IGE100德國進口BREMER全系列UGE100

作者： (河海大學(xué)電氣工程學(xué)院)徐群,王樹勇 <BR> <BR> 引言</P><P> 在石油化工、水利水電、農(nóng)田灌溉、環(huán)境監(jiān)測以及自來水廠、污水處理廠等眾多領(lǐng)域，液位(水位)是一個重要的技術(shù)參數(shù)。目前常用的液位傳感器有：旋轉(zhuǎn)編碼浮子式傳感器(機械式和光電式)、非接觸式超聲波傳感器、壓力式傳感器、磁浮子接點式傳感器(連續(xù)式和液位開關(guān)式)等。其分辨率從毫米級到厘米級不等，測量范圍從幾十厘米到幾十米。除磁浮子接點式傳感器外，其余傳感器均比較適合測量范圍較寬的應(yīng)用場合。一般壓力式和超聲波傳感器均帶有變送部分，即將液位信號轉(zhuǎn)換成標準電流信號(4~20mA)。旋轉(zhuǎn)編碼浮子式傳感器分為機械式和光電式兩種，光電式又分為型和增量型。這類傳感器輸出通常為并行二進制碼、串行二進制碼和脈沖信號。除智能型一體化傳感器外(壓力式或超聲波)，一般沒有就地顯示和數(shù)字通信功能。</P><P> 對于諸如農(nóng)田灌溉、環(huán)境監(jiān)測、污水處理等公益性部門，除測量精度、可靠性、可維護、易安裝等技術(shù)性能要求外，價格也是直接影響傳感器選用的重要因素之一。為此，我們研制了一種基于磁浮子接點式小量程(≤150cm)就地顯示、并具有RS-485通信接口和4~20mA輸出的廉價液位傳感器。<BR> <BR> 傳感器組成及原理<BR> <BR> 傳感器主要由以1cm間隔均勻分布的干簧管陣列、全密封不銹鋼防護管、球型磁浮子、檢測電路、變送電路及LCD顯示器等組成。其基本原理是檢測干簧管陣列中某一個或幾個干簧管觸點閉合狀態(tài)來表示球型磁浮子位置，即液面位置。一般的檢測方法是采用電阻分壓方式，其輸出電壓Vo是第i個閉合干簧管的分壓值。這種測量方法需精確穩(wěn)定的電源Ve和分壓電阻R，通過適當(dāng)?shù)淖儞Q電路(V/I)，可獲得4~20mA標準電流輸出。但是，如果多個干簧管同時接通，就會影響其分壓電阻比，產(chǎn)生較大的測量誤差。若在測量中產(chǎn)生一個或多個干簧管性導(dǎo)通(干簧管失效)，則測量無法正常進行。為避免這種情況發(fā)生，增強傳感器的適應(yīng)性(現(xiàn)場顯示和通信)，我們結(jié)合工程實踐，提出了采用類似鍵盤掃描的一種新檢測方法，有效解決了這一問題。<BR> <BR> 檢測電路由一片89C2051單片機和若干分布在測桿內(nèi)干簧管陣列電路板上的串—并移位寄存器74HC164構(gòu)成類似掃描鍵盤陣列電路結(jié)構(gòu)。干簧管位于行和列的交叉點上。</P><P> 通過控制移位寄存器的輸出，使各列依次變?yōu)榈碗娖?“0”)狀態(tài)，然后檢測各行(P1.0~P1.3)的狀態(tài)。如果某行為低電平(“0”)狀態(tài)，則該行與處于低電平狀態(tài)列的交叉點上的干簧管為閉合狀態(tài)，由此就確定了浮子的位置，即液面位置。由于任一干簧管的位置是確定，故對應(yīng)于任一干簧管的液位也就確定了。</P><P> 變送器電路采用美國AD公司的高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD421芯片。其采用Σ-ΔDAC結(jié)構(gòu)，16位分辨率，標準三線串行數(shù)據(jù)輸入接口，4~20mA電流環(huán)路輸出。變送器24V電源經(jīng)過片內(nèi)電壓調(diào)整電路和調(diào)整管(DN25D)，可提供+5V、+3.3V或+3V的外部電路工作電源。同時還能提供+1.25V、+2.5V基準電源。</P><P> 電容C1、C2、C3與片內(nèi)DAC后時序濾波器相聯(lián)，CPU可以在時鐘端CLOCK的上升沿將數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)端DATA，輸入至內(nèi)部移位寄存器，在LATCH上升沿鎖存到DAC鎖存器，從而完成數(shù)字信號到4~20mA標準電流信號的轉(zhuǎn)換。<BR> <BR> 軟件設(shè)計<BR> <BR> 89C2051內(nèi)置2K Flash程序存儲器，用來存放用戶程序。程序采用模塊化設(shè)計方法，主要包括干簧管接點掃描子程序、液位計算子程序、D/A輸出控制子程序、LCD顯示子程序以及RS-485通信子程序等。干簧管接點掃描子程序通過逐列掃描，按行讀入各干簧管觸點狀態(tài)，并將其映射到20H開始的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲單元中，其程序如下：<BR> <BR> ；干簧管接點掃描子程序<BR> <BR> SCAN：MOV R7，X；設(shè)置循環(huán)計數(shù)初值=74HC164芯片數(shù)×4<BR> <BR> MOV R0，#20H；設(shè)置存儲單元指針初值<BR> <BR> CLR P1.5；使74HC164串行輸入為“0”<BR> <BR> NOP</P><P> SCA： CLR P1.4<BR> <BR> NOP</P><P> SETB P1.4；74HC164時鐘輸入端產(chǎn)生一個移位脈沖<BR> <BR> MOV A，P1；讀入行值<BR> <BR> ANL A，#0FH ；保留低4位<BR> <BR> MOV B，A；暫存<BR> <BR> CLR P1.4<BR> <BR> NOP<BR> <BR> SETB P1.4；再移一位(掃描下一列)<BR> <BR> MOV A，P1<BR> <BR> ANL A，#0FH<BR> <BR> SWAP A<BR> <BR> ORL A，B；將相鄰兩列狀態(tài)合并成一個字節(jié)<BR> <BR> MOV @R0，A；存入映像存儲單元<BR> <BR> INC R0；指向下一映像存儲單元<BR> <BR> DJNZ R7，SCA；循環(huán)<BR> <BR> RET；返回<BR> <BR> 由于受磁浮子磁場分布范圍的影響，在相應(yīng)液面位置上可能會導(dǎo)致相鄰幾個干簧管同時閉合，因此對于各種不同的狀態(tài)組合，程序中考慮了不同的處理結(jié)果。對于個別干簧管可能出現(xiàn)的性導(dǎo)通，軟件上采用了相應(yīng)的處理措施，也就是利用接點的變化來確定當(dāng)前磁浮子的位置(即液位)。</P><P> 結(jié)語</P><P> 該傳感器非常適合小量程移位的測量，測量方法簡單，不受環(huán)境溫度及個別干簧管性導(dǎo)通的影響，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強，安裝方便，維護簡單。因集傳感、變送和通信為一體，易于和計算機檢測與控制系統(tǒng)相連，方便地組成網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用系統(tǒng)，大大降低系統(tǒng)成本，可廣泛應(yīng)用于水利、環(huán)保和農(nóng)業(yè)灌溉等場合。

