改善示波器測(cè)試低速串行總線的能力

　　使用前沿的串行總線和窄總線（如 HDMI 和 SATA）的設(shè)計(jì)師早就知道，示波器是進(jìn)行一致性測(cè)試、容限分析和性能驗(yàn)證的出色工具。設(shè)計(jì)師進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，這些總線及其性能非常重要，他們選擇的一致性工具和調(diào)試工具可反映出這種重要性。

　　嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師對(duì)串行通信持不同態(tài)度。盡管一些關(guān)鍵的通信任務(wù)中使用高性能總線（如 PCle），但大部分芯片間通信中的嵌入式設(shè)計(jì)還是使用 CAN、LIN、I2C、SPI、RS-232/UART 和低速 USB 總線。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師選擇這些工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行總線的原因與 SATA 設(shè)計(jì)師不同。通常，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師構(gòu)建自己的并行總線，或是使用基于 UART 的定制平臺(tái)。然而近 10 年來(lái)工程師們認(rèn)識(shí)到，與定制標(biāo)準(zhǔn)相比，為汽車電子設(shè)備或計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等領(lǐng)域設(shè)計(jì)的總線標(biāo)準(zhǔn)具有更穩(wěn)定的供應(yīng)鏈、更好的開(kāi)發(fā)工具、易于集成而且成本更低

　　對(duì)這些總線的測(cè)試要求也不盡相同。最重要的要求是總線的穩(wěn)定性和經(jīng)過(guò)總線的通信量，其次是互操作性和與標(biāo)準(zhǔn)的一致性。我們不想把時(shí)間浪費(fèi)在調(diào)試數(shù)據(jù)總線上，而是想利用總線上的數(shù)據(jù)來(lái)考察設(shè)計(jì)中的其他元件如何工作。對(duì)此，我們將討論一些技巧，用以改善示波器對(duì)低速串行總線的分析能力。這些例子中使用的是 Agilent InfiniiVision 示波器，但大多數(shù)技巧也適用于其他制造商生產(chǎn)的示波器。此外，目前使用的示波器可能不需要升級(jí)或稍加升級(jí)便可適應(yīng)這些任務(wù)。

　　1. 使用符號(hào)解碼更深入理解總線通信量

　　大多數(shù)富有經(jīng)驗(yàn)的工程師都知道，示波器通常是與內(nèi)部打印機(jī)一起出售的。打印機(jī)用來(lái)建立“條形圖”。工程師建立條形圖可通過(guò)一次長(zhǎng)時(shí)間緩慢采集，或多次快速采集（紙帶是重要的實(shí)驗(yàn)室工具）。然后將條形圖貼到實(shí)驗(yàn)室的墻壁上，之后設(shè)計(jì)師以手動(dòng)方式對(duì)示波器跡線的含義進(jìn)行解碼。

　　顯然，這個(gè)過(guò)程十分繁瑣而容易出錯(cuò)。另一個(gè)問(wèn)題是這種手動(dòng)方法難以從結(jié)果推導(dǎo)出一個(gè)高度抽象的概念。他們必須將波形轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制，然后是數(shù)據(jù)包，并進(jìn)一步變?yōu)閿?shù)據(jù)包內(nèi)容，最后是數(shù)據(jù)包內(nèi)容的 ASCII 或符號(hào)意義。許多工程師仍在使用從此項(xiàng)技術(shù)衍生出的其他方法。最好的衍生方法使他們能夠觀察顯示結(jié)果，并推斷出系統(tǒng)中發(fā)生的情況。即便如此，他們也不能一邊解釋顯示結(jié)果，一邊分析其在系統(tǒng)中的含義。

　　現(xiàn)代數(shù)字示波器可在內(nèi)部進(jìn)行這種分析，只需幾秒鐘的配置，即可查看讀/寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包內(nèi)容和誤差代碼。甚至還能在硬件內(nèi)進(jìn)行這種分析，因而不會(huì)影響示波器的性能。基于軟件的解碼可能會(huì)影響性能。

　　2. 采用數(shù)字通道提高靈活性

　　對(duì)于嵌入式設(shè)計(jì)，芯片間和系統(tǒng)內(nèi)通信總線通常只是其中的一小部分，其他組成部分還包括 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）、ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、傳感器、顯示器、控制環(huán)路、處理器和機(jī)電元件，所有這些組成部分都必須協(xié)調(diào)一致地工作。

　　如果示波器只有 2 個(gè)或 4 個(gè)通道，低速串行總線可能很快就會(huì)占用所有調(diào)試資源。因此，混合信號(hào)示波器能提高分析工具的靈活性。

　　混合信號(hào)示波器（MSO）不僅擁有模擬通道，還擁有許多（至少 16 個(gè)）數(shù)字通道。設(shè)計(jì)優(yōu)良的 MSO 能將數(shù)字通道與模擬通道保持完美同步，并支持模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的無(wú)縫交叉觸發(fā)，而不會(huì)因?yàn)槭褂脭?shù)字通道而導(dǎo)致性能下降。在顯示器上同時(shí)使用 20 個(gè)或更多時(shí)間同步通道時(shí)，可以靈活分析多模擬事件、數(shù)字事件和串行事件之間的相互作用。

　　嵌入式系統(tǒng)分析的最大好處在于，可以將數(shù)字通道分配給串行總線定時(shí)和解碼，從而讓出模擬通道對(duì)其他部分進(jìn)行時(shí)間同步分析?？梢杂媚M通道檢驗(yàn)串行總線部分的物理層性能，之后切換到數(shù)字通道查看定時(shí)和協(xié)議層，然后測(cè)量事件從傳感器到處理器再到輸出的延遲時(shí)間，或者驗(yàn)證對(duì)爭(zhēng)用總線資源的多個(gè)輸入的優(yōu)先級(jí)仲裁。

　　3. 利用計(jì)數(shù)器快速表征總線活動(dòng)

　　計(jì)數(shù)器好比了解總線健康狀況的聽(tīng)診器?？偩€就像人的動(dòng)脈，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)會(huì)阻塞總線，從而限制正確數(shù)據(jù)的流動(dòng)。系統(tǒng)就像心臟，可能存在威脅系統(tǒng)完整性的異?，F(xiàn)象（如誤碼）。使用事件計(jì)數(shù)器可快速檢查總線上的通信量的狀態(tài)。

　　在以下例子中，我們查看了用于 CAN 總線上通信量的計(jì)數(shù)器。在分析完100000 個(gè)數(shù)據(jù)包之后，可以看出沒(méi)有過(guò)載幀信號(hào)，但大約 2% 的幀信號(hào)包含有錯(cuò)誤信息。還可以看出，總線利用率約為 24%。這與觀察示波器顯示屏上半部分所預(yù)期的利用率一致。還可對(duì)特定類型的誤碼、總線事件或數(shù)據(jù)值進(jìn)行觸發(fā)，通過(guò)計(jì)數(shù)器進(jìn)行參數(shù)測(cè)量并作更細(xì)致的分析。

　　采用計(jì)數(shù)器分析時(shí)，解碼性能很重要。示波器處理串行跡線的速度越快，就能越快獲得有意義的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，這里指的是快速測(cè)試，而不是指長(zhǎng)時(shí)間分析。

　　如果示波器沒(méi)有這些計(jì)數(shù)器，可將外部計(jì)數(shù)器連接到示波器的觸發(fā)輸出（Trigger Out）端口。雖然無(wú)法提供完整的總線性能，但可以了解發(fā)生了多少次特定觸發(fā)事件。