“小刘,老夏,我们三个结成一组。”王磊向另外两名学员发出指令。
小刘移动过去。
“引脚配置寄存器地址为0x40021000。”小刘用手指在纸面滑动。
“红灯连接在端口B的第五个引脚,需要优先将这个引脚配置为推挽输出模式。”
三人开始在键盘上敲击。
缺失代码高亮显示功能,缺失自动补全功能。
每一个字母和数字必须通过手动键入,绝不能带有一个标点符号的误差。
“编写循环,系统时钟100MHz,需要构建5个周期的延迟。”
老夏作为一名具备嵌入式开发背景的工程师,提出建议。
小刘盯着屏幕:
“调用NOP指令,一个NOP空操作占用一个时钟周期,连续键入五个NOP,即可实现50纳秒的延迟。”
“循环体本身的跳转指令同样消耗时钟周期。”王磊立即指出。
“在ARM架构或者标准的RISC架构下,跳转指令至少消耗两个周期。
这占用20纳秒,只能写入三个NOP。”
三人结束商讨。
汇编代码编译为机器码,通过串口线下载到桌面的绿色电路板存储器中。
小刘移动示波器的探头,挂载在红灯的引脚上。
另一根接地探头完成连接。
“启动运行。”王磊按下电路板上的物理复位键。
红灯点亮。
并未出现预期的频闪,而是直接保持常亮状态。
肉眼由于视觉暂留效应,无法分辨纳秒级别的信号切换。
小刘立刻转头查看示波器的显示屏。
他调节示波器的时基旋钮,将时间轴拉伸至微秒级区间。
屏幕上生成一条绿色的轨迹。
那不是规则对称的方波。
第一段高电平维持了大约80纳秒,随后电平出现半程跌落,转变为无规则的锯齿状波动,维持了120纳秒。
随后又毫无规律地攀升至高电平。
整个波形错乱交叠,完全不符合50纳秒高电平、50纳秒低电平的时序设定。
小刘检查探头的接地夹,未发现松动。
“出现这种波形的原因是什么?”王磊紧盯屏幕,额头渗出汗水。
“计算的时钟周期符合逻辑规范,跳转指令消耗2个周期,NOP指令消耗3个周期,合计5个周期,高低电平翻转占据1个周期。”
倪光楠靠近工作台,他查看示波器上的波形读数。
“连门都没摸到。”倪光楠给出客观的评价。
另外几组学员的测试结果接连呈现。
情况高度一致。
没有一组能够输出稳定且精准的时序波形,红灯处于常暗状态,或是波形处于严重的时序扭曲中。
实验室里的气氛略显焦灼。
“这不合理。”王磊松开控制鼠标的手指,他向后退了一步,呼吸频率加快。
他转头正对倪光楠。
“倪总工,我从事控制系统开发十几年,计算的机器周期完全契合汇编指令的执行耗时。
但这块硅片输出的物理结果存在根本性的偏差。”
王磊自信的说道。
“即便绕过操作系统,芯片内部总线附带的杂散电容、引脚连带的寄生电感,这些模拟特性在纳秒级别的开关动作下,必然产生巨大的电磁干扰。
信号上升沿和下降沿根本无法实现绝对的垂直过渡。”
他手指指向示波器上带有倾角的信号边缘。
“这是硅基半导体材料物理极限引发的延迟和形变。
西门子的顶级工程师,也无法利用普通的I/O引脚在10微秒内完成一百次精确至50纳秒的极速切换。
这必须依靠极其昂贵的专用高速时钟发生器芯片和差分信号驱动器。”
王磊情绪产生波动。
连续在极其紧绷的状态下承受底层的技术挫败,对这些在地方享有专家声誉的技术人员形成明显的心理冲击。
“现有的硬件配置,要求我们去完成一个物理层面上不具备实现条件的任务。”
小刘伸手拉动王磊的胳膊,示意他控制情绪。
但小刘的思维逻辑里,同样对王磊的表述存在认同感。
微观领域的电磁干扰具有不可抗逆的物理规律。
倪光楠保持沉默,听完王磊的陈述。
倪光楠走向王磊的操作台。
他伸手拔除连接在引脚上的鳄鱼夹导线,该鳄鱼夹带有一段十几厘米的金属线缆。
接着倪光楠从旁边的工具盒内,抽取一根长度极短的同轴电缆。
他直接将同轴电缆的接头利用电烙铁焊死在电路板的通信焊盘上。
另一端直接连接发光二极管的管脚。
倪光楠在键盘上修改三人编写的汇编代码。
他删除那三条NOP空操作指令。
键入数条直接控制片上PLL(锁相环)内部乘法器的寄存器写入指令。
点击编译,下载。
重新按下复位键。
示波器屏幕上的波形画面瞬间重置。
一条规则极高、边沿陡峭的方波占据屏幕中央。
高电平部分维持平直状态,精确覆盖时间网格的五分之一格量程。
随后迅速拉低,低电平区间同样极其规整。
