CN111090556B - 一种片上系统及usb物理层测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种片上系统，用于测试USB物理层，包括：微控制单元，与上位机连接；现场可编程门阵列，包括：数据发生器，与微控制单元连接；数据校验器，与微控制单元连接；以及USB物理层收发器，与微控制单元、数据发生器和数据校验器连接；其中，微控制单元接收并响应于上位机的测试指令，控制数据发生器生成测试激励数据，以用于测试USB物理层，控制USB物理层收发器接收并发送测试激励数据至数据校验器，控制数据校验器对测试激励数据进行校验以输出校验结果，以及将校验结果发送给上位机。本发明还提供相应的测试方法。本发明实现了对不同USB传输协议标准的物理层的一致性验证，成本低、结构简单、易于操作以及测试周期短。

Description

一种片上系统及USB物理层测试方法
技术领域
本发明的所公开实施例涉及电路技术领域，且更具体而言，涉及一种片上系统及USB物理层测试方法。
背景技术
USB传输协议标准经历了一代USB(USB1.0)、二代USB(USB2.0)、三代USB(USB3.0)，数据传输速率得到大幅提高。USB接口标准也拥有Type A、Type B、Type C、Micro A以及Mini B等类型。USB不同的数据传输速率以及丰富的接口类型满足了多样化的设备需求，同时以其扩展能力强、即插即用的特被市场广泛认可。
其中，PHY(Physical layer，物理层)作为USB重要的一部分，其设计必须符合不同的USB传输协议标准，设计者必须对PHY进行验证以检测信号完整性、功能正确性及互操作准确性。USB实施者论坛(USB-IF)制定了PHY的一致性测试要求，只有通过一致性测试的PHY才能被USB-IF认证且符合USB标准规范。
因此，需要USB PHY的一致性测试。
发明内容
根据本发明的实施例，本发明提出一种片上系统及USB物理层测试方法，以解决上述问题。
根据本发明的第一方面，公开一种实例性的一种片上系统。该一种片上系统用于测试USB物理层，包括：微控制单元，与上位机连接；现场可编程门阵列，包括：数据发生器，与所述微控制单元连接；数据校验器，与所述微控制单元连接；USB物理层收发器，与所述微控制单元、所述数据发生器和所述数据校验器连接；其中，所述微控制单元接收并响应于所述上位机的测试指令，控制所述数据发生器生成测试激励数据，以用于测试USB物理层，控制所述USB物理层收发器接收并发送所述测试激励数据至所述数据校验器，控制所述数据校验器对所述测试激励数据进行校验以输出校验结果，以及将所述校验结果发送给所述上位机。
在一些实施例中，所述USB物理层收发器包括：USB物理层数据接收端，与所述微控制单元和所述数据发生器连接；数据缓冲器，与所述USB物理层数据接收端连接，用于缓冲所述测试激励数据；USB物理层数据发送端，与所述微控制单元、所述数据校验器和所述数据缓冲器连接；其中，所述微控制单元控制所述USB物理层数据接收端接收所述数据发生器生成的测试激励数据，控制所述USB物理层数据发送端将所述测试激励数据发送给所述数据校验器。
在一些实施例中，所述数据发生器包括：数据生成逻辑电路，用于生成用于测试USB物理层的随机数据；并串转换逻辑电路，与所述数据生成逻辑电路和所述USB物理层数据接收端连接，用于对所述随机数据进行并串转换，以生成所述测试激励数据；以及数据存储逻辑电路，与所述数据生成逻辑电路连接，用于存储所述随机数据。
在一些实施例中，所述数据校验器包括：串并转换逻辑电路，与所述USB物理层数据发送端连接，用于对所述测试激励数据进行串并转换；数据校验逻辑电路，与所述串并转换逻辑电路和所述数据发生器连接，用于比较串并转换后的测试激励数据以及所述数据发生器生成的随机数据，以得到校验结果；以及数据发送逻辑电路，与所述微控制单元连接，用于将所述校验结果发送给所述微控制单元。