 上位機主機采用工業(yè)PC機，并配備有打印機和大屏幕監(jiān)視器。上位機系統(tǒng)軟件的主要功能是通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)上位機與下位機間的數(shù)據(jù)傳輸，以及將下位機實時采集的數(shù)據(jù)進行各種處理，包括存入數(shù)據(jù)庫、進行流圖顯示、歷史趨勢圖和棒形圖還有數(shù)據(jù)表的顯示及各種要求的報表打印輸出。為完成以上功能，上位機系統(tǒng)軟件分成以下六大模塊。各模塊之間相對獨立，單獨開發(fā)，但相互之間嚴格按照規(guī)定的協(xié)議開發(fā)，使整個系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)清晰。 <BR> 　　<BR> 　　 (1)主模塊：主要用于完成對整個系統(tǒng)各子功能的控制及調(diào)度。 <BR> 　　<BR> 　　 (2)流程圖顯示功能模塊：主要完成各個工作區(qū)域的流程圖和相應(yīng)參數(shù)變化情況的顯示。為了直觀地反應(yīng)全廠各生產(chǎn)裝置及工藝點的生產(chǎn)運行狀態(tài)，使管理人員對各種狀態(tài)及信息做到一目了然，特別設(shè)計了流程圖顯示及其相應(yīng)功能模塊。對各罐區(qū)按照實際工藝要求顯示其流程圖及相應(yīng)的參數(shù)變化情況。在每程圖的右上方列出了與之相對應(yīng)的重要參數(shù)的當(dāng)前數(shù)據(jù)，從而使得顯示更加直觀、信息掌握更加準確簡便。 <BR> 　　<BR> 　　 (3)歷史趨勢及棒形圖顯示模塊：實現(xiàn)歷史生產(chǎn)狀況的趨勢再現(xiàn)和與之對應(yīng)時間點的棒形圖及數(shù)據(jù)表格顯示。通過歷史趨勢圖的顯示可以對生產(chǎn)狀況有一個縱向的全面了解。在歷史趨勢的顯示中，為了適應(yīng)不同的要求，設(shè)計了按天顯示和按月顯示，以便更全面準確地了解歷史生產(chǎn)狀況。在顯示過程中，還增加了對應(yīng)的時間點上的棒圖及數(shù)據(jù)表格顯示，為用戶提供了多種清晰直觀的選擇，使用更加方便。 <BR> 　　<BR> 　　 (4)數(shù)據(jù)采集及通信模塊：主要完成通信鏈路的建立及數(shù)據(jù)采集和傳輸。數(shù)據(jù)采集及通信是本系統(tǒng)的核心。下位機實時采集的數(shù)據(jù)只有傳輸?shù)缴衔粰C才能被顯示及打印。它有多種顯示及監(jiān)測功能，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性及完整性。 在數(shù)據(jù)采集及通信中，對每次所采集的數(shù)據(jù)均進行正確性及完整性檢測，以保證原始數(shù)據(jù)的正確。通訊的過程是先建立通訊鏈路（即撥通對方的號碼并正確應(yīng)答），然后再建立數(shù)據(jù)鏈路。在建立數(shù)據(jù)鏈路的過程中，通訊雙方要經(jīng)一系列應(yīng)答握手，以調(diào)整協(xié)議及通訊速率，聯(lián)絡(luò)所使用的數(shù)據(jù)壓縮及糾檢錯方法，然后才將數(shù)據(jù)鏈路交由計算機使用。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，計算機在占用數(shù)據(jù)鏈路后，仍要與下位機再次“握手聯(lián)絡(luò)”，將重要的信息作多種處理后再傳至上位機。上位機在接收數(shù)據(jù)過程中，采用“大數(shù)判決”與“否定重發(fā)”的方法。 在建立通信鏈路、數(shù)據(jù)鏈路、握手應(yīng)答及數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€過程中，軟件設(shè)置了多種提示信息，使用戶可在使用中隨時了解當(dāng)前的通信狀態(tài)并進行相應(yīng)處理。在情況下，如通信線路故障等無法正確建立數(shù)據(jù)傳輸通道時，系統(tǒng)會自動重試三次，若不成功則退出。 數(shù)據(jù)傳輸完畢后，要將全部數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的時間關(guān)系存入數(shù)據(jù)庫文件之中。此時要做大量的數(shù)據(jù)處理工作，主要是建立隊列式數(shù)據(jù)文件及時間校準。通過采取以上措施，就能做到數(shù)據(jù)傳輸時的準確和快速，使用方便。 在設(shè)計數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)時，使用了“數(shù)據(jù)管道”。將數(shù)據(jù)文件看作是一個存放數(shù)據(jù)的管道，數(shù)據(jù)每次存入，恰如從管道尾端進入管道，而每進入一個新數(shù)據(jù)，就把管道前端的數(shù)據(jù)擠出去，此即隊列式文件結(jié)構(gòu)。這樣一來，文件及數(shù)據(jù)的存取變得相對簡單了，但是這一隊列要有一定的長度（或是說數(shù)據(jù)管道要有一定的容量），即文件所存放數(shù)據(jù)的持續(xù)時間。根據(jù)現(xiàn)場要求，過多的數(shù)據(jù)保留是不必要的，無用數(shù)據(jù)大量的積累會導(dǎo)致所謂“數(shù)據(jù)垃圾”的產(chǎn)生。為此，每小時的歷史數(shù)據(jù)只保留30天，而每天的綜合數(shù)據(jù)要保留至少一年，此由月文件及年文件來實現(xiàn)。在文件中，每一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均包含一個特定的時間信息，代表這組數(shù)據(jù)在下位機中產(chǎn)生的時刻。使之排列總是按照時間由小到大、由遠至近的順序。 <BR> 　　<BR> 　　 (5)報表打印功能模塊：完成每日、五日以及月報表的打印。 <BR> 　　<BR> 　　 (6)系統(tǒng)設(shè)定模塊：主要用于完成對整個系統(tǒng)的顯示設(shè)置和安全手段設(shè)置。考慮到在進行歷史曲線顯示時的不同要求及系統(tǒng)安全性，設(shè)置了曲線顯示時間間隔設(shè)定及密碼設(shè)定。這樣使得歷史曲線顯示既可以以小時為單位顯示30天內(nèi)任意連續(xù)24小時的數(shù)據(jù)，又可以以天為單位顯示365天內(nèi)任意連續(xù)30天的歷史曲線。 在該數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中設(shè)置了兩級安全保密措施，*級為開機保密設(shè)置，只有系統(tǒng)操作人員及有關(guān)機器管理人員才能開機，可有效地阻止無關(guān)人員使用機器。第二級為系統(tǒng)進入保密，若要進入本系統(tǒng)進行諸如：數(shù)據(jù)采集、曲線顯示、報表打印必須經(jīng)過這一道保密檢查方可，否則系統(tǒng)將退出到安全狀態(tài)，直到確認身份為止。這一級只有少數(shù)系統(tǒng)管理、決策人員才可進入，有效地提高了系統(tǒng)的安全性。 <BR> 　　 <BR> 　　案例提示 <BR> 　　在自來水行業(yè)中使用Witech的產(chǎn)品可以易于維護系統(tǒng)提高了效率，Witech數(shù)據(jù)采集及通信模塊使系統(tǒng)人員能夠建造一個可靠的、成本劃算的監(jiān)視、控制和保護系統(tǒng)。 <BR> 　　在本案例中使用到Witech的產(chǎn)品 <BR> 　　工控機箱、工控電源、工控板卡、數(shù)據(jù)采集及通信模塊、工業(yè)鍵盤、LCD顯示器

