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嵌入式計(jì)算系統(tǒng)調(diào)測(cè)方法與技術(shù)綜述
摘要：敘述嵌入式計(jì)算系統(tǒng)在開發(fā)階段、生產(chǎn)環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境三種情況下的調(diào)測(cè)技術(shù)和方法，以及如何在硬件和軟件設(shè)計(jì)中進(jìn)行可觀測(cè)性和可測(cè)試性設(shè)計(jì)。引言
對(duì)于含有微處理器的裝置來說，調(diào)測(cè)總是軟件和硬件結(jié)合的。在產(chǎn)品開發(fā)的階段以排錯(cuò)為主，在產(chǎn)品開發(fā)后期以及生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行階段，則是以測(cè)試為主。不同的階段，調(diào)測(cè)的內(nèi)容、手段和使用的工具不盡相同。
測(cè)試接口并不是系統(tǒng)功能的一部分，測(cè)試接口設(shè)計(jì)本身也需要成本。對(duì)于小型簡(jiǎn)單系統(tǒng)來說，沒有必要也不允許（成本考慮）設(shè)計(jì)測(cè)試接口；對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)來說，設(shè)計(jì)測(cè)試接口的花費(fèi)是值得的。良好的測(cè)試接口設(shè)計(jì)可經(jīng)縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，給產(chǎn)品維護(hù)、維修帶來便利。
對(duì)于嵌入式計(jì)算系統(tǒng)來說，測(cè)試往往是軟件和硬件相結(jié)合的，既有借助于“正確”的軟件來測(cè)試硬件，也有借助于“正確”的硬件來測(cè)試軟件。由于軟件設(shè)計(jì)人員和硬件設(shè)計(jì)人員的技術(shù)隔膜，二者常常在出現(xiàn)問題后相互指責(zé)，難以界定是軟件還是硬件問題。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)人員來說，必須對(duì)硬件有足夠的了解。這一點(diǎn)，和通用計(jì)算平臺(tái)上的軟件設(shè)計(jì)是不同的；反之，硬件人員也必須能夠編寫一些測(cè)試軟件，以證明其設(shè)計(jì)的正確性。
1 開發(fā)階段的調(diào)制方法
1.1 RAM版本的目標(biāo)系統(tǒng)調(diào)試
通過ICE（In-Circuit-Emulate）來調(diào)試目標(biāo)板是開發(fā)人員最常用的手段。在產(chǎn)品開發(fā)初期，由于各種軟件和硬件問題很多，通過仿真器并結(jié)合邏輯分析儀、示波器等硬件信號(hào)測(cè)試工具能夠很好地發(fā)現(xiàn)問題。
在仿真器環(huán)境下，通過仿真器的監(jiān)控軟件來控制用戶軟件的運(yùn)行，使用斷點(diǎn)、單步跟蹤和查看變量、CPU寄存器、存儲(chǔ)器的數(shù)值等手段來查找問題。由于仿真器的軟件和硬件需要一定的CPU資源，用戶軟件在仿真器環(huán)境下運(yùn)行和脫離仿真器后獨(dú)立運(yùn)行是有區(qū)別的。好的仿真器能夠盡量減小這種區(qū)別。常見的仿真器從技術(shù)上區(qū)分有：?jiǎn)蜟PU仿真器、雙CPU仿真器和ROM仿真器。
在仿真器環(huán)境下，程序一般是在仿真器的RAM存儲(chǔ)器中運(yùn)行的，所以這種階段也稱為“RAM版本的目標(biāo)系統(tǒng)調(diào)試”。
1.2 ROM版本的目標(biāo)系統(tǒng)調(diào)試
在仿真器環(huán)境下，目標(biāo)板運(yùn)行調(diào)試正確后，
一般的做法是將應(yīng)用程序?qū)懭肽繕?biāo)板的非易失性存儲(chǔ)器中，讓目標(biāo)板單獨(dú)運(yùn)行。在很多情況下，目標(biāo)板系統(tǒng)往往不能運(yùn)行或者運(yùn)行結(jié)果和仿真器環(huán)境下不一致。而沒有連接仿真器，無法觀察各種軟件狀態(tài)，給分析問題造成一定困難。在目標(biāo)板上設(shè)計(jì)指示電路有助于發(fā)現(xiàn)問題；在電路板上增加1個(gè)LED是最簡(jiǎn)單也是很有效的方法。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)1個(gè)數(shù)碼管顯示輸出接口，或者設(shè)計(jì)1個(gè)調(diào)試用串口，將調(diào)試信息發(fā)送到PC機(jī)上顯示。
在使用PC機(jī)作為顯示輸出設(shè)備時(shí)，一般的做法是使用Winodws自帶的超級(jí)終端軟件，無需另外編制程序。和前二種方法相比，該方法的接口信號(hào)是雙向的，調(diào)試者可以通過PC機(jī)輸入信息到目標(biāo)板中，設(shè)定顯示信息的類別。這一點(diǎn)，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)試是很有價(jià)值的，CISCO公司的很多路由器產(chǎn)品就使用這種方法來維護(hù)和調(diào)試。
