淺論嵌入式系統離線(xiàn)測試

    引言 

 
　　隨著(zhù)嵌入式系統的發(fā)展，迫切需要在嵌入式系統開(kāi)發(fā)階段對嵌入式系統進(jìn)行離線(xiàn)測試與分析，以保證系統的軟件應用程序、硬件具有兼容性、高可靠性和高可用性，迅速發(fā)現并準確定位系統中存在的問(wèn)題。本文結合上海貝爾阿爾卡特股份有限公司開(kāi)發(fā)的寬帶交換系統，討論離線(xiàn)單板硬件測試方法和系統測試方法。

　　離線(xiàn)單板硬件測試概述

　　在寬帶交換機系統中，離線(xiàn)測試包括自檢測試和一般的離線(xiàn)測試。自檢測試是單板初始化完成后為了保證板子的正確運轉進(jìn)行的測試。它主要包括看門(mén)狗測試、快速硬件器件測試和下載通路測試?？焖儆布y試完成寄存器測試和單板上單個(gè)硬件設備測試，其中又包括許多測試項。如果某一測試項測試失敗，整個(gè)測試就會(huì )停止直到看門(mén)狗超時(shí)重啟系統。下載測試是為了保證軟件下載功能能正常工作而進(jìn)行的測試。這項測試主要完成通信接口收發(fā)數據測試、中斷功能測試。而一般的離線(xiàn)測試是在出廠(chǎng)檢驗、開(kāi)發(fā)階段中的檢測和維修診斷時(shí)對上述的各測試項進(jìn)行更具體的測試，以定位單板上的出錯位置。

　　看門(mén)狗測試

　　在做任何一項硬件測試之前必須完成看門(mén)狗測試。這是因為一項硬件測試失敗之后需要重啟系統，而硬件測試的失敗通常是以看門(mén)狗超時(shí)為判斷條件的。這就需要看門(mén)狗在硬件測試時(shí)能正常工作?？撮T(mén)狗測試方法是設置并激活一個(gè)1秒的看門(mén)狗，等待1秒后系統重啟。

　　Flash測試

　　在Flash中可存放程序，也可以存放數據。在燒錄Flash時(shí)，可存放預先計算好的checksum值。要測試Flash時(shí)，程序重新計算checksum，然后與預先存放的值進(jìn)行比較。

　　數據Flash的測試方法有兩種。一種是非破壞性的基本測試，主要是checksum測試。另一種是破壞性的擴展測試，包括讀寫(xiě)測試和地址/數據總線(xiàn)測試，具體方法與內存測試一致?；緶y試可在系統自檢時(shí)使用，擴展測試可在維修診斷時(shí)采用。

　　內存測試

　　內存測試可分為三類(lèi)：

　　1. 數據總線(xiàn)測試: 將0001循環(huán)左移并寫(xiě)入內存，然后讀出并比較測試。

　　2. 內存區測試: 對內存所有存儲單元進(jìn)行讀寫(xiě)測試(讀寫(xiě)5555H和AAAAH測試)。

　　3. 地址總線(xiàn)測試:對內存所有存儲單元進(jìn)行地址累加測試。從RAM的基地址起，在每一個(gè)存儲單元(按照總線(xiàn)寬度)中寫(xiě)入不同的值(遞增值)，地址遞增，直至所有的存儲單元都保存不同的內容，然后讀出并進(jìn)行檢驗。

　　地址總線(xiàn)測試還可采用快速測試的方法：對0x1地址的內存單元寫(xiě)入地址值0x1，地址值循環(huán)左移，依次將相應的地址值寫(xiě)入相應的內存地址，最后檢驗。

　　在本文的系統中，自檢測試時(shí)只包括內存區測試。并且，由于測試時(shí)間的限制，只是隨機選擇內存的一些頁(yè)面進(jìn)行讀寫(xiě)測試。對于其它的內存測試方法，可以用于出廠(chǎng)檢驗、開(kāi)發(fā)階段中的檢測和維修診斷。

　　主控芯片測試

　　主控芯片測試主要是對主控芯片進(jìn)行定時(shí)器測試、寄存器測試、中斷測試和片內RAM測試。寄存器測試是對一些特殊寄存器的功能進(jìn)行測試，以驗證CPU寄存器是否能正常工作。中斷測試是人為產(chǎn)生一些硬件中斷，檢測主控芯片對中斷的反應，是否能及時(shí)標志中斷寄存器的相應標志位。片內內存測試則遵循一般內存測試規則。