在一些实施例中，所述现场可编程门阵列还包括：时钟控制电路，输入端输入时钟信号，输出端与所述微控制单元连接；以及复位控制电路，输入端输入复位信号，输出端与所述微控制单元连接；其中，在所述微控制单元接收并响应于所述上位机的测试指令之前，所述时钟控制电路接收时钟信号并将所述时钟信号传输到微控制单元，且所述复位控制电路接收复位信号并将所述复位信号传输到微控制单元，以使所述片上系统上电并复位。
在一些实施例中，所述微控制单元包括高速总线控制电路和总线控制电路，其中，所述高速总线控制电路通过高速总线与所述USB物理层收发器连接，所述总线控制电路通过总线与所述数据发生器和所述数据校验器连接。
根据本发明的第二方面，公开一种实例性的一种USB物理层测试方法，应用于微控制单元，所述微控制单元与上位机、现场可编程门阵列和USB物理层收发器连接，其中，所述现场可编程门阵列包括与所述微控制单元和所述USB物理层收发器连接的数据发生器和数据校验器；所述方法包括：接收所述上位机的测试指令；响应于所述上位机的测试指令，控制所述数据发生器生成测试激励数据，以用于测试USB物理层，控制所述USB物理层收发器接收并发送所述测试激励数据至所述数据校验器，控制所述数据校验器对所述测试激励数据进行校验以输出校验结果，以及将所述校验结果发送给所述上位机。
在一些实施例中，所述USB物理层收发器包括：USB物理层数据接收端，与所述微控制单元和所述数据发生器连接；数据缓冲器，与所述USB物理层数据接收端连接，用于缓冲所述测试激励数据；USB物理层数据发送端，与所述微控制单元、所述数据校验器和所述数据缓冲器连接；其中，所述微控制单元控制所述USB物理层数据接收端接收所述数据发生器生成的测试激励数据，控制所述USB物理层数据发送端将所述测试激励数据发送给所述数据校验器。
在一些实施例中，所述数据发生器包括：数据生成逻辑电路，用于生成用于测试USB物理层的随机数据；并串转换逻辑电路，与所述数据生成逻辑电路和所述USB物理层数据接收端连接，用于对所述随机数据进行并串转换，以生成所述测试激励数据；以及数据存储逻辑电路，与所述数据生成逻辑电路连接，用于存储所述随机数据。
在一些实施例中，所述数据校验器包括：串并转换逻辑电路，与所述USB物理层数据发送端连接，用于对所述测试激励数据进行串并转换；数据校验逻辑电路，与所述串并转换逻辑电路和所述数据发生器连接，用于比较串并转换后的测试激励数据以及所述数据发生器生成的随机数据，以得到校验结果；以及数据发送逻辑电路，用于将所述校验结果发送给所述微控制单元。
本发明的有益效果有：通过现场可编程门阵列实现数据发生器和数据校验器，并通过微控制单元控制数据发生器生成用于测试USB物理层的测试激励数据，并控制数据校验器对测试激励数据进行校验以输出校验结果，实现USB物理层的一致性验证，从而能实现对不同USB传输协议标准的物理层的一致性验证，成本低、结构简单、易于操作以及测试周期短。
附图说明
图1是现有技术中测试USB物理层的结构示意图。
图2是本发明第一实施例的片上系统的结构示意图。
图3是本发明第二实施例的片上系统的结构示意图。
图4是本发明第三实施例的片上系统的结构示意图。
图5是本发明第四实施例的片上系统的结构示意图。
图6是本发明实施例的USB物理层测试方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
目前，不同USB传输协议标准的PHY的通用测试方法是使用示波器、差分探头、夹具、数据发生器以及上位机等工具进行测试、结果分析以及设计调试。如图1所示，被测件USB PHY通过一组排线与专用的测试夹具连接，以进行数据的交互，数据发生器用以给测试夹具提供单向的激励数据流，以模拟用户数据，示波器通过无源差分探头采样测试夹具提供的数据流，以进行数据流的识别、分析以及结果显示，计算机通过线缆与测试夹具通讯获取USB PHY的验证结果，测试夹具实现桥接功能，作为测试硬件环境的重要部分，提供无源差分探头的接入，接收数据发生器的激励数据以激励被测件USB PHY，同时向计算机提供通讯。
