CN114019938A - 一种微控制器芯片通信类接口测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于微控制器芯片通信类接口测试系统及其测试方法。主流微控制器芯片上集成有多种通信接口，并且通信接口功能往往复用到不同的GPIO引脚上，另外不同的通信接口的测试代码与测试流程往往不同，因此在对芯片原型或样片进行功能测试或性能测试时时间会大量浪费在手动调整软硬件验证环境上。本发明专利目的在于提升微控制器通信类接口测试过程的自动化水平，提高测试效率，且该测试系统具有很高的通用性与可拓展性。

Description

一种微控制器芯片通信类接口测试系统及其方法

技术领域

本发明涉及微控制器芯片集成电路设计及测试技术领域，特别是涉及微控制器芯片通信类接口的测试系统及其方法。

背景技术

随着芯片行业的不断发展以及集成电路设计复杂度与规模不断的提升，提高芯片测试效率与测试水平的重要性正变得越来越突出。除此之外，在芯片研发的原型设计完成阶段对芯片各个模块进行完善的验证能有效规避投片的风险。在市面上主流的微控制器芯片往往片上集成有多种类型的通信接口，不同的端口复用在多个GPIO的引脚上，往往不同类型通信接口间测试功能也不尽相同，因此在实际的通信类接口的测试过程中，测试人员往往花费大量的时间在各个端口的接线变更及测试程序更新的过程中。

发明内容

为克服上述问题，本发明提出一种微控制器通信类接口测试系统及其方法，旨在提升通信接口类测试中软硬件调试的自动化程度，提升测试效率与测试水平。除此之外，本测试系统适用于芯片设计的各个阶段，且比较昂贵ATE测试机台，具有成本低廉、可扩展性好、环境搭建方便等优点。

本发明采用如下技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种微控制器芯片接口类的测试系统，其主要构成包括：1)测试主机2)DUT测试板卡3)TESTBENCH测试板卡4)可编程仪器设备；测试主机与DUT测试板卡和TESTBENCH测试板卡间有串口与SWD两条通信链路。串口通信链路在不作为测试通信端口时可作为测试主机控制查询测试板卡的指令通道，SWD通信链路在串口作为测试通信端口时作为指令通道控制测试流程，并且可供下位机更新测试程序。DUT测试板卡与TESTBENCH测试板卡间的通信链路则为测试通信端口，该通信链路往往被可编程的示波器或者逻辑分析仪实时采集波形。

DUT测试板卡包含以下特征：

1.DUT测试板卡在整个测试系统作为下位机角色，其被测单元的在芯片设计不同阶段有两种形式，一种是下载好设计网表的FPGA平台，另一种是投片后的芯片样品；

2.当被测单元是芯片样片时使用DUT测试板卡上的最小系统获取芯片运行的资源。另外最小系统也包含DUT测试板卡的串口及SWD指令通道的硬件资源；

3.当被测通信端口为串口时，此时测试主机通过SWD接口直接对被测芯片的寄存器进行读写操作以控制测试流程，其余类型的被测端口则可以通过串口和SWD两种方式控制测试流程；

4.DUT测试板卡的通信端口切换电路由多组模拟开关实现被测单元的通信端口切换功能。上述模拟开关的控制信号与被测单元普通引脚相连，即测试主机发送指令控制被测单元引脚的电平状态实现被测通信端口切换的功能。

TESTBENCH测试板卡包含以下特征：

1.TESTBENCH测试板卡在整个测试系统作为下位机角色，其主控单元选用配备有较多通信接口的互联型微控制器芯片及其运行的最小系统组成；

2.上述主控单元的通信接口的功能与通信性能需满足被测单元测试中各项要求；

3.TESTBENCH测试板卡与测试主机的通信链路同样支持串口与SWD两种，前者用以作为指令通道，后者可实时更新程序；

测试主机包含以下特征：

1.测试主机在整个验证系统中处于上位机角色，其通常安装有微控制器芯片的集成开发环境(Integrated Development Environment)以及脚本运行环境；