无杂乱脉冲。
无锯齿波动。
王磊站立在原地,目光停滞。
小刘睁大双眼,紧盯示波器屏幕的刻度线。
“西门子做不到。”
倪光楠指着屏幕上稳定运行的波形数据。
“不代表物理学不允许。”
倪光楠拿起放置在桌面的鳄鱼夹导线。
“在纳秒级的高频通信领域,任何一根缺失屏蔽层的普通导线,等同于一根发射和接收电磁波的天线阵列。
它附带的寄生电感会导致信号链路产生严重的振铃效应。
这是你们观察到锯齿波形的核心物理原因。
我替换了带有屏蔽结构的同轴线,并进行极端的物理距离缩减。”
他调出刚才修改的汇编代码段。
“另外,你们仅计算了CPU的指令消耗周期。
但是你们遗漏了芯片内部指令流水线存在的取指、译码、执行物理动作。
在发生循环跳转时,流水线将被强制清空,这会引入额外的硬件等待时间。
我通过直接配置底层锁相环,拉高这段总线的局部运行频率,利用时钟倍频技术强行补偿了流水线清空的耗时损失。”
倪光楠合上黑皮笔记本的封面。
“各位并非输给物理极限,而是受限于大脑里的经验主义。”
“你们习惯使用西门子规划的硬件接口规范,习惯忽略信号完整性分析。
一旦失去那层操作系统的保护壳,就对底层的微观物理特性缺乏基础认知。”
王磊的脸色失去血色。
他查看着那个完美贴合时间轴的波形,所有准备反驳的话又憋回了肚子里。
这不仅是一次代码编写任务的受挫,这是底层工程思维全面落后的具体呈现。
倪光楠环视这11个人。
“你们认定任务不具备合理性,惯用西门子作为技术上限的衡量标杆。
只要西门子没有发布过此类方案,只要国外技术手册上没有记载,就断定这属于不可能事件。”
倪光楠较为严肃的说道。
“启航的既定目标,不是尾随他们的技术路线,而是要建立新的标准,制定新的底层规则。”
“西门子存在的技术盲区,启航要实现突破。”
“这是就是当初韩总成立启航的意义,这也是构建工业自主知识体系的必然前置条件。”
调度室的隔音玻璃隔绝了技术争论的声音。
韩栋查看着监控屏幕。
王磊低下头部,小刘重新伸出双手置于键盘上方。
破除旧有框架的过程必然伴随思维的阵痛期。
这批人必须粉碎旧的技术理念,才能生长出适应新时代的底层逻辑能力。
当这个年代,通用操作系统的核心架构掌握在国外巨头手中。
但在工业实时控制领域,尚未形成绝对的垄断壁垒。
谁掌握底层实时操作系统的开发能力,谁就能把控下一代高精度工业母机的命脉。
这要求参与研发的技术人员必须具备跨学科的知识储备。
解析机械结构的受力状态,计算电子元件的硬件布线干扰,同时精通软件底层的编译原理。
韩栋拉开办公桌抽屉,抽取一份印有“玄武架构”字样的内部文件。
这是启航信息制定的工业实时通信总线协议草案。
要求系统在微秒级时间窗口内,完成多轴伺服电机的数据强同步交换。
这11名控制组学员,最终将投入到这个底层协议的开发工作中。
红灯闪烁实验仅仅是时序认知的起点。
真正的挑战,在于如何指令五个重量达到数百公斤的机械联动轴,在高速切削运动中保持10微秒级的协同轨迹控制。
韩栋按下按键,通信频道接入C区算法组陆佳杰的实验室。
三条战线全面推进。
韩栋站起身,走到玻璃窗前。
他要确保这三十五个人,在三个月的训练周期结束后完成属性的蜕变。
他们将化身为撕裂西方技术壁垒防线的工程突击队。
当他们返回各省市的二级供应商厂区,他们将不再翻阅外文操作手册进行照本宣科的作业。
因为他们自身,即为制定新标准和编写新手册的架构师。
B区控制实验室内。
小刘拆除那根用于演示的同轴电缆,他重新拿起测试用的鳄鱼夹导线。
“王工。”小刘呼叫旁边的王磊。
“我们先通过降频操作,解决流水线周期的代码时序补偿问题,随后逐步向纳秒级时序进行参数逼近。”
王磊调整呼吸频率,用手背擦拭额头,他重新握紧连接在控制终端的鼠标。
“老夏,检索这块FPGA芯片内部PLL控制寄存器的全量位定义数据表。”
王磊的眼神过滤了之前的慌乱感,注入对底层逻辑的深度探究欲。
冷光灯的照明下,这群被剥除软件温室工具的工程师,开始在最原始的硅基硬件上,重新搭建不依赖外部封装的逻辑指令。
示波器的屏幕上,绿色的光点再次产生横向位移。
没有任何人对任务指标提出异议。
十微秒时序的背后,一个不设上限的工业开发环境正在成型。