如何利用邏輯分析儀來(lái)縮短嵌入式系統的開(kāi)發(fā)時(shí)間

前言：

今日依據微控制器(MCU)和數字信號處理器(DSP)所設計的嵌入式系統功能是越來(lái)越復雜，其腳位數設計也越來(lái)越多，不過(guò)當您需要數字設計的重要信息時(shí)，也唯有設計復雜精密的邏輯分析儀才能處理先進(jìn)電子產(chǎn)業(yè)不斷增加的性能及復雜性。

所以使用邏輯分析儀通常是最佳(有時(shí)是唯一)的辦法;例如，若要觀(guān)測狀態(tài)模式中的邏輯，或在眾多的頻道中檢查時(shí)序關(guān)系，您就非得使用邏輯分析儀不可了。

目前還是有許多研發(fā)工程師依賴(lài)著(zhù)其所熟悉的示波器，用來(lái)量測大量的數字信號和除錯(Debug)復雜的數字電路設計，也許您會(huì )覺(jué)得為什么不可以用示波器來(lái)量測，當然可以，只是當您使用邏輯分析儀來(lái)替代示波器量測和除錯(Debug)數字的相關(guān)信號時(shí)，您的研發(fā)時(shí)間將會(huì )大量的縮短，節省您寶貴的研發(fā)時(shí)間，現在您不用馬上相信我，但當您看完下列說(shuō)明后，相信您馬上會(huì )愛(ài)上邏輯分析儀!

量測通道：

在目前的新式微處理器和微控制器其設計的腳位數是越來(lái)越多，所以如果還是使用示波器(量測通道2~4CH)來(lái)觀(guān)察分析的話(huà)，那肯定會(huì )浪費很多的研發(fā)時(shí)間，進(jìn)而造成新產(chǎn)品的上市時(shí)間的延長(cháng)。以下舉例說(shuō)明：假設有一微處理器(MCU)是20PIN的腳位數，共有8個(gè)I/O腳位數，當工程師想要同一時(shí)間來(lái)觀(guān)查分析所有I/O腳之變化和相互間的關(guān)系;此時(shí)使用示波器就沒(méi)辦法辦到，因為示波器最多就只有四個(gè)量測通道，所以最多一次可以同時(shí)間觀(guān)察四個(gè)腳位的I/O變化，所以要觀(guān)察八個(gè)腳位的I/O變化，并不是用示波器看兩次，就可以達到，而且要相互間的關(guān)系也很難作判斷，我想幾乎所有工程師只要使用示波器用來(lái)量測此案例，一定都會(huì )非?？鄲?，而且浪費在此段的量測時(shí)間差不多是占整個(gè)研發(fā)周期1/4;但是假如工程師用邏輯分析儀來(lái)量測此案例時(shí)，您知道會(huì )有多簡(jiǎn)單嗎?因為邏輯分析儀擁有的量測通道從16~數百個(gè)不等(如圖一)，邏輯分析儀可以一次將同一時(shí)間八個(gè)腳位的I/O變化和相互間的關(guān)系，顯示在同一窗口上，可以讓工程師很容易的去觀(guān)察分析，并發(fā)現相互間之差異性，如此，使用邏輯分析儀量測此案例，將會(huì )縮短1/5的研發(fā)周期。

也許您會(huì )認為那么多的量測信道，怎么會(huì )記得哪一個(gè)通道量測哪一個(gè)腳位或是信號，關(guān)于這一點(diǎn)邏輯分析儀也幫您設想到了，您可以針對每個(gè)量測通道更改名稱(chēng)，只要將通道名稱(chēng)更改為您所量測的腳位或是信號名稱(chēng)，哪怕您將此波形檔案儲存起來(lái)，等后續您還要再來(lái)分析此波形時(shí)，也會(huì )很容易進(jìn)入分析狀況，不會(huì )完全搞不清楚狀況。

