตที่ประกอบขึ้นจาก MOSFET ทำหน้าที่เหมือนตัวต้านทานผันแปรในช่วงเวลาระหว่างเปิดและปิดหรือปิดและเปิด ตัวต้านทานนั้นแน่นอนกระจายความร้อน ยิ่งมีการสลับบ่อยครั้งยิ่งใช้เวลาน้อยลงระหว่างการสลับเพื่อให้ความร้อนกระจายออกจากชิปและคุณเสี่ยงต่อการเกิดความร้อน

ยิ่งคุณวิ่งเร็วเท่าไหร่ความร้อนก็ยิ่งเพิ่มมากขึ้นเท่านั้น นั่นเป็นสาเหตุที่พีซีซีพียูมีแฟนตัวยงพวกเขา - พวกมันสลับเร็วมากพวกเขาไม่สามารถเอาความร้อนออกมาจากชิปเร็วพอดังนั้นพวกเขาจึงต้องการความช่วยเหลือ

ความเร็วสูงสุดของชิปถูกเลือกเพื่ออนุญาตให้ชิปกระจายความร้อนได้อย่างน่าเชื่อถือภายใต้เงื่อนไขการใช้งานที่ถูกต้อง (เช่นอุณหภูมิแวดล้อมปกติสูงสุด 85 ° C หรือ 105 ° C เป็นต้น) การใช้ความถี่เกินกว่านั้นอาจทำให้ชิปร้อนเกินไป

ใช่เป็นไปได้ที่จะเรียกใช้ชิปเร็วกว่าที่ตั้งใจหากคุณให้ความช่วยเหลือบางประการ - เช่นฮีตซิงก์และพัดลมอาจแน่ใจได้ว่ามีการไหลเวียนของอากาศที่ดีรอบ ๆ แต่แน่นอนว่าในวันที่อากาศอบอุ่นในฤดูร้อนคุณอาจพบว่าอุปกรณ์ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบทุกฤดูหนาวก็เริ่มทำสิ่งแปลก ๆ

อีกสิ่งที่ควรพิจารณาคืออัตราการฆ่า สัญญาณนาฬิกา (และสัญญาณอื่น ๆ ด้วย) ใช้เวลาเพิ่มขึ้นหรือลดลงถึงระดับที่ต้องการ ถ้า internals ของชิปหมายถึงสัญญาณนาฬิกาจะบอกว่า 15ns เพิ่มขึ้นจาก LOW เป็น HIGH และคุณลองและนาฬิกาด้วยความถี่ที่มีระยะเวลา HIGH บอกว่า 42ns (24MHz) ที่เหลือเพียง 27ns ของนาฬิกาที่ถูกต้อง เหลือระยะเวลา นั่นเป็นเพียง 64% ของนาฬิกาจริง ๆ แล้วเป็นสัญญาณนาฬิกาส่วนที่เหลือเป็นขยะ เช่นเดียวกันสำหรับ IO pins สิ่งต่าง ๆ เช่นสัญญาณนาฬิกา SPI จะถูก จำกัด โดยอัตราการฆ่าของพิน IO ดังนั้นหากคุณโอเวอร์คล็อกชิพของคุณเพื่อรับ SPI ที่เร็วขึ้นคุณจะพบสิ่งต่าง ๆ ไม่ได้เป็นไปตามแผนที่วางไว้เนื่องจากคลื่นสี่เหลี่ยมที่สวยงามที่คุณคาดหวังจากสัญญาณนาฬิกา ไม่ได้เป็นรูปสี่เหลี่ยมอีกต่อไป

อุปกรณ์อาจไม่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้า / อุณหภูมิรวมกัน