通信類(lèi)終端的嵌入式USB2.0 主機的測試分析

　　(1)原來(lái)我們采用的方案只支持一個(gè)USB 主機接口，所以在片上只集成一個(gè)USB 主機 CONtroller，測試命令也是基于主機控制器類(lèi)型的。而我們的板級應用是采用了一個(gè)USB Hub與主機 Controller中繼來(lái)實(shí)現多端口應用的擴展，根本無(wú)法進(jìn)行Hub Down Stream Facing Port的測試。

　　(2)并且原廠(chǎng)的測試是在CFE模式下通過(guò)下載運行特定的測試程式來(lái)進(jìn)行測試，在這個(gè)階段，并沒(méi)有實(shí)現USB Hub的初始化以及配置字的操作，也就是說(shuō)USB Hub是不可控的無(wú)法進(jìn)入測試模式的設定。我們的多USB主機端口的應用設計使得系統架構中加入了USB Hub進(jìn)行中繼，已經(jīng)超出了原廠(chǎng)設計的USB測試狀態(tài)機控制范疇，導致了無(wú)法通過(guò)原廠(chǎng)提供的測試命令進(jìn)行測試。再次和原廠(chǎng)技術(shù)支持討論新的測試程式的開(kāi)發(fā)從時(shí)間說(shuō)來(lái)看已經(jīng)不實(shí)際了，客戶(hù)非常關(guān)注并要求我們必須盡快給到USB 主機的測試報告。第一次進(jìn)行嵌入式USB 主機測試就遇到如此棘手的問(wèn)題，工程師們一時(shí)間束手無(wú)策。有沒(méi)有另外的方法呢?

　　3 問(wèn)題分析解決

　　在和客戶(hù)方面的資深工程師分析和討論之后，我們有了一個(gè)非常巧妙的解決方案，當然還需要實(shí)際的測試來(lái)驗證。USB專(zhuān)業(yè)測試人員都知道，USB IF針對USB一致性測試提供了一個(gè)專(zhuān)用測試工具 (USB-IF HS Electrical TEST Tool)以方便開(kāi)發(fā)者進(jìn)行相關(guān)的USB測試。但這個(gè)工具只能運行在PC主機上，而我們的嵌入式系統其實(shí)也是通過(guò)相應的底層命令來(lái)實(shí)現這個(gè)工具相關(guān)的測試功能。從測試拓撲來(lái)看，我們目前的問(wèn)題主要在于嵌入式控制主機無(wú)法實(shí)現對USB Hub的控制和測試模式設定。從控制系統的角度來(lái)說(shuō)，不管是嵌入式控制主機還是PC主機都實(shí)現的是USB主機控制器的作用，也就是說(shuō)我們可以使用PC主機替代嵌入式控制主機，在一臺裝有USB-IF HS Electrical TEST Tool的PC上對產(chǎn)品板級USB Hub進(jìn)行Down Stream Facing Port的TEST Packet測試了。當然，我們首先要斷開(kāi)嵌入式控制主機與USB Hub之間的Up Stream Facing Port并飛線(xiàn)與PC主機的USB接口連接。因為測試單扳本身提供5V供電，所以我們只需要飛出D+/D-/GND三線(xiàn)即可。完成后的圖示如下：

　　USB Hub Up Stream Port飛線(xiàn)圖

　　我們使用了一臺裝有USB-IF HS Electrical TEST Tool的ThinkPad R51作為控制平臺，在按照上面的圖示進(jìn)行測試連接并將產(chǎn)品上電之后我們在測試工具中選擇了Hub類(lèi)測試并發(fā)現了板級的USB Hub。我們已經(jīng)初步實(shí)現了之前關(guān)于控制系統的設想，圖示如下：

　　控制工具設置界面
　在圖示中的Port Control欄中選擇TEST Packet命令，在相應的Port欄中選擇我們需要測試的端口如1，示波器上出現了我們期待已久的信號波形(如下)。按照Lecroy示波器USB2.0測試軟件中的Step by Step，示波器很快就完成了測試并輸出了分析報告。有專(zhuān)業(yè)的分析工具就是不一樣，我們根據測試報告中的關(guān)鍵測試數據，優(yōu)化了我們的電路設計使得主機接口的信號更加理想(圖示如下，本文中不對分析內容進(jìn)行展開(kāi))。

　　優(yōu)化調整后的USB-主機眼圖

　　三 測試總結

　　此次嵌入式USB2.0主機接口眼圖的測試到此算是順利完成了，重新回顧一下我們的測試過(guò)程，感觸頗深?？梢哉f(shuō)因為是第一次進(jìn)行USB高速主機接口的測試，前期的準備工作并不是很充分。但正是有這些突如其來(lái)的問(wèn)題，讓我們可以更加深入的理解和分析USB技術(shù)的原理和測試方法，有很多的收獲和經(jīng)驗和大家一起分享：

　　仔細和深入的解讀產(chǎn)品的規范是我們順利進(jìn)行測試的基礎和依據，例如此次的USB2.0 SPEC。所有的設計和測試都是依據規范展開(kāi)的，只有解讀了規范，才能保證理解USB2.0的內部架構和狀態(tài)控制機，才能保證測試的順利進(jìn)行。

　　真正理解控制系統，此次測試的關(guān)鍵在于工程師首先理解的USB2.0 SPEC的同時(shí)大膽進(jìn)行了控制主機的假定替代。用歸一化的方法來(lái)審視我們的控制系統以及層次化系統功能層面是我們進(jìn)行測試設計創(chuàng )新的保證。

　　一套真正專(zhuān)業(yè)實(shí)用的分析設備和工具非常關(guān)鍵，此次使用的美國力科(Lecory)的數字示波器和USB2.0分析軟件對于我們高效的分析信號和準確的定位問(wèn)題非常關(guān)鍵。有了專(zhuān)業(yè)儀器廠(chǎng)商的支持才能確保產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)度和質(zhì)量。

　　當然，USB主機信號質(zhì)量的測試不僅僅是眼圖部分，USB IF關(guān)于USB2.0一致性測試規范還有很多的測試項目需要完成。而且對于嵌入式USB測試而言，會(huì )面臨更多的挑戰，希望本文可以給到從事嵌入式USB開(kāi)發(fā)測試的工程師一些思路和借鑒。