圖一 邏輯分析儀擁有多個(gè)量測通道

放大分析功能：

在目前的消費性數字電子產(chǎn)品，其功能設計是越來(lái)越精良，也越來(lái)越復雜，且其所要求的質(zhì)量卻不會(huì )因為功能性的提高，而降低產(chǎn)品質(zhì)量，反而是要求越來(lái)越高，所以研發(fā)工程師所面臨的問(wèn)題，就是其所要觀(guān)察分析的波形數據長(cháng)度越來(lái)越長(cháng)，而且最好能把一個(gè)CYCLE程序的波形數據全部顯示出來(lái)，供工程師可以一次性的觀(guān)察分析波形數據。以下舉例說(shuō)明：有一工程師用MCU設計了一個(gè)八位的計數器程序，從0x00開(kāi)始計數到0xFF結束，且其震蕩器是使用8MHz;此時(shí)當工程師使用示波器和邏輯分析儀來(lái)觀(guān)察分析此計數器的計數從0x00~0xFF是否正常時(shí)，它們是否可以一次將0x00~0XFF的波形數據全部抓取顯示出來(lái)?(如圖二)所抓取下來(lái)的波形數據是否可以全部無(wú)限制放大來(lái)分析和放大后波形是否會(huì )失真?(如圖三和圖四)

圖二 均可以抓取0x00~0xFF的波形

圖三 根據上圖目測發(fā)現Bug的波形，將波形放大來(lái)觀(guān)察分析

圖四 當示波器再放大時(shí)，波形顯示已經(jīng)是失真狀態(tài)，但是邏輯分析儀卻沒(méi)有這個(gè)限制，反而利用水平放大的功能，來(lái)尋找目測難以發(fā)現的Bug，如圖本來(lái)0xFF之后是要接0x00，但是經(jīng)過(guò)放大后，卻發(fā)現在0xFF和0x00之間有一個(gè)Bug，波形數據為0xF0，而且這也要歸功邏輯分析儀擁有多個(gè)量測信道和總線(xiàn)分析的功能，才能很容易發(fā)現這個(gè)Bug。

總線(xiàn)(Bus)分析功能：

相信工程師們對這各名詞應該是很熟悉，因為在產(chǎn)品的研發(fā)上，處處都可以看得到它的身影，如數據總線(xiàn)(Data Bus)、地址總線(xiàn)(Address Bus)和控制總線(xiàn)(Control Bus)等，它的好用之處相信工程師們也應該很清楚，但是工程師對它是又愛(ài)又恨，我為什么會(huì )這樣說(shuō)呢?因為總線(xiàn)(Bus)大部分都是8~16bits不等，所以當工程師要用示波器來(lái)解讀總線(xiàn)(Bus)里的信息時(shí)，就非常麻煩了，因為示波器最多就只有四個(gè)量測通道，所以最多一次可以同時(shí)間觀(guān)察4bits的信息，所以要觀(guān)察8bits信息，用示波器就要分兩次來(lái)量測，并且要做記錄，工程師再根據記錄來(lái)判讀總線(xiàn)(Bus)里的信息，假如要轉換進(jìn)制的話(huà)，工程師還要計算才會(huì )得知轉換后的進(jìn)制值是多少，所以用示波器來(lái)量測解讀總線(xiàn)(Bus)是非常不明智的選擇，而且浪費在此段的量測時(shí)間差不多也是占整個(gè)研發(fā)周期1/4;但是假如工程師用邏輯分析儀來(lái)量測解讀總線(xiàn)(Bus)時(shí)，您知道會(huì )有多容易嗎?因為邏輯分析儀本身就具有分析總線(xiàn)(Bus)的功能，您只要將要分析的八個(gè)I/O(8bits)組合起來(lái)成為一總線(xiàn)(Bus) (如圖五)，還可以專(zhuān)為此總線(xiàn)(Bus)命名，如此工程師在分析總線(xiàn)(Bus)時(shí)，就可以很容易的來(lái)解讀總線(xiàn)(Bus)里的信息(如圖六)，并且邏輯分析儀還具備進(jìn)制轉換的功能，您只要選擇轉換后的進(jìn)制種類(lèi)，邏輯分析儀就會(huì )自動(dòng)幫您轉換，并把轉換后的進(jìn)制值顯示出來(lái)(如圖七)，讓您不用在浪費時(shí)間去做進(jìn)制的轉換計算，如此使用邏輯分析儀量測此案例，將會(huì )縮短1/5的研發(fā)周期。

