摘要：隨著云計算、高清視頻的出現(xiàn)，整個電子系統(tǒng)已經(jīng)邁入了大數(shù)據(jù)時代，需要大容量數(shù)據(jù)的存儲和大數(shù)據(jù)傳輸。嵌入式電子系統(tǒng)如智能手機、汽車內(nèi)的電子控制單元不僅傾向于更加小型化，還需要具備強大的智能處理功能，整個系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，總線類型繁多，高速數(shù)據(jù)線也更多。對于復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試和分析也將變得更加困難，一是系統(tǒng)的參數(shù)要求更加嚴(yán)格，二是涉及到的信號更多，混合有模擬信號和數(shù)字信號，需要盡可能的同時捕獲多路信號以便進(jìn)行對比分析。本文將介紹力科的新一代8通道、12bit ADC的高精度示波器HDO8000如何助力復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試與分析。

一、典型的嵌入式控制系統(tǒng)

下圖1所示為典型的電動車電子控制單元(ECU)的架構(gòu)圖，包括有高控制復(fù)雜度的處理器，用于控制、連接及處理外圍設(shè)備;處理器外圍接口設(shè)備通常包括有串行信號接口(如SPI，I2C，UART，RS232，ENET，USB2，CAN總線等等);傳感器和驅(qū)動器控制信號;用于連接顯示設(shè)備的MOST或者LVDS總線;音頻總線I2S，SLIMBUS等;內(nèi)存控制總線SDRAM(現(xiàn)在的智能手機中包含有DDR，LPDDR等);還有電機的控制信號線等。

上述多種總線通常并存于一塊面積不大的系統(tǒng)中，且由同一個嵌入式處理器進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)的處理，因此各類信號之間的干擾也會變得更加嚴(yán)重。

圖1 典型的電動車電子控制單元

三、復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的主要測試內(nèi)容及難點

針對嵌入式系統(tǒng)的測試主要包括三個方面：一是電源紋波的測試分析;二是標(biāo)準(zhǔn)信號的一致性分析;三是整個系統(tǒng)的調(diào)試包括串?dāng)_分析。

1、電源紋波的測試分析

對于小型復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)如手機有一項重要性能指標(biāo)是電池充完一次電能夠使用多長時間，而且嵌入式系統(tǒng)中也出現(xiàn)了達(dá)到幾Gbps的小幅差分高速串行信號(如下一代MIPI MPHY信號可以達(dá)到6Gbps)，所以系統(tǒng)的供電電壓也越來越低，如DDR3L的供電電壓為

1.35V，供電電壓越低，對電壓波動即紋波的要求就越高。如下圖2 所示為某DDR 對電源紋波的要求，要求紋波小于1%1，及+/-15mv：

圖2 某DDR 對電源紋波的要求

對于如此嚴(yán)格的電源紋波測試要求，傳統(tǒng)的示波器測試將會帶來更大的誤差，原因是傳統(tǒng)示波器通常只有8 位ADC，量化誤差較大，且前端放大器具有更大的噪聲。

2、標(biāo)準(zhǔn)信號的一致性測試

對于一些標(biāo)準(zhǔn)的信號如以太網(wǎng)，USB 等，有專門的規(guī)范規(guī)定了需要的測試項目，由于測試項目數(shù)量多，靠工程師一項一項的進(jìn)行測試會非常耗費時間，影響產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度。

3、各類標(biāo)準(zhǔn)信號的聯(lián)合調(diào)試與分析

由于復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)中有多種不同標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號、數(shù)字信號、電壓信號、電流信號并存于一塊非常緊湊的電路板上，因此相互間的串?dāng)_會大大增加，通常需要多個信號同時進(jìn)行測試才能更容易的通過對比分析找到可能的問題。傳統(tǒng)的示波器通常只有4 個通道，有很多用戶會選擇使用兩臺示波器級聯(lián)的方式實現(xiàn)8 個通道，這樣的方式可以捕獲8 個信號，但是無法實現(xiàn)多通道級聯(lián)觸發(fā)、多個信號在同一個屏幕上顯示、多個信號同時進(jìn)行分析等。