 串口通信基本接線方法<BR> 　　目前較為常用的串口有9針串口（DB9）和25針串口（DB25），通信距離較近時(<12m)，可以用電纜線直接連接標準RS232端口(RS422,RS485較遠)，若距離較遠，需附加調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。較為簡單且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連，本文只涉及到較為基本的接法，且直接用RS232相連。<BR> 1.DB9和DB25的常用信號腳說明<BR> 　9針串口（DB9） 25針串口（DB25）<BR> 針號 功能說明 縮寫 針號 功能說明 縮寫<BR> 1 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD 8 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD<BR> 2 接收數(shù)據(jù) RXD 3 接收數(shù)據(jù) RXD<BR> 3 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD<BR> 4 數(shù)據(jù)終端準備 DTR 20 數(shù)據(jù)終端準備 DTR<BR> 5 信號地 GND 7 信號地 GND<BR> 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準備好 DSR 6 數(shù)據(jù)準備好 DSR<BR> 7 請求發(fā)送 RTS 4 請求發(fā)送 RTS<BR> 8 清除發(fā)送 CTS 5 清除發(fā)送 CTS<BR> 9 振鈴指示 DELL 22 振鈴指示 DELL<BR> 2.RS232C串口通信接線方法（三線制）<BR> 首先，串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實現(xiàn)：同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個串口相連或一個串口和多個串口相連<BR> · 同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連 對9針串口和25針串口，均是2與3直接相連； <BR> · 兩個不同串口（不論是同一臺計算機的兩個串口或分別是不同計算機的串口） <BR> 上面表格是對微機標準串行口而言的，還有許多非標準設(shè)備，如接收GPS數(shù)據(jù)或電子羅盤數(shù)據(jù)，只要記住一個原則：接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交叉，信號地對應(yīng)相接，就能百戰(zhàn)百勝。<BR> 3.串口調(diào)試中要注意的幾點：<BR> 串口調(diào)試時，準備一個好用的調(diào)試工具，如串口調(diào)試助手、串口精靈等，有事半功倍之效果； 強烈建議不要帶電插撥串口，插撥時至少有一端是斷電的，否則串口易損壞。 <BR> 單工、半雙工和全雙工的定義<BR> 　如果在通信過程的任意時刻，信息只能由一方A傳到另一方B，則稱為單工。<BR> 如果在任意時刻，信息既可由A傳到B，又能由B傳A，但只能由一個方向上的傳輸存在，稱為半雙工傳輸。<BR> 如果在任意時刻，線路上存在A到B和B到A的雙向信號傳輸，則稱為全雙工。<BR> 線就是二線全雙工信道。 由于采用了回波抵消技術(shù)，雙向的傳輸信號不致混淆不清。雙工信道有時也將收、發(fā)信道分開，采用分離的線路或頻帶傳輸相反方向的信號，如回線傳輸。<BR> 奇偶校驗<BR> 串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中，由于干擾可能引起信息的出錯，例如，傳輸字符‘E’，其各位為：<BR> 0100，0101=45H<BR> D7 D0<BR> 由于干擾，可能使位變?yōu)?，這種情況，我們稱為出現(xiàn)了“誤碼”。我們把如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯誤，叫“檢錯”。發(fā)現(xiàn)錯誤后，如何消除錯誤，叫“糾錯”。<BR> 較簡單的檢錯方法是“奇偶校驗”，即在傳送字符的各位之外，再傳送1位奇/偶校驗位。可采用奇校驗或偶校驗。<BR> 奇校驗：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗位）中，“1”的個數(shù)為奇數(shù)，如：<BR> 1 0110，0101<BR> 0 0110，0001<BR> 偶校驗：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗位）中，“1”的個數(shù)為偶數(shù)，如：<BR> 1 0100，0101<BR> 0 0100，0001<BR> <BR> 奇偶校驗?zāi)軌驒z測出信息傳輸過程中的部分誤碼（1位誤碼能檢出，2位及2位以上誤碼不能檢出），同時，它不能糾錯。在發(fā)現(xiàn)錯誤后，只能要求重發(fā)。但由于其實現(xiàn)簡單，仍得到了廣泛使用。<BR> 有些檢錯方法，具有自動糾錯能力。如循環(huán)冗余碼（CRC）檢錯等。 <BR> 串口通訊流控制<BR> 我們在串行通訊處理中，常?？吹絉TS/CTS和XON/XOFF這兩個選項，這就是兩個流控制的選項，目前流控制主要應(yīng)用于調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)通訊中，但對普通RS232編程，了解一點這方面的知識是有好處的。那么，流控制在串行通訊中有何作用，在編制串行通訊程序怎樣應(yīng)用呢？這里我們就來談?wù)勥@個問題。 </P><P> 1.