圖五 R流排分析功能設定

圖六 R流排解讀顯示

圖七 進(jìn)制轉換功能設定

觸發(fā)功能：

說(shuō)到觸發(fā)功能，相信工程師們都已經(jīng)很熟悉了，因為在目前所有的量測儀器當中，幾乎99%都擁有此功能，只是大家的觸發(fā)條件設定不同，假如工程師將觸發(fā)功能應用的得心應手，那量測儀器所抓取的波形數據將會(huì )是使用者最想要分析的那一段，而不會(huì )造成讓量測儀器抓取一大推的無(wú)用數據，進(jìn)而浪費工程師在Debug的時(shí)間。

觸發(fā)功能是如此的重要，但是示波器的觸發(fā)功能的條件設定卻只有兩種邊緣觸發(fā)(上升緣和下降緣)，而且只能單一量測通道可以設定觸發(fā)條件，如此少的觸發(fā)功能，相信工程師使用起來(lái)真的是苦不堪言，因為常常所擷取到的波形數據不是他所想要分析的，進(jìn)而延長(cháng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間;但是說(shuō)到邏輯分析儀之觸發(fā)功能，其功能之強大，要強過(guò)示波器好幾千倍，您一定會(huì )認為我夸大其辭，但是相信您看完我下面之介紹，一定會(huì )改變您的想法，邏輯分析儀除了可以設定觸發(fā)條件外，還有觸發(fā)參考電壓準位、觸發(fā)位置、觸發(fā)次數、觸發(fā)頁(yè)、觸發(fā)延遲各種觸發(fā)功能之應用，邏輯分析儀之觸發(fā)條件設定共有六種(如圖八)，任意信號、高準位、低準位、上升緣、下降緣和任一邊緣供工程師所需來(lái)設定，而且所有的量測信道均可以做組合觸發(fā)設定，但需注意要所有觸發(fā)條件同時(shí)成立時(shí)(即所有觸發(fā)通道做AND)，才會(huì )觸發(fā)成立，光這一個(gè)觸發(fā)條件設定就已經(jīng)比示波器還要強大，假如工程師再加入觸發(fā)位置之選擇，可以同時(shí)觀(guān)察觸發(fā)條件成立之前后的波形數據，或是利用觸發(fā)次數、觸發(fā)頁(yè)和觸發(fā)延遲可用來(lái)分析觸發(fā)后更后面的波形數據，以解決內存深度的不足，進(jìn)而可以分析長(cháng)時(shí)間大量的波形數據。

圖八 觸發(fā)條件設定

同時(shí)觀(guān)看模擬和數字信號之方法：

目前市場(chǎng)上很少有產(chǎn)品電路是純數字或模擬設計，下面介紹利用邏輯分析儀之觸發(fā)狀態(tài)輸出(Trigger Out)和示波器的外部觸發(fā)源(EXT Trigger)搭配使用，用以達到在同一時(shí)間點(diǎn)可以同時(shí)抓取數字和模擬信號;當工程師所設定的觸發(fā)條件成立時(shí)，觸發(fā)狀態(tài)輸出(Trigger Out)腳位會(huì )輸出一上升緣波形，所以當工程師想利用此信號輸出來(lái)觸發(fā)示波器，只需將此觸發(fā)狀態(tài)輸出(Trigger Out)腳位連接到示波器的外部觸發(fā)源(EXT Trigger)，并將其觸發(fā)條件設定為EXT Trigger上升緣，如此使用者只需要執行邏輯分析儀，就可以利用其觸發(fā)條件成立時(shí)，即可以同時(shí)觸發(fā)示波器觸發(fā)條件成立來(lái)進(jìn)行相關(guān)量測動(dòng)作，其連接方式請看(如圖九)。

圖九 示波器和邏輯分析儀搭配示意圖

結論：

綜合前面所述的邏輯分析儀功能，只是它強大功能的冰山一角，所以邏輯分析儀在嵌入式系統的研發(fā)過(guò)程量測當中，是占有極大的關(guān)鍵地位，但是在目前市場(chǎng)整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)當中，示波器和邏輯分析儀其實(shí)是要相輔相成的，如此在產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間才會(huì )更加快速，也才會(huì )更加縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間，進(jìn)而為公司賺取更大更多的獲利，所以工程師必須對示波器和邏輯分析儀這兩種量測儀器都要非常的熟悉，要如何運用個(gè)別的特性來(lái)抓取自己所需的波形數據，如何來(lái)搭配相互使用也是一大學(xué)問(wèn)，這些問(wèn)題都是值得工程師們去深思熟慮!