2.在上位机的集成开发环境中根据测试用例的要求使用C语言/汇编语言开发被测通信接口的测试流程，并编译生成下位机的可执行文件，通过SWD接口下载更新下位机程序；

3.在上位机使用脚本调用串口API发送指令至下位机完成对应测试端口的配置或通信参数的传递。在对被测模块配置流程时序要求不高场景下可采用脚本直接通过SWD接口访问芯片内核的调试模块对寄存器直接配置。

4.可编程仪器的指令集通常使用SCPI协议进行封装，测试主机可通过GPIB

驱动发送指令以控制该设备进行对应的数据解码、波形保存等操作。

第二方面，本发明提出一种微控制器芯片通信类接口的测试方法，通过测试系统的上下位机的配合以满足通信类接口模块的测试需求。下位机通过接收指令执行芯片的初始化、被测通信端口映射引脚的选择、通信参数的配置、通信数据的获取等响应、预期接收数据的比较、测试结果与端口状态的反馈等响应。为作为进一步的改进，上位机也可以通过SWD接口直接访问芯片内核中的调试接口，实现对下位机芯片读写内存、寄存器及更新测试程序等功能。除此之外，当测试结果不满足预期时，上位机通过GPIB接口控制仪器监控被测通信链路上的数据以供测试人员分析查找问题。

附图说明

图1：芯片通信类接口测试系统结构示意图

图2：芯片通信类接口测试系统下位机硬件方案示意图

图3：芯片通信类接口测试系统软件方案示意图

图4：基于本发明的一种通信类接口的测试方法

具体实施方式

下面是一具体的实施例，可以更好的使人了解本发明的技术方案、实施过程及所具有的有益效果，但其不能理解为本发明保护范围的限制。如图1是本发明的提供的测试系统一个具体连接示意，图2是本发明的DUT测试板卡硬件方案示意图，图3是本使用新型提供的通信接口测试流程。

参见图1，本发明提出的微控制器芯片通信类测试系统，该系统包括有测试主机、DUT测试板卡、TESTBENCH测试板卡及可编程测试仪器。在该系统中测试主机作为上位机，其余硬件均为下位机。由上位机通过下发指令控制下位机进行相应的测试流程并判断测试结果。如图2所示，为避免在变更通信接口时繁琐的接线与更新下位机测试程序，DUT测试板卡实现可通过指令控制模拟开关状态以切换被测通信端口。

另外，上下位机之间的SWD接口传统的应用是作为下位机程序的下载调试，但在本测试系统中该通道也作为指令通道的补充，特别是在一些特殊的测试场景下，例如在被测通信接口在芯片的低功耗模式下的功能测试场景中，此时由于被测单元的内核时钟或者电源域关断导致指令通道无法使用，此时上位机只能通过SWD接口进行测试。

同时，本发明基于上述系统的软硬件配合提供一种通信接口的测试方法。其软件组成参见图3，大致分为上位机软件平台、通信驱动层和下位机程序三个部分。上位机软件平台的用户人机界面为用户提供了良好的人机交互，集成开发环境为下位机程序实时更新提供了便利，测试用例基于开源脚本语言及其丰富的第三方支持库进行编写。通信驱动层为上位机收发数据提供了基本API，经过二次封装很好的完成了指令下达并查询下位机状态的程序。下位机程序基于被测芯片各个模块的驱动开发，实现不同测试流程与指令的对应关系。

参考图4给出了一种通信类接口的测试方法，首先在测试主机端完成测试系统的初始化，主要包括上位机指令通道/SWD端口的初始化及下位机自检。其中下位机在完成自检后通过指令通道返回状态字，若正常则继续等待接收指令，若异常则进入异常处理，并通知上位机结束测试流程。然后上位机通过指令控制DUT测试板与TESTBENCH测试板相应的测通信接口的引脚进行连接后，执行对应的测试CASE，若需要更新下位机程序则通过SWD接口进行下位机程序更新。在测试完成后，下位机返回测试结果或者测试数据至上位机，上位机整理测试的LOG文件生成测试报告。