流控制在串行通訊中的作用<BR> 這里講到的“流”，當(dāng)然指的是數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)在兩個串口之間傳輸時，常常會出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，或者兩臺計算機的處理速度不同，如臺式機與單片機之間的通訊，接收端數(shù)據(jù)緩沖區(qū)已滿，則此時繼續(xù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)就會丟失?，F(xiàn)在我們在網(wǎng)絡(luò)上通過MODEM進行數(shù)據(jù)傳輸，這個問題就尤為突出。流控制能解決這個問題，當(dāng)接收端數(shù)據(jù)處理不過來時，就發(fā)出“不再接收”的信號，發(fā)送端就停止發(fā)送，直到收到“可以繼續(xù)發(fā)送”的信號再發(fā)送數(shù)據(jù)。因此流控制可以控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M程，防止數(shù)據(jù)的丟失。 PC機中常用的兩種流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和軟件流控制XON/XOFF（繼續(xù)/停止），下面分別說明。 </P><P> 2.硬件流控制<BR> 硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒）流控制。<BR> 硬件流控制必須將相應(yīng)的電纜線連上，用RTS/CTS（請求發(fā)送/清除發(fā)送）流控制時，應(yīng)將通訊兩端的RTS、CTS線對應(yīng)相連，數(shù)據(jù)終端設(shè)備（如計算機）使用RTS來起始調(diào)制解調(diào)器或其它數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)流，而數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器）則用CTS來起動和暫停來自計算機的數(shù)據(jù)流。這種硬件握手方式的過程為：我們在編程時根據(jù)接收端緩沖區(qū)大小設(shè)置一個高位標志（可為緩沖區(qū)大小的75％）和一個低位標志（可為緩沖區(qū)大小的25％），當(dāng)緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量達到高位時，我們在接收端將CTS線置低電平（送邏輯0），當(dāng)發(fā)送端的程序檢測到CTS為低后，就停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收端緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量低于低位而將CTS置高電平。RTS則用來標明接收設(shè)備有沒有準備好接收數(shù)據(jù)。<BR> 常用的流控制還有還有DTR/DSR（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒）。我們在此不再詳述。由于流控制的多樣性，我個人認為，當(dāng)軟件里用了流控制時，應(yīng)做詳細的說明，如何接線，如何應(yīng)用。 </P><P> 3.軟件流控制<BR> 由于電纜線的限制，我們在普通的控制通訊中一般不用硬件流控制，而用軟件流控制。一般通過XON/XOFF來實現(xiàn)軟件流控制。常用方法是：當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量超過設(shè)定的高位時，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XOFF字符（十進制的19或Control-S，設(shè)備編程說明書應(yīng)該有詳細闡述），發(fā)送端收到XOFF字符后就立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量低于設(shè)定的低位時，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XON字符（十進制的17或Control-Q），發(fā)送端收到XON字符后就立即開始發(fā)送數(shù)據(jù)。一般可以從設(shè)備配套源程序中找到發(fā)送的是什么字符。<BR> 應(yīng)該注意，若傳輸?shù)氖嵌M制數(shù)據(jù)，標志字符也有可能在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)而引起誤操作，這是軟件流控制的缺陷，而硬件流控制不會有這個問題。

 “在線”<BR> 電路在線維修測試儀中的“在線”一詞，與其他領(lǐng)域中通常使用的“在線”不同，在其他領(lǐng)域中我們通常將“在線”檢測用英語表示為“On-line”。這里所說的“在線”，是“在線路中”的意思，表示不把元器件從電路板上焊下來，直接對電路板上的元器件進行檢測，在英語中用“In-circuit”這個詞可能更確切。但由于歷史原因，目前國內(nèi)大多數(shù)人仍叫“在線測試”。</P><P> 2、 邏輯器件測試速度<BR> 邏輯器件測試速度是指測試儀每秒可向被測器件輸入端施加多少個測試向量（Test Vector），即TV/S，這是衡量測試儀性能的重要指標，速度越快越好，表明測試儀的檔次越高。JQ3000可達610KTV/S（國外測試儀Pinpoint達10MTV/S，QT200達500KTV/S）。該指標應(yīng)準確、穩(wěn)定，不隨微機的檔次而變。該指標的主要作用是解決同一型號但不同類型邏輯器件采用同一測試速度有時不能測試成功的問題。</P><P> 3、數(shù)字通道驅(qū)動電平<BR> 指測試儀的數(shù)字通道能支持什么樣的輸入輸出電平。從測試儀的硬件來講，能夠支持全邏輯電平系列數(shù)字器件的測試儀肯定比只支持單一電平的測試儀要復(fù)雜的多。<BR> JQ系列測試儀可以根據(jù)被測器件的需要，將器件輸入輸出端設(shè)置成±15V之內(nèi)的任意電平，允許輸入輸出電平不*，*適合全邏輯電平系列數(shù)字器件的測試。<BR> 如果測試儀的輸入輸出電平不可選擇，一般情況下說明測試儀只能適應(yīng)一種輸入輸出邏輯電平，即TTL電平。換句話說，測試儀是5V的數(shù)字通道。<BR> 數(shù)字通道所能支持的輸入輸出電平與測試儀所能提供多少個程控輸出電源沒有必然的聯(lián)系。</P><P> 4、測試儀的通道數(shù)<BR> 測試儀所配置的通道數(shù)，決定了所能測試的器件的大管腳數(shù)，通道分為數(shù)字通道和模擬通道。只有在通道性能指標*相同的情況下，比較通道的多少才有意義，通道數(shù)多的肯定價格高。只能支持+5V輸入輸出的數(shù)字通道肯定不如支持全邏輯電平的測試儀性能好。</P><P> 5、數(shù)字通道大驅(qū)動電流<BR> 大驅(qū)動電流是指在保證通道驅(qū)動電平合乎邏輯電平要求時所能流出或吸入電流大值。該電流值越大，測試儀適應(yīng)能力越強。一般低檔測試儀的驅(qū)動電平在200mA左右。