然而，示波器、专用的测试夹具以及数据发生器的成本高，且差分探头与被测设备的管脚接触无法避免抖动，会造成结果分析出现偏差。此外，测试者对硬件操作掌握程度的不同也可能造成测试结果不准确。因此，目前的测试中，测试环境复杂、操作难度大、经济成本高以及测试周期长。
为此，本发明提供一种片上系统，以解决上述问题。
如图2所示，为本发明第一实施例的片上系统100的结构示意图。该片上系统100用于测试USB物理层，例如，USB物理层的一致性验证。该片上系统100包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)110、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)120和USB物理层收发器130。其中，微控制单元110与外部的上位机连接，现场可编程门阵列120与微控制单元110和USB物理层收发器130连接。
现场可编程门阵列120包括数据发生器121和数据校验器122，数据发生器121和数据校验器122与微控制单元110和USB物理层收发器130连接。
微控制单元110接收并响应于上位机的测试指令，控制数据发生器121生成测试激励数据，以用于测试USB物理层，控制USB物理层收发器130接收并发送测试激励数据至数据校验器122，控制数据校验器122对测试激励数据进行校验以输出校验结果，以及将校验结果发送给上位机。
本实施例中，通过现场可编程门阵列120实现数据发生器121和数据校验器122，并通过微控制单元110控制数据发生器121生成用于测试USB物理层的测试激励数据，并控制数据校验器122对测试激励数据进行校验以输出校验结果，实现USB物理层的一致性验证，从而能实现对不同USB传输协议标准的物理层的一致性验证，成本低、结构简单、易于操作以及测试周期短。
在一些实施例中，微控制单元110可通过串口与上位机连接。上位机通过串口向微控制单元110下发测试指令，微控制单元110通过该串口向上位机发送校验结果。上位机通过串口还可以与现场可编程门阵列120连接，与现场可编程门阵列120进行通讯，以下载现场可编程门阵列120的片内逻辑模块。
如图3所示，为本发明第二实施例的片上系统100的结构示意图。在上述实施例的基础上，USB物理层收发器130包括USB物理层数据接收端131、数据缓冲器132和USB物理层数据发送端133。
其中，USB物理层数据接收端131与微控制单元110和数据发生器121连接；数据缓冲器132与USB物理层数据接收端131连接；USB物理层数据发送端133与微控制单元110、数据校验器122和数据缓冲器132连接。数据缓冲器132用于缓冲测试激励数据。
其中，微控制单元110控制USB物理层数据接收端131接收数据发生器121生成的测试激励数据，以及控制USB物理层数据发送端133将测试激励数据发送给数据校验器122。
在一些实施例中，微控制单元110包括高速总线控制电路111，其中高速总线控制电路111通过高速总线与USB物理层收发器130连接，例如高速总线控制电路111通过AHB总线与USB物理层收发器130连接。具体地，高速总线控制电路111通过高速总线分别与USB物理层收发器130的USB物理层数据接收端131连接和USB物理层数据发送端133。
如图4所示，为本发明第三实施例的片上系统100的结构示意图。在上述实施例的基础上，数据发生器121包括并串转换逻辑电路1211、数据生成逻辑电路1212和数据存储逻辑电路1213。
其中，并串转换逻辑电路1211与数据生成逻辑电路1212和USB物理层数据接收端131连接，数据存储逻辑电路1213与数据生成逻辑电路1212连接。
数据生成逻辑电路1212用于生成用于测试USB物理层的随机数据。该随机数据为USB物理层不能识别的串行数据。并串转换逻辑电路1211用于对随机数据进行并串转换，以生成测试激励数据。数据存储逻辑电路1213用于存储随机数据，提供给数据校验器122。