综上所诉这套系统能较好的应用于微控制器芯片的通信接口的测试领域，相比昂贵的ATE设备，该套系统成本低廉且易于搭建环境。在实际的通信接口测试工作能有效的节省软硬件的调试时间，且对于微控制器其他模块的测试也有一定的参考意义。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下如测试主机由计算机变更为服务器，TESTBENCH测试板卡替换为FPGA测试平台，USB、GPIB、SWD替换为其它通信技术；上位机与下位机的拓扑关系从一对一改变成一对多等，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种微控制器芯片通信类接口测试系统，该系统包括：DUT测试板卡、TESTBENCH测试板卡，测试主机及可编程仪器，DUT测试板卡与TESTBENCH测试板卡分别通过串口与SWD接口构建与测试主机的指令通道；DUT测试板卡与TESTBENCH测试板卡通过的硬件连接即为被测的通信链路，该通信链路由可编程测试仪器进行实时的波形采集与协议分析。

2.根据权利要求1所述一种微控制器芯片通信类接口测试系统，其特征在于，所述DUT测试板卡由被测单元、通信端口切换电路及供芯片运行最小系统构成，被测单元在研发的不同阶段可能是被测的芯片原型或是芯片样片；通信端口切换电路其特点在于将被测芯片的所有带有通信功能的引脚引出，通过控制信号选择任意的一路通信端口与对端接口进行通信接口测试。

3.根据权利要求1所述的一种微控制器芯片通信类接口测试系统，其特征在于，所述TESTBENCH测试板卡由主控单元、通信端口切换电路及供芯片运行的最小系统构成，主控单元选用市面成熟的互联型MCU作为主控芯片，其片上集成的通信接口作为测试的标准接口用以评判DUT测试板的通信接口数据收发的正确性；其通信端口切换电路与DUT测试板的硬件一致。

4.根据权利要求2所述的一种微控制器芯片通信类接口测试系统，其特征在于，所述的芯片运行的最小系统，不仅仅包含芯片工作所必须的电源、晶振、复位等外围电路，也包含DUT测试板卡与测试主机的指令通道的硬件接口，该指令通道用以将接收测试主机的测试指令或者将测试结果反馈至测试主机。

5.根据权利要求1所述的一种微控制器芯片通信类接口测试系统，其特征在于，所述测试主机是计算机但不局限于该形式，通过USB接口或SWD接口分别与DUT测试板和TESTBENCH测试板互联，通过GPIB接口与可编程仪器进行硬件连接，测试主机安装有被测芯片与TESTBENCH板卡主控芯片的集成开发环境与脚本语言运行环境，该设备提供了向DUT测试板卡与TESTBENCH测试板卡实时更新程序功能。

6.根据权利要求5所述的一种微控制器芯片通信类接口测试系统，其特征在于，所述的测试主机需通过USB转串口装置与被测单元的串口进行连接，当被测单元的串口作为被测试的通信接口时，此时测试主机通过所述SWD接口与被测单元进行通信以控制测试流程。

7.根据权利要求2中所述的一种微控制器芯片通信类接口测试系统，其特征在于，所述的通信端口切换电路中的控制信号，控制信号与被测单元的多个GPIO相连，测试主机通过指令控制被测单元的GPIO输出以达到控制被测单元换通信端口切换的目的。

8.根据权利要求1所述的一种微控制器芯片通信类接口测试系统，其特征在于，所述的可编程测试仪器选用支持可编程的数字示波器或者逻辑分析仪，可编程的仪器通常其指令集采用SCPI协议封装，测试主机通过协议访问控制仪器各种功能实时监测被测通信链路状态。

9.一种微控制器芯片通信类接口的测试方法，基于权利要求1所述的系统，其特征在于，系统中的测试主机作为上位机，DUT测试板卡与TESTBENCH测试板卡作为下位机，所述的测试方法步骤为：

①在上位机与下位机之间的通信链路中制定通信协议，约定数据帧中不同的字段含义，以区分被控下位机角色、指令类型及配置参数；

②按照功能封装下位机指令，按照被测的通信端口所有功能特性中将被测单元与测试通信接口的功能封装成相应的指令；

③编写测试用例，上位机通过编写脚本的形式组织测试流程，通过下发指令以准备下位机被测端口的初始化参数、通信参数、预期结果及最终状态；

④启动测试，下位机接收指令执行对应的测试响应并返回状态；

⑤判定测试结果，测试主机可以对比接收下位机返回的状态，查询下位机的寄存器标识位是否置起等方式判断测试结果是否符合预期。

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