高檔產(chǎn)品均遠在該指標之上。Pinpoint測試儀大750mA，QT200大500mA，JQ3000大400mA。<BR> 用戶可使用公司提供的測試方法檢驗該指標。</P><P> 6、模擬通道掃描電壓<BR> 在所有模擬通道全部開路時，測試儀所能輸出的大電壓值。某些測試儀采用分檔提供輸出電壓，捷聯(lián)啟威測試儀提供的輸出電壓為±1V～±28V，0.5V（實際可達0.1V）增量的范圍。用戶使用示波器即可觀察。</P><P> 7、模擬通道的大掃描電流<BR> 掃描電壓處于大值，輸出短路時的電流。在測試集成電路時，一般需要幾毫安到幾十毫安的電流。但用于有一定功率元件的測試時，如果模擬通道只能提供幾毫安到幾十毫安的電流，顯然太小，不能滿足測試要求。測試儀應(yīng)能提供數(shù)百毫安的輸出電流，以滿足功率元器件的測試。<BR> 捷聯(lián)啟威測試儀的輸出電流大可達150毫安，能滿足測試具有一定功率的器件的要求，比如功率三極管、可控硅等。<BR> 用戶可使用公司提供的測試方法檢驗該指標。</P><P> 8、模擬通道的掃描頻率<BR> 頻率是指模擬通道每秒可以向被測器件提供多少個掃描波形，能夠提供的頻率越高，測試儀的檔次越高，性能越好。頻率范圍越廣，對容性、感性負載的適應(yīng)性就越強。<BR> JQ3000通道掃描頻率在掃描分辨率8、16、32、64、128點5檔可選情況下，48hz～41.6khz共30檔可選；<BR> JQ2000在掃描分辨率8、16、32、64、128點5檔可選情況下，48hz～1khz共20檔可選。<BR> 捷聯(lián)啟威測試儀模擬通道掃描頻率指標大大高于同類國產(chǎn)測試儀產(chǎn)品，更重要的是曲線失真度小、頻率不隨配接微機的不同而變化，十分穩(wěn)定、準確，保證了對模擬類器件測試的準確性，保證了ASA測試的可靠性、*性、準確性、可重復(fù)性

 其實，嵌入式系統(tǒng)并不是一個新生的事物，從八十年代起，上就有一些IT組織、公司，開始進行商用嵌入式系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的研發(fā)。這其中涌現(xiàn)了一些的嵌入式系統(tǒng)： </P><P> Windows CE <BR> Microsoft Windows CE是從整體上為有限資源的平臺設(shè)計的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。它的模塊化設(shè)計允許它對于從掌上電腦到的工業(yè)控制器的用戶電子設(shè)備進行定制。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200K的ROM。 </P><P> VxWorks <BR> VxWorks是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用較廣泛、的系統(tǒng)。它支持多種處理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS RX000、POWER PC等等。大多數(shù)的VxWorks API是專有的。采用GNU的編譯和調(diào)試器。 </P><P> pSOS <BR> ISI公司已經(jīng)被WinRiver公司兼并，現(xiàn)在pSOS屬于WindRiver公司的產(chǎn)品。這個系統(tǒng)是一個模塊化、高性能的實時操作系統(tǒng)，專為嵌入式微處理器設(shè)計，提供一個*多任務(wù)環(huán)境，在定制的或是商業(yè)化的硬件上提供高性能和高可靠性?？梢宰岄_發(fā)者根據(jù)操作系統(tǒng)的功能和內(nèi)存需求定制成每一個應(yīng)用所需的系統(tǒng)。開發(fā)者可以利用它來實現(xiàn)從簡單的單個獨立設(shè)備到復(fù)雜的、網(wǎng)絡(luò)化的多處理器系統(tǒng)。 </P><P> QNX <BR> QNX是一個實時的、可擴充的操作系統(tǒng)，它部分遵循POSIX相關(guān)標準，如：POSIX.1b實時擴展。它提供了一個很小的微內(nèi)核以及一些可選的配合進程。其內(nèi)核僅提供4種服務(wù)：進程調(diào)度、進程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進程在獨立的地址空間運行。所有其它OS服務(wù)，都實現(xiàn)為協(xié)作的用戶進程，因此QNX內(nèi)核非常小巧(QNX4.x大約為12Kb)而且運行速度極快。這個靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實際的需求，將系統(tǒng)配置成微小的嵌入式操作系統(tǒng)或是包括幾百個處理器的超級虛擬機操作系統(tǒng)。 </P><P> Palm OS <BR> 3Com公司的Palm OS在PDA市場上占有很大的，它有開放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（API），開發(fā)商可以根據(jù)需要自行開發(fā)所需要的應(yīng)用程序。 </P><P> OS-9 <BR> Microwave的OS-9是為微處理器的關(guān)鍵實時任務(wù)而設(shè)計的操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于高科技產(chǎn)品中，包括消費電子產(chǎn)品、工業(yè)自動化、無線通訊產(chǎn)品、醫(yī)療儀器、數(shù)字電視/多媒體設(shè)備。它提供了很好的安全性和容錯性。與其他的嵌入式系統(tǒng)相比，它的靈活性和可升級性非常突出。 </P><P> LynxOS <BR> Lynx Real-time Systems的LynxOS是一個分布式、嵌入式、可規(guī)模擴展的實時操作系統(tǒng)，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c標準。LynxOS支持線程概念，提供256個全局用戶線程優(yōu)先級；提供一些傳統(tǒng)的、非實時系統(tǒng)的服務(wù)特征；包括基于調(diào)用需求的虛擬內(nèi)存，一個基于Motif的用戶圖形界面，與工業(yè)標準兼容的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及應(yīng)用開發(fā)工具。 </P><P> </P><P> 圖1 1998-2000年嵌入式操作系統(tǒng)使用趨勢</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2004631444658460.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2004631444658460.