数据校验器122包括串并转换逻辑电路1221、数据校验逻辑电路1222和数据发送逻辑电路1223。
其中，串并转换逻辑电路1221与USB物理层数据发送端133连接。数据校验逻辑电路1222与串并转换逻辑电路1221和数据发生器121连接，具体地，数据校验逻辑电路1222与数据发生器121的数据存储逻辑电路1213连接。数据发送逻辑电路1223与微控制单元110连接。
串并转换逻辑电路1221用于对测试激励数据进行串并转换，得到串并转换后的测试激励数据，数据校验逻辑电路1222用于比较串并转换后的测试激励数据以及数据发生器121生成的随机数据，以得到校验结果，数据发送逻辑电路1223用于将校验结果发送给微控制单元110。
在一些实施例中，微控制单元110包括总线控制电路112，其中，总线控制电路112通过总线与数据发生器121和数据校验器122连接。具体地，数据发生器121的数据生成逻辑电路1212通过总线与微控制单元110的总线控制电路112连接，数据校验器122的数据发送逻辑电路1223通过总线与微控制单元110的总线控制电路112连接。
如图5所示，为本发明第四实施例的片上系统100的结构示意图。在上述实施例的基础上，现场可编程门阵列120还包括时钟控制电路123和复位控制电路124。
时钟控制电路123的输入端输入时钟信号、输出端与微控制单元110连接。复位控制电路124的输入端输入复位信号、输出端与微控制单元110连接。这样，整个片上系统100共用相同的时钟信号和相同的复位信号。
其中，在微控制单元110接收并响应于上位机的测试指令之前，时钟控制电路123接收时钟信号并将时钟信号传输到微控制单元110，且复位控制电路124接收复位信号并将复位信号传输到微控制单元110，以使片上系统100上电并复位。
在一些实施例中，微控制单元110包括时钟端口和复位端口，时钟控制电路123的输出端与微控制单元110的时钟端口连接，复位控制电路124的输出端与微控制单元110的复位端口连接。
如图6所示，为本发明实施例的USB物理层测试方法的流程图。该方法应用于上述实施例的片上系统100，由该片上系统100中的微控制单元110执行。关于该片上系统100详见上述实施例的说明，在此不再赘述。该方法包括：
步骤610：接收上位机的测试指令；
步骤620：响应于上位机的测试指令，控制数据发生器121生成测试激励数据，以用于测试USB物理层，控制USB物理层收发器130接收并发送测试激励数据至数据校验器122，控制数据校验器122对测试激励数据进行校验以输出校验结果，以及将校验结果发送给上位机。
在一些实施例中，在步骤610之前，该方法还包括：接收时钟信号和复位信号，以使片上系统100上电并复位。
本实施例中，通过现场可编程门阵列120实现数据发生器121和数据校验器122，并通过微控制单元110控制数据发生器121生成用于测试USB物理层的测试激励数据，并控制数据校验器122对测试激励数据进行校验以输出校验结果，实现USB物理层的一致性验证，从而能实现对不同USB传输协议标准的物理层的一致性验证，成本低、结构简单、易于操作以及测试周期短。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种片上系统，其特征在于，用于测试USB物理层，包括：
微控制单元，与上位机连接；
现场可编程门阵列，包括：
数据发生器，与所述微控制单元连接；
数据校验器，与所述微控制单元连接；以及
USB物理层收发器，包括：
USB物理层数据接收端，与所述微控制单元和所述数据发生器连接；
数据缓冲器，与所述USB物理层数据接收端连接，用于缓冲测试激励数据；以及
USB物理层数据发送端，与所述微控制单元、所述数据校验器和所述数据缓冲器连接；
