嵌入式计算系统调测方法与技术综述

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摘要：叙述嵌入式计算系统在开发阶段、生产环境和现场环境三种情况下的调测技术和方法，以及如何在硬件和软件设计中进行可观测性和可测试性设计。

    关键词：在线测试 可观测性 可测试性 BDM JTAG

引言

对于含有微处理器的装置来说，调测总是软件和硬件结合的。在产品开发的阶段以排错为主，在产品开发后期以及生产和现场运行阶段，则是以测试为主。不同的阶段，调测的内容、手段和使用的工具不尽相同。

测试接口并不是系统功能的一部分，测试接口设计本身也需要成本。对于小型简单系统来说，没有必要也不允许（成本考虑）设计测试接口；对于复杂系统来说，设计测试接口的花费是值得的。良好的测试接口设计可经缩短产品的开发周期，给产品维护、维修带来便利。

对于嵌入式计算系统来说，测试往往是软件和硬件相结合的，既有借助于“正确”的软件来测试硬件，也有借助于“正确”的硬件来测试软件。由于软件设计人员和硬件设计人员的技术隔膜，二者常常在出现问题后相互指责，难以界定是软件还是硬件问题。对于嵌入式系统的软件设计人员来说，必须对硬件有足够的了解。这一点，和通用计算平台上的软件设计是不同的；反之，硬件人员也必须能够编写一些测试软件，以证明其设计的正确性。

1 开发阶段的调制方法

1.1 RAM版本的目标系统调试

通过ICE（In-Circuit-Emulate）来调试目标板是开发人员最常用的手段。在产品开发初期，由于各种软件和硬件问题很多，通过仿真器并结合逻辑分析仪、示波器等硬件信号测试工具能够很好地发现问题。

在仿真器环境下，通过仿真器的监控软件来控制用户软件的运行，使用断点、单步跟踪和查看变量、CPU寄存器、存储器的数值等手段来查找问题。由于仿真器的软件和硬件需要一定的CPU资源，用户软件在仿真器环境下运行和脱离仿真器后独立运行是有区别的。好的仿真器能够尽量减小这种区别。常见的仿真器从技术上区分有：单CPU仿真器、双CPU仿真器和ROM仿真器。

在仿真器环境下，程序一般是在仿真器的RAM存储器中运行的，所以这种阶段也称为“RAM版本的目标系统调试”。

1.2 ROM版本的目标系统调试

在仿真器环境下，目标板运行调试正确后，javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>一般的做法是将应用程序写入目标板的非易失性存储器中，让目标板单独运行。在很多情况下，目标板系统往往不能运行或者运行结果和仿真器环境下不一致。而没有连接仿真器，无法观察各种软件状态，给分析问题造成一定困难。在目标板上设计指示电路有助于发现问题；在电路板上增加1个LED是最简单也是很有效的方法。对于复杂系统，可以设计1个数码管显示输出接口，或者设计1个调试用串口，将调试信息发送到PC机上显示。

在使用PC机作为显示输出设备时，一般的做法是使用Winodws自带的超级终端软件，无需另外编制程序。和前二种方法相比，该方法的接口信号是双向的，调试者可以通过PC机输入信息到目标板中，设定显示信息的类别。这一点，对于复杂系统的调试是很有价值的，CISCO公司的很多路由器产品就使用这种方法来维护和调试。

2 生产阶段的测试方法

生产阶段的测试只是对硬件电路或者系统进行测试。测试目的是为了对产品或者部件进行分检，找出有缺陷的产品。测试内容包括：

*裸板测试——检查未安装元器件的电路板上的开路和短路缺陷；

*成品生产缺陷分析——检查已安装元器件的电路板上焊点的短路和开路缺陷；

*成品电气性能测试——认证每个单元器件的上电运作；

*产品功能测试——认证电路模块的功能。

生产测试和开发阶段的硬件测试不同，需要测试方法快速、能成批测试，易于在制造生产线上安装。在生产的不同阶段使用的测试工具和技术也不相同。目前常用的测试工具和技术有：人工视觉检查（MVI）、在线测试（ICT）、自动光学测试（AOI）、自动X射线测试（AXI）。其中人工视觉测试（MVI）只能用于小批量试制产品。

在线测试（ICT）是最常用的一种线路板测试方法：使用专门的针床与已焊接好的线路板上的元器件接触，通过针床在线路板上施加微小电压来测试线路通断、元件是否正确安装。由于需要为特定电路板设计专用夹具，适合于单一品种民用型家电线路板极大规模生产的测试；缺点是在高密度的SMT线路板测试困难。目前的替代解决办法是使用光学方法测试（如AOI，AXI），或者使用边界扫描技术（即基于IEEE1394标准的JTAG测试接口）测试。后者需要IC或者线路板支持此技术。

功能测试是生产过程的最后阶段使用，测试线路板或者系统的功能指标，一般的功能测试需要设计专用测试设备和测试软件。

3 现场测试技术

现场测试分为三种情况：一种是在线测试，测试设备不停止运行；一种是停机测试，被测试设备停止运行；第三种为脱机测试，将被测部件从运行现场取出，放到专用的测试装备上进行测试。从测试技术角度上说，后二者更容易进行各种测试；对于复杂系统来说，往往故障和问题需要在设备运行时才能发现和定位，必须进行在线测试。究竟采取哪种方式进行现场测试，取决于故障状况和实际应用是否允许立即停机。

开发阶段产品和成熟产品的现场测试要求也不同：前者测试

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