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 圖2 在未來24個月中打算使用的嵌入式操作系統(tǒng)</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2004631454189679.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2004631454189679.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 目前，世面上有很多商業(yè)性嵌入式系統(tǒng)都在努力地為自己爭取著嵌入式市場的份額（見圖1）。但是，這些操作系統(tǒng)均屬于商業(yè)化產(chǎn)品，價格昂貴；而且，由于它們各自的源代碼不公開，使得每個系統(tǒng)上的應(yīng)用軟件與其它系統(tǒng)都無法兼容。并且，由于這種封閉性還導(dǎo)致了商業(yè)嵌入式系統(tǒng)在對各種設(shè)備的支持方面存在很大的問題，使得對它們的軟件移植變得很困難。在嵌入式這個IT產(chǎn)業(yè)的新的關(guān)鍵領(lǐng)域，Linux操作系統(tǒng)適時地出現(xiàn)在了國家和國內(nèi)各嵌入式廠商面前，由于Linux自身諸多優(yōu)勢，吸引了許多開發(fā)商的目光，成為嵌入式操作系統(tǒng)的新寵（見圖2）。它的出現(xiàn)無疑為國家發(fā)展嵌入式操作系統(tǒng)事業(yè)提供了一個極有吸引力的機會。

  開發(fā)階段的調(diào)制方法</P><P> 1.1 RAM版本的目標系統(tǒng)調(diào)試</P><P> 通過ICE（In-Circuit-Emulate）來調(diào)試目標板是開發(fā)人員較常用的手段。在產(chǎn)品開發(fā)初<BR> 期，由于各種軟件和硬件問題很多，通過仿真器并結(jié)合邏輯分析儀、示波器等硬件信號測<BR> 試工具能夠很好地發(fā)現(xiàn)問題。</P><P> 在仿真器環(huán)境下，通過仿真器的監(jiān)控軟件來控制用戶軟件的運行，使用斷點、單步跟蹤和<BR> 查看變量、CPU寄存器、存儲器的數(shù)值等手段來查找問題。由于仿真器的軟件和硬件需要<BR> 一定的CPU資源，用戶軟件在仿真器環(huán)境下運行和脫離仿真器后獨立運行是有區(qū)別的。好<BR> 的仿真器能夠盡量減小這<BR> 種區(qū)別。常見的仿真器從技術(shù)上區(qū)分有：單CPU仿真器、雙CPU仿真器和ROM仿真器。</P><P> 在仿真器環(huán)境下，程序一般是在仿真器的RAM存儲器中運行的，所以這種階段也稱為“RA<BR> M版本的目標系統(tǒng)調(diào)試”。</P><P> 1.2 ROM版本的目標系統(tǒng)調(diào)試</P><P> 在仿真器環(huán)境下，目標板運行調(diào)試正確后，一般的做法是將應(yīng)用程序?qū)懭肽繕税宓姆且资?lt;BR> 性存儲器中，讓目標板單獨運行。在很多情況下，目標板系統(tǒng)往往不能運行或者運行結(jié)果<BR> 和仿真器環(huán)境下不*。而沒有連接仿真器，無法觀察各種軟件狀態(tài)，給分析問題造成一<BR> 定困難。在目標板上設(shè)<BR> 計指示電路有助于發(fā)現(xiàn)問題；在電路板上增加1個LED是較簡單也是很有效的方法。對于復(fù)<BR> 雜系統(tǒng)，可以設(shè)計1個數(shù)碼管顯示輸出接口，或者設(shè)計1個調(diào)試用串口，將調(diào)試信息發(fā)送到<BR> PC機上顯示。</P><P> 在使用PC機作為顯示輸出設(shè)備時，一般的做法是使用Winodws自帶的超級終端軟件，無需<BR> 另外編制程序。和前二種方法相比，該方法的接口信號是雙向的，調(diào)試者可以通過PC機輸<BR> 入信息到目標板中，設(shè)定顯示信息的類別。這一點，對于復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)試是很有價值的，<BR> CISCO公司的很多路由器<BR> 產(chǎn)品就使用這種方法來維護和調(diào)試。</P><P> 2 生產(chǎn)階段的測試方法</P><P> 生產(chǎn)階段的測試只是對硬件電路或者系統(tǒng)進行測試。測試目的是為了對產(chǎn)品或者部件進行<BR> 分檢，找出有缺陷的產(chǎn)品。測試內(nèi)容包括：</P><P> *裸板測試——檢查未安裝元器件的電路板上的開路和短路缺陷；</P><P> *成品生產(chǎn)缺陷分析——檢查已安裝元器件的電路板上焊點的短路和開路缺陷；</P><P> *成品電氣性能測試——認證每個單元器件的上電運作；</P><P> *產(chǎn)品功能測試——認證電路模塊的功能。</P><P> 生產(chǎn)測試和開發(fā)階段的硬件測試不同，需要測試方法快速、能成批測試，易于在制造生產(chǎn)<BR> 線上安裝。在生產(chǎn)的不同階段使用的測試工具和技術(shù)也不相同。目前常用的測試工具和技<BR> 術(shù)有：人工視覺檢查（MVI）、在線測試（ICT）、自動光學(xué)測試（AOI）、自動X射線測試<BR> （AXI）。其中人工視 <BR> 醪饈裕∕VI）只能用于小批量試制產(chǎn)品。</P><P> 在線測試（ICT）是較常用的一種線路板測試方法：使用專門的針床與已焊接好的線路板<BR> 上的元器件接觸，通過針床在線路板上施加微小電壓來測試線路通斷、元件是否正確安裝<BR> 。由于需要為特定電路板設(shè)計夾具，適合于單一品種民用型家電線路板極大規(guī)模生產(chǎn)<BR> 的測試；缺點是在高密 <BR> 鵲腟MT線路板測試困難。目前的替代解決辦法是使用光學(xué)方法測試（如AOI，AXI），或者<BR> 使用邊界掃描技術(shù)（即基于IEEE1394標準的JTAG測試接口）測試。后者需要IC或者線路板<BR> 支持此技術(shù)。</P><P> 功能測試是生產(chǎn)過程的后階段使用，測試線路板或者系統(tǒng)的功能指標，一般的功能測試<BR> 需要設(shè)計測試設(shè)備和測試軟件。</P><P> 3 現(xiàn)場測試技術(shù)</P><P> 現(xiàn)場測試分為三種情況：一種是在線測試，測試設(shè)備不停止運行；一種是停機測試，被測<BR> 試設(shè)備停止運行；第三種為脫機測試，將被測部件從運行現(xiàn)場取出，放到的測試裝備<BR> 上進行測試。從測試技術(shù)角度上說，后二者更容易進行各種測試；對于復(fù)雜系統(tǒng)來說，往<BR> 往故障和問題需要在設(shè)<BR> 備運行時才能發(fā)現(xiàn)和定位，必須進行在線測試。究竟采取哪種方式進行現(xiàn)場測試，取決于<BR> 故障狀況和實際應(yīng)用是否允許立即停機。