改善示波器測試低速串行總線(xiàn)的能力

　　使用前沿的串行總線(xiàn)和窄總線(xiàn)（如 HDMI 和 SATA）的設計師早就知道，示波器是進(jìn)行一致性測試、容限分析和性能驗證的出色工具。設計師進(jìn)行產(chǎn)品設計時(shí)，這些總線(xiàn)及其性能非常重要，他們選擇的一致性工具和調試工具可反映出這種重要性。

　　嵌入式系統設計師對串行通信持不同態(tài)度。盡管一些關(guān)鍵的通信任務(wù)中使用高性能總線(xiàn)（如 PCle），但大部分芯片間通信中的嵌入式設計還是使用 CAN、LIN、I2C、SPI、RS-232/UART 和低速 USB 總線(xiàn)。嵌入式系統設計師選擇這些工業(yè)標準串行總線(xiàn)的原因與 SATA 設計師不同。通常，嵌入式系統設計師構建自己的并行總線(xiàn)，或是使用基于 UART 的定制平臺。然而近 10 年來(lái)工程師們認識到，與定制標準相比，為汽車(chē)電子設備或計算機外圍設備等領(lǐng)域設計的總線(xiàn)標準具有更穩定的供應鏈、更好的開(kāi)發(fā)工具、易于集成而且成本更低

　　對這些總線(xiàn)的測試要求也不盡相同。最重要的要求是總線(xiàn)的穩定性和經(jīng)過(guò)總線(xiàn)的通信量，其次是互操作性和與標準的一致性。我們不想把時(shí)間浪費在調試數據總線(xiàn)上，而是想利用總線(xiàn)上的數據來(lái)考察設計中的其他元件如何工作。對此，我們將討論一些技巧，用以改善示波器對低速串行總線(xiàn)的分析能力。這些例子中使用的是 Agilent InfiniiVision 示波器，但大多數技巧也適用于其他制造商生產(chǎn)的示波器。此外，目前使用的示波器可能不需要升級或稍加升級便可適應這些任務(wù)。

　　1. 使用符號解碼更深入理解總線(xiàn)通信量

　　大多數富有經(jīng)驗的工程師都知道，示波器通常是與內部打印機一起出售的。打印機用來(lái)建立“條形圖”。工程師建立條形圖可通過(guò)一次長(cháng)時(shí)間緩慢采集，或多次快速采集（紙帶是重要的實(shí)驗室工具）。然后將條形圖貼到實(shí)驗室的墻壁上，之后設計師以手動(dòng)方式對示波器跡線(xiàn)的含義進(jìn)行解碼。

　　顯然，這個(gè)過(guò)程十分繁瑣而容易出錯。另一個(gè)問(wèn)題是這種手動(dòng)方法難以從結果推導出一個(gè)高度抽象的概念。他們必須將波形轉化為二進(jìn)制，然后是數據包，并進(jìn)一步變?yōu)閿祿鼉热?，最后是數據包內容?ASCII 或符號意義。許多工程師仍在使用從此項技術(shù)衍生出的其他方法。最好的衍生方法使他們能夠觀(guān)察顯示結果，并推斷出系統中發(fā)生的情況。即便如此，他們也不能一邊解釋顯示結果，一邊分析其在系統中的含義。

　　現代數字示波器可在內部進(jìn)行這種分析，只需幾秒鐘的配置，即可查看讀/寫(xiě)數據，數據包內容和誤差代碼。甚至還能在硬件內進(jìn)行這種分析，因而不會(huì )影響示波器的性能?；谲浖慕獯a可能會(huì )影響性能。

　　2. 采用數字通道提高靈活性

　　對于嵌入式設計，芯片間和系統內通信總線(xiàn)通常只是其中的一小部分，其他組成部分還包括 DAC（數模轉換器）、ADC（模數轉換器）、傳感器、顯示器、控制環(huán)路、處理器和機電元件，所有這些組成部分都必須協(xié)調一致地工作。

　　如果示波器只有 2 個(gè)或 4 個(gè)通道，低速串行總線(xiàn)可能很快就會(huì )占用所有調試資源。因此，混合信號示波器能提高分析工具的靈活性。

　　混合信號示波器（MSO）不僅擁有模擬通道，還擁有許多（至少 16 個(gè)）數字通道。設計優(yōu)良的 MSO 能將數字通道與模擬通道保持完美同步，并支持模擬數據和數字數據的無(wú)縫交叉觸發(fā)，而不會(huì )因為使用數字通道而導致性能下降。在顯示器上同時(shí)使用 20 個(gè)或更多時(shí)間同步通道時(shí)，可以靈活分析多模擬事件、數字事件和串行事件之間的相互作用。

　　嵌入式系統分析的最大好處在于，可以將數字通道分配給串行總線(xiàn)定時(shí)和解碼，從而讓出模擬通道對其他部分進(jìn)行時(shí)間同步分析?？梢杂媚M通道檢驗串行總線(xiàn)部分的物理層性能，之后切換到數字通道查看定時(shí)和協(xié)議層，然后測量事件從傳感器到處理器再到輸出的延遲時(shí)間，或者驗證對爭用總線(xiàn)資源的多個(gè)輸入的優(yōu)先級仲裁。

　　3. 利用計數器快速表征總線(xiàn)活動(dòng)

　　計數器好比了解總線(xiàn)健康狀況的聽(tīng)診器?？偩€(xiàn)就像人的動(dòng)脈，錯誤的數據會(huì )阻塞總線(xiàn)，從而限制正確數據的流動(dòng)。系統就像心臟，可能存在威脅系統完整性的異?，F象（如誤碼）。使用事件計數器可快速檢查總線(xiàn)上的通信量的狀態(tài)。

　　在以下例子中，我們查看了用于 CAN 總線(xiàn)上通信量的計數器。在分析完100000 個(gè)數據包之后，可以看出沒(méi)有過(guò)載幀信號，但大約 2% 的幀信號包含有錯誤信息。還可以看出，總線(xiàn)利用率約為 24%。這與觀(guān)察示波器顯示屏上半部分所預期的利用率一致。還可對特定類(lèi)型的誤碼、總線(xiàn)事件或數據值進(jìn)行觸發(fā)，通過(guò)計數器進(jìn)行參數測量并作更細致的分析。

　　采用計數器分析時(shí)，解碼性能很重要。示波器處理串行跡線(xiàn)的速度越快，就能越快獲得有意義的統計結果，這里指的是快速測試，而不是指長(cháng)時(shí)間分析。

　　如果示波器沒(méi)有這些計數器，可將外部計數器連接到示波器的觸發(fā)輸出（Trigger Out）端口。雖然無(wú)法提供完整的總線(xiàn)性能，但可以了解發(fā)生了多少次特定觸發(fā)事件。