四、力科的8 通道/12 位的高精度示波器HDO8000 助力嵌入式系統(tǒng)測試

力科(Teledyne LeCroy)的HDO8000 系列示波器具有8 個模擬通道、12 位ADC、1GHz帶寬、2.5GS/s、250MS 存儲深度、16 個數(shù)字通道、具有19 種串行觸發(fā)和解碼選項的高精度示波器HDO8000 系列。

8 個模擬通道和16 個數(shù)字通道可以實現(xiàn)同時觀察和測量8 路模擬信號和16 路數(shù)字信號的能力，能夠快速的觀察和調(diào)試信號，分析多通道信號之間的串?dāng)_，這將特別適合于復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試與分析，解決了傳統(tǒng)示波器通道數(shù)不夠的問題。

1GHz 帶寬、2.5GS/s 采樣率不僅可以完全包括電源系統(tǒng)的測試需求，而且能夠滿足功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的嵌入式控制信號的測試，如I2C，SPI，RS232，ENET，USB 等串行控制接口。

12 位ADC 能夠更加充分的觀察信號的細(xì)節(jié)和實現(xiàn)更加精確的測量，具有更大的量化等級數(shù)，更小的量化誤差，配合示波器低噪聲的前端放大器結(jié)構(gòu)，是復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)中小電壓電源紋波測試的理想選擇。

250MS 的存儲深度能夠捕獲足夠長時間的低頻電源信號進(jìn)行充分的整體和細(xì)節(jié)的分析。

力科的8 通道高精度示波器下圖3 所示：

圖3 力科的8通道/12Bit示波器

下圖4左側(cè)上下兩幅圖所示為12位示波器的測試結(jié)果，右側(cè)上下兩幅圖所示為8位示波器的測試結(jié)果。從圖中可見，12bit示波器能夠更加清晰的觀察信號幅值區(qū)域以及波動區(qū)域的細(xì)節(jié)，而8bit示波器卻出現(xiàn)明顯的量化誤差。

圖4 8bit&12bit示波器的測試對比

此外對于復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的一致性測試和調(diào)試方面的難點，力科的HDO8000示波器也配置了相應(yīng)的工具為工程師實現(xiàn)更加高效的測試。

其一是一致性測試軟件QualiPHY，如下圖5所示，力科QualiPHY軟件包集成多種串行標(biāo)準(zhǔn)，包括ENET，USB2.0，USB3.0，PCI Express，DDR2 ，HDMI，DisplayPort，SATA，SAS，F(xiàn)B_DIMM，UWB;圖文并茂顯示測試連接設(shè)置和測試報文發(fā)送步驟;對參數(shù)測量結(jié)果自動進(jìn)行合格判斷;自動生成規(guī)范、全面、美觀的測試報。QualiPHY一致性測試軟件的核心價值是通過簡化串行數(shù)據(jù)一致性測試過程，從而縮短了新產(chǎn)品的上市時間，有效降低了研發(fā)成本。

圖5 力科QualiPHY一致性測試軟件

其二是一系列的解碼和觸發(fā)分析軟件，解碼和觸發(fā)分析軟件有助于查找物理層或者協(xié)議層問題導(dǎo)致的協(xié)議層錯誤。如下圖6所示為I2C的解碼分析結(jié)果，力科的解碼軟件能夠?qū)?shù)據(jù)、地址等信息以不同顏色進(jìn)行顯示，解碼的結(jié)果信息直接疊加在波形上，同時以表格的方法進(jìn)行顯示，數(shù)據(jù)信息可以顯示為二進(jìn)制格式，十六進(jìn)制格式以及ASCII格式。通過協(xié)議層數(shù)據(jù)、地址或者其它控制信息的觸發(fā)，可以快速的捕獲到工程師希望的數(shù)據(jù)信息。

圖6 I2C總線的解碼分析