</P><P> 開發(fā)階段產(chǎn)品和成熟產(chǎn)品的現(xiàn)場測試要求也不同：前者測試目的主要是發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題<BR> ，由產(chǎn)品開發(fā)人員進行；后者側(cè)重于發(fā)現(xiàn)使用中的問題和失效的部件，目的是更換部件，<BR> 由產(chǎn)品使用人員進行。（但測試方法和步驟也有可能是設(shè)計人員制定的。）</P><P> 現(xiàn)場測試和試驗室測試的大區(qū)別就是測試設(shè)備難以安裝和連接：線路板封閉在機箱中，<BR> 測試信號線很難引入，即使設(shè)備外殼上留有測試插座，測試信號線也需要很長，傳統(tǒng)的在<BR> 線仿真器在現(xiàn)場測試中無法使用。另一方面，現(xiàn)場往往沒有實驗室里的各種測試儀器和設(shè)<BR> 備，因此，必須有更好<BR> 的方法和手段來完成測試。</P><P> 嵌入式處理器中目前有很多芯片具有類似Motorola公司683XX系列處理器的BDM調(diào)試接<BR> 口（詳見第5部分）。這種接口是串行的，處理器內(nèi)部固化了調(diào)試微碼，為現(xiàn)場測試 <BR> 帶來了方便。對于不具備這種接口的嵌入式計算系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計時將關(guān)鍵信號點引出到<BR> 一個測試接口插座上，通過該插座可輸入測試激勵信號和觀察輸出信號；對于軟件測試，<BR> 可使用前文中所述的ROM板測試方法，外接顯示部件來觀察程序運行情況。</P><P> 軟件現(xiàn)場調(diào)試的另外一個要求是程序應(yīng)能夠現(xiàn)場下載，以便在發(fā)現(xiàn)問題后能夠修改軟件。<BR> 現(xiàn)場在線下載程序的方法有兩種：一種是使用具有ISP功能的處理（如Philips公司的P89<BR> C51RD系列MCU等），另一種方案是將軟件設(shè)計成兩部分，一部分是應(yīng)用功能軟件，另一部<BR> 分是完成前者下載到系 <BR> 持械南略贗ㄐ湃砑Ｎ蘼勰鬧址椒?，下载掉[骰荘C機。如果需要達到遠程調(diào)試和下<BR> 載的目的，則要使用后一種方案。例如，在Echelon公司的Lonwork現(xiàn)場總線產(chǎn)品中，每個<BR> 節(jié)點中的程序均可以通過網(wǎng)絡(luò)下載，這種功能為多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試帶來了極大方<BR> 便。</P><P> 4 可測試性設(shè)計</P><P> 在產(chǎn)品開發(fā)初期，產(chǎn)品測試的目的是驗證產(chǎn)品設(shè)計的正確性，而可測試性部件的存在則能<BR> 加快測試速度，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；在生產(chǎn)階段，通過測試來剔除有缺陷的產(chǎn)品和部件；<BR> 在使用階段，測試則用于故障定位，找出失效的部件并更換或者維修?？梢?，產(chǎn)品的測試<BR> 在產(chǎn)品生命周期各階段<BR> 均有十分重要的作用?？蓽y試性設(shè)計應(yīng)該在產(chǎn)品設(shè)計初期就加以考慮，結(jié)合測試在不同階<BR> 段的作用來設(shè)計測試模塊和接口。</P><P> 產(chǎn)品的可測試性設(shè)計要考慮的問題有：測試的目的、測試部件的位置、測試部件的基本要<BR> 素、內(nèi)置測試部件與外部測試設(shè)備儀器之間的電氣和機械連接，添加測試部件對被測模塊<BR> 功能和性能的影響、測試部件的成本以及何時使用測試功能等。</P><P> 如前所述，測試在產(chǎn)品不同階段是有差別的。在產(chǎn)品開發(fā)階段，很多參數(shù)需要定量和詳細<BR> 地進行測試，以驗證產(chǎn)品在各種不同情況下是否能正常工作；測試參數(shù)，測試點較多，可<BR> 以方便地連接各種外部測試儀器，也不需要考慮添加測試部件所帶來的附加成本。在產(chǎn)品<BR> 生產(chǎn)和使用階段，測試<BR> 的節(jié)點和參數(shù)數(shù)量也相對減少，測試一般是定性的，無需借助于外部設(shè)備的自測試，成本<BR> 因素也必須考慮。</P><P> 測試部件一般位于被測部件的接口和邊界位置上，如圖上所示，用于產(chǎn)品控制被測部件的<BR> 激勵信號和采樣被測部件的輸出信號。測試部件一般由測試信號源、信號傳輸通道、測試<BR> 觀察裝置等組成。測試部件可以*包含在被測部件中，也可部分位于外部（如外接信號<BR> 源和示波器等）。對于<BR> 自動測試，測試部件還包括被測部件的預(yù)期輸出存儲部件比較部分。</P><P> 在一個系統(tǒng)中，如何劃分模塊，確定測試位置（即模塊的邊界）是關(guān)系到可測試性設(shè)計是<BR> 否合理的首要問題。模塊間小相關(guān)原則和模塊內(nèi)小相似原則是兩個重要依據(jù)：前者保<BR> 證測試可以獨立進行，不需要很多其它模塊的配合；后者可以使測試能正確反映被測模塊<BR> 的大部分工況，不至于<BR> 漏測很多工作狀態(tài)。</P><P> 很多情況下，從被測模塊的邊界直接引出信號有困難，測試信號需要經(jīng)過其它模塊引入到<BR> 被測模塊上。如果作為信號路徑的模塊對信號特征沒有改變，則稱這種測試路徑是透明的<BR> ，路徑模塊必須能在旁路模式和正常工作模式之間切換，實現(xiàn)起來有局限性。對于硬件來<BR> 說，較簡單的透明路徑<BR> 是使用跳線。</P><P> 對于簡單嵌入式系統(tǒng)來說，測試一般包括上電自測試和人為測試。后者在故障出現(xiàn)時進行<BR> 。對于復(fù)雜系統(tǒng)來說，還包括定時自動測試，比如在大型程控交換機和飛機機載電子設(shè)備<BR> 的運行過程中，均定時進行自檢。</P><P> 可測試性設(shè)計還應(yīng)考慮測試功能所使用對象的不同。產(chǎn)品設(shè)計人員、產(chǎn)品使用人員和產(chǎn)品<BR> 維護人員對測試內(nèi)容的要求是同的，需要進行分層次的可測試性設(shè)計。</P><P> 對于硬件和系統(tǒng)的可測試性設(shè)計已有IEEE1149.1/4/5等標準可以借鑒，對于單純的軟件測<BR> 試，目前尚無具體和統(tǒng)一的標準，只有諸如代碼格式分析、白盒測試、黑盒測試、覆蓋測<BR> 試等測試方法。軟件測試的途徑有兩個。一是在源代碼中增加大量測試代碼，使用條件編<BR> 譯指令來控制形成調(diào)試<BR> 、測試和終發(fā)布等不同版本。調(diào)測版本的代碼規(guī)模要比終的發(fā)布版本大很多，在問題<BR> 解決后，一般將臨時性測試代碼通過編譯開關(guān)屏蔽。另外一個軟件測試途徑是使用的<BR> 測試軟件（如法國Telelogic公司的LOGISCOPE測試工具），這些測試軟件能完成諸如覆蓋<BR> 測試、代碼格式分析等<BR> 功能，但均是針對特定的語言和操作系統(tǒng)環(huán)境，使用上一些限制。