2 生產(chǎn)階段的測(cè)試方法
生產(chǎn)階段的測(cè)試只是對(duì)硬件電路或者系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試目的是為了對(duì)產(chǎn)品或者部件進(jìn)行分檢，找出有缺陷的產(chǎn)品。測(cè)試內(nèi)容包括：
*裸板測(cè)試——檢查未安裝元器件的電路板上的開路和短路缺陷；
*成品生產(chǎn)缺陷分析——檢查已安裝元器件的電路板上焊點(diǎn)的短路和開路缺陷；
*成品電氣性能測(cè)試——認(rèn)證每個(gè)單元器件的上電運(yùn)作；
*產(chǎn)品功能測(cè)試——認(rèn)證電路模塊的功能。
生產(chǎn)測(cè)試和開發(fā)階段的硬件測(cè)試不同，需要測(cè)試方法快速、能成批測(cè)試，易于在制造生產(chǎn)線上安裝。在生產(chǎn)的不同階段使用的測(cè)試工具和技術(shù)也不相同。目前常用的測(cè)試工具和技術(shù)有：人工視覺檢查（MVI）、在線測(cè)試（ICT）、自動(dòng)光學(xué)測(cè)試（AOI）、自動(dòng)X射線測(cè)試（AXI）。其中人工視覺測(cè)試（MVI）只能用于小批量試制產(chǎn)品。
在線測(cè)試（ICT）是最常用的一種線路板測(cè)試方法：使用專門的針床與已焊接好的線路板上的元器件接觸，通過針床在線路板上施加微小電壓來測(cè)試線路通斷、元件是否正確安裝。由于需要為特定電路板設(shè)計(jì)專用夾具，適合于單一品種民用型家電線路板極大規(guī)模生產(chǎn)的測(cè)試；缺點(diǎn)是在高密度的SMT線路板測(cè)試?yán)щy。目前的替代解決辦法是使用光學(xué)方法測(cè)試（如AOI，AXI），或者使用邊界掃描技術(shù)（即基于IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)的JTAG測(cè)試接口）測(cè)試。后者需要IC或者線路板支持此技術(shù)。
功能測(cè)試是生產(chǎn)過程的最后階段使用，測(cè)試線路板或者系統(tǒng)的功能指標(biāo)，一般的功能測(cè)試需要設(shè)計(jì)專用測(cè)試設(shè)備和測(cè)試軟件。
3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分為三種情況：一種是在線測(cè)試，測(cè)試設(shè)備不停止運(yùn)行；一種是停機(jī)測(cè)試，被測(cè)試設(shè)備停止運(yùn)行；第三種為脫機(jī)測(cè)試，將被測(cè)部件從運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)取出，放到專用的測(cè)試裝備上進(jìn)行測(cè)試。從測(cè)試技術(shù)角度上說，后二者更容易進(jìn)行各種測(cè)試；對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)來說，往往故障和問題需要在設(shè)備運(yùn)行時(shí)才能發(fā)現(xiàn)和定位，必須進(jìn)行在線測(cè)試。究竟采取哪種方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，取決于故障狀況和實(shí)際應(yīng)用是否允許立即停機(jī)。
開發(fā)階段產(chǎn)品和成熟產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求也不同：前者測(cè)試目的主要是發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問題，由產(chǎn)品開發(fā)人員進(jìn)行；后者側(cè)重于發(fā)現(xiàn)使用中的問題和失效的部件，目的是更換部件，由產(chǎn)品使用人員進(jìn)行。（但測(cè)試方法和步驟也有可能是設(shè)計(jì)人員制定的。）
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和試驗(yàn)室測(cè)試的最大區(qū)別就是測(cè)試設(shè)備難以安裝和連接：線路板封閉在機(jī)箱中，測(cè)試信號(hào)線很難引入，即使設(shè)備外殼上留有測(cè)試插座，測(cè)試信號(hào)線也需要很長，傳統(tǒng)的在線仿真器在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中無法使用。另一方面，現(xiàn)場(chǎng)往往沒有實(shí)驗(yàn)室里的各種測(cè)試儀器和設(shè)備，因此，必須有更好的方法和手段來完成測(cè)試。
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