其中，所述微控制单元接收并响应于所述上位机的测试指令，控制所述数据发生器生成测试激励数据，以用于测试USB物理层，控制所述USB物理层数据接收端接收所述测试激励数据，控制所述USB物理层数据发送端将所述测试激励数据发送给所述数据校验器，控制所述数据校验器对所述测试激励数据进行校验以输出校验结果，以及将所述校验结果发送给所述上位机。
2.如权利要求1中所述的片上系统，其特征在于，所述数据发生器包括：
数据生成逻辑电路，用于生成用于测试USB物理层的随机数据；
并串转换逻辑电路，与所述数据生成逻辑电路和所述USB物理层数据接收端连接，用于对所述随机数据进行并串转换，以生成所述测试激励数据；以及
数据存储逻辑电路，与所述数据生成逻辑电路连接，用于存储所述随机数据。
3.如权利要求2中所述的片上系统，其特征在于，所述数据校验器包括：
串并转换逻辑电路，与所述USB物理层数据发送端连接，用于对所述测试激励数据进行串并转换；
数据校验逻辑电路，与所述串并转换逻辑电路和所述数据发生器连接，用于比较串并转换后的测试激励数据以及所述数据发生器生成的随机数据，以得到校验结果；以及
数据发送逻辑电路，与所述微控制单元连接，用于将所述校验结果发送给所述微控制单元。
4.如权利要求1中所述的片上系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列还包括：
时钟控制电路，输入端输入时钟信号，输出端与所述微控制单元连接；以及
复位控制电路，输入端输入复位信号，输出端与所述微控制单元连接；
其中，在所述微控制单元接收并响应于所述上位机的测试指令之前，所述时钟控制电路接收时钟信号并将所述时钟信号传输到微控制单元，且所述复位控制电路接收复位信号并将所述复位信号传输到微控制单元，以使所述片上系统上电并复位。
5.如权利要求1-4中任一项所述的片上系统，其特征在于，所述微控制单元包括高速总线控制电路和总线控制电路，其中，所述高速总线控制电路通过高速总线与所述USB物理层收发器连接，所述总线控制电路通过总线与所述数据发生器和所述数据校验器连接。
6.一种USB物理层测试方法，其特征在于，应用于微控制单元，所述微控制单元与上位机、现场可编程门阵列和USB物理层收发器连接，其中，所述现场可编程门阵列包括与所述微控制单元和所述USB物理层收发器连接的数据发生器和数据校验器；
其中，所述USB物理层收发器包括：
USB物理层数据接收端，与所述微控制单元和所述数据发生器连接；
数据缓冲器，与所述USB物理层数据接收端连接，用于缓冲测试激励数据；以及
USB物理层数据发送端，与所述微控制单元、所述数据校验器和所述数据缓冲器连接；
所述方法包括：
接收所述上位机的测试指令；
响应于所述上位机的测试指令，控制所述数据发生器生成测试激励数据，以用于测试USB物理层，控制所述USB物理层数据接收端接收所述测试激励数据，控制所述USB物理层数据发送端将所述测试激励数据发送给所述数据校验器，控制所述数据校验器对所述测试激励数据进行校验以输出校验结果，以及将所述校验结果发送给所述上位机。
7.如权利要求6中所述的方法，其特征在于，所述数据发生器包括：
数据生成逻辑电路，用于生成用于测试USB物理层的随机数据；
并串转换逻辑电路，与所述数据生成逻辑电路和所述USB物理层数据接收端连接，用于对所述随机数据进行并串转换，以生成所述测试激励数据；以及
数据存储逻辑电路，与所述数据生成逻辑电路连接，用于存储所述随机数据。
8.如权利要求7中所述的方法，其特征在于，所述数据校验器包括：
串并转换逻辑电路，与所述USB物理层数据发送端连接，用于对所述测试激励数据进行串并转换；
数据校验逻辑电路，与所述串并转换逻辑电路和所述数据发生器连接，用于比较串并转换后的测试激励数据以及所述数据发生器生成的随机数据，以得到校验结果；以及
数据发送逻辑电路，用于将所述校验结果发送给所述微控制单元。
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