</P><P> 還需要說明的就是“可觀測”設(shè)計的概念?？捎^測性和可測試性不同，不需要加入激勵信<BR> 號，只觀察系統(tǒng)運行中某些內(nèi)部狀態(tài)，比如軟件中某個重要變量的數(shù)值變化，硬件電路中<BR> 某個IC引腳的信號電平等。在設(shè)計中，應(yīng)該保留這些觀察接口，以便需要時用它來判斷和<BR> 分析系統(tǒng)的問題。一個<BR> 可測試的系統(tǒng)，一定是可觀測的，反之則不然。設(shè)計可測試性系統(tǒng)的目的是為了以后修改<BR> 和改進設(shè)計，而使系統(tǒng)具有可觀測性則是為了維護系統(tǒng)，判斷哪個是出故障的部件，以便<BR> 更換?？蓽y試性設(shè)計一般用于新產(chǎn)品，而可觀測性設(shè)計用于成熟產(chǎn)品。當(dāng)然，在結(jié)構(gòu)、安<BR> 裝條件和成本允許的情<BR> 況下，成熟產(chǎn)品也應(yīng)具有可測試性。實際上，由于處理器技術(shù)和芯片的日新月異，已經(jīng)不<BR> 存在真正意義上的成熟產(chǎn)品了。</P><P> 在一類產(chǎn)品中的可測試性設(shè)計應(yīng)該具有*性，例如，用紅色LED表示電源狀態(tài)，所有電<BR> 路板均應(yīng)采用紅色LED，點亮的頻率也應(yīng)該*。作為企業(yè)，應(yīng)制定相關(guān)的測試接口標準<BR> ，并且這些標準應(yīng)符合行業(yè)習(xí)慣或者行業(yè)標準。</P><P> 5 測試和調(diào)試接口標準</P><P> 測試和調(diào)試接口標準：JTAG和BDM。</P><P> 5.1 背景調(diào)試模式</P><P> 在使用傳統(tǒng)的ICE來調(diào)試時，使用ICE中的CPU來取代目標板中的CPU，目標板和ICE之間使<BR> 用多芯扁平電纜來連接，而ICE在使用時一般還需要縮主機（一般來PC）來連接。</P><P> 在一些微處理器內(nèi)部已經(jīng)包含了用于調(diào)試的微碼，調(diào)試時仿真器軟件和目標板上的C<BR> PU的調(diào)試微碼通信，目標板 <BR> 上的CPU無需取出。由于軟件調(diào)試指令無需經(jīng)過一段扁平電纜來控制目標板，避免了高頻<BR> 操作限制、交流和直流的不匹配以及調(diào)試線纜的電阻影響等問題。這種調(diào)試模式在Motor<BR> ola公司產(chǎn)品68300系列中被稱為背景調(diào)試模式BDM（Background Debug <BR> Mode）。在仿真器和目標之間使用8芯（或者10芯）的BDM接口來連接，其他公司的嵌入式<BR> 處理器也有類似功能，不過叫法不同，例如AMD公司在其X86微處理器上提供“AMDebug”<BR> 的調(diào)試接口。</P><P> <BR> 實際上，BDM相當(dāng)于將ICE仿真器軟件和硬件內(nèi)置在處理器，這使得我們直接使用PC機的并<BR> 口來調(diào)試軟件，不再需要ICE硬件，大大節(jié)約了汽油發(fā)成本。一些調(diào)試器供應(yīng)商也提供這<BR> 種軟件產(chǎn)品（如XRAY）。對于用戶來說，為了調(diào)試一些特定問題，可以直接使用BDM命令<BR> 來調(diào)試目標系統(tǒng)，以彌補<BR> 商業(yè)調(diào)試軟件的不足。</P><P> BDM接口有8根信號線，也有為10根信號線的，如圖2所示。調(diào)試軟件通過4腳使CPU進入背<BR> 景調(diào)試模式，調(diào)試命令的串行信號則8通過腳輸入,同時4腳輸入信號步時鐘，而CPU中的微<BR> 碼在執(zhí)行命令后會在10腳輸出調(diào)試結(jié)果指示信號。可見，BDM接口引線由并口和PC機相連<BR> ，調(diào)試命令則是通過串行<BR> 方式輸入的。</P><P> 目前在CPU內(nèi)置的調(diào)試接口和微碼方面，各廠家尚無統(tǒng)一標準。處理器廠家、工具開發(fā)公<BR> 司和儀器制造商曾于1998年組成了Nexus 5001 Forum(Nexus 5001論壇)，成員包括Motor<BR> ola、Infineon <BR> Technologies、日立、ETAS和惠普公司等，正致力于制定一個統(tǒng)一的片上通用調(diào)試接口。<BR> 這方面的進一步情況可查閱</P><P> 5.2 邊界掃描測試技術(shù)和JTAG接口</P><P> 邊界掃描測試技術(shù)（Boundary-Scan Test Architecture）屬于一種可測試性設(shè)計。其基本思想是在芯片引腳和芯片內(nèi)部邏輯之間（即芯片邊界位置）增加串行連接的邊界掃描測試單元，實現(xiàn)對芯片引腳狀態(tài)的設(shè)定和讀取 ，使芯片引腳狀態(tài)具有可控性和可觀測性。</P><P> 邊界掃描測試技術(shù)初由各大半導(dǎo)體公司（Philips、IBM、Intel等）成立的聯(lián)全測試行<BR> 動小組JTAG（Join Test Action Group）于1988年提出，1990年被IEEE規(guī)定為電子產(chǎn)品可測試性設(shè)計的標準（IEEE1149.1/2/3）。目前，該標準已被一些大規(guī)模集成電路所采用（如DSP、CPU、FPGA等），而訪問 邊界掃描測試電路的接口信號定義標準被稱為JTAG接口，很多嵌入式處理器內(nèi)置了這種測 試接口。在Cygnal公司腃8051F000系列單片機中和一些FPGA芯片中，JTAG接口不僅能用于測試，也是器件的編程<BR> 接口。</P><P> IEEE1149.1標準支持以下3種測試功能：</P><P> *內(nèi)部測試——IC內(nèi)部的邏輯測試；</P><P> *外部測試——IC間相互連接的測試；</P><P> *取樣測試——IC正常運行時的數(shù)據(jù)取樣測試。</P><P> 圖3給出了具有2個芯片的系統(tǒng)的邊界掃描測試原理。</P><P> 圖3中，TCK為測試同步時鐘輸入，TMS為測試模式選中輸入，TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，TDO為<BR> 測試數(shù)據(jù)輸出，由測試移位寄存器產(chǎn)品。圖3中的小方框表示位于芯片外圍的邊界掃描測<BR> 試邏輯單元，芯片每個引腳信號經(jīng)過邊界掃描單元和內(nèi)部的功能單元相連接。</P><P> 目前，邊界掃描技術(shù)的應(yīng)用主要在數(shù)字IC的測試上，這種設(shè)計思想也可用于模擬系統(tǒng)、板<BR> 級測試甚至系統(tǒng)測試上。IEEE也制定了和IEEE1149.1相類似的標準IEEE P1149.4（數(shù)?；?lt;BR> 合信號測試總線標準）、IEEE 1149.5（電路板測試和維護總線標準）

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