　　PLD/FPGA簡(jiǎn)單測試

　　在寬帶交換機系統中，較大的FPGA常實(shí)現較復雜的功能。在測試時(shí)要對相關(guān)的功能進(jìn)行詳細的功能測試。而對于其它簡(jiǎn)單的小型PLD/FPGA則尋求自測的方法，在PLD或FPGA的編制過(guò)程中，適當的加入一些自測手段。當主控芯片要測試它們時(shí)，設置和讀取相應的PLD或FPGA的測試接口，從而獲得測試結果。

　　PCI總線(xiàn)測試

　　PCI總線(xiàn)常用于連接處理器和各類(lèi)外設。它提供了一個(gè)低時(shí)延路徑，使處理器能夠直接存取任何映射在存儲器或I/O地址空間的PCI設備。它還提供一個(gè)高帶寬路徑，允許PCI主設備直接到主存儲器存取。測試方法是先測試是否能正確讀寫(xiě)PCI配置空間寄存器，然后測試內存映射是否可以在兩端正確讀寫(xiě)。

　　嵌入式系統離線(xiàn)測試方法

　　增量測試模型

　　在單板測試完成后，系統集成在一起之后有可能仍不能正常工作。主要原因是，模塊相互調用時(shí)接口會(huì )引入許多新問(wèn)題。例如，數據經(jīng)過(guò)接口可能丟失；一個(gè)模塊對另一模塊可能造成不應有的影響；模塊之間的硬件連接不正確也可能造成通信不暢；誤差不斷積累達到不可接受的程度等等。所以需要通過(guò)綜合測試來(lái)發(fā)現各種錯誤。

　　如果把所有模塊按設計要求一次全部組裝起來(lái)，然后直接運行系統軟件，這稱(chēng)為非增量式集成。這種方法易出現混亂，在改正一個(gè)錯誤時(shí)又可能引入新的錯誤，新舊錯誤混雜，更難斷定出錯的原因和位置。增量式集成方法通過(guò)測試軟件一段一段地擴展，測試的范圍一步一步地增大，來(lái)逐步定位錯誤和糾正。根據系統的不同特點(diǎn)可以采用兩種增量式集成模型：自底向上集成和自頂向下集成。

　　寬帶機架系統由主控板和其它單板組成，離線(xiàn)系統測試軟件采用自頂向下集成的方法。由主控板將各個(gè)單板的系統測試程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò )下載到目的板，然后主控板通過(guò)深度優(yōu)先策略搜索單板。首先主控板發(fā)送消息到直連的單板，如果主控板、單板之間連線(xiàn)正確，且單板硬件及軟件工作正常，單板收到消息后將自己的相關(guān)信息返回給主控板。接著(zhù)主控板再通過(guò)直連的單板獲取下層單板的相關(guān)信息，直到獲得所有單板的相關(guān)信息(位置，單板類(lèi)型等)，然后就可以開(kāi)始整個(gè)系統的綜合測試。 
 

　　綜合測試方法

　　目前大型的嵌入式系統大部分是分布式處理系統，由多個(gè)模塊協(xié)同工作完成復雜的功能，模塊之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)。一般將整個(gè)系統分成3個(gè)不同的層次：設備層、系統層和應用層。針對這3個(gè)層次，系統的離線(xiàn)綜合測試可以通過(guò)互通性測試、功能測試和性能測試來(lái)進(jìn)行。

　　互通性測試

　　互通性測試包括物理連通性和一致性的測試,確保系統中的各模塊之間進(jìn)行互聯(lián)時(shí)不會(huì )出現問(wèn)題。物理連通性和一致性的測試是最基本的網(wǎng)絡(luò )系統測試內容,其中主要是線(xiàn)纜測試, 用以查明所測線(xiàn)纜及布線(xiàn)是否符合設計要求和國際標準。在寬帶交換機系統中，互通性測試由主控板按照網(wǎng)絡(luò )連接的層次，依次發(fā)送消息給各塊PBA單板，等待它們的回復。如果主控板能在規定時(shí)間內收到回復，說(shuō)明從主控板到該單板的網(wǎng)絡(luò )連線(xiàn)正確。同時(shí)，主控板從PBA的回復中也獲取了有關(guān)單板的相關(guān)信息，為下一步的功能測試和性能測試奠定了基礎。

功能測試

　　在整個(gè)系統內部的互通性測試完成之后，接著(zhù)要進(jìn)行功能測試，目的是檢驗設備能否完成它應該具備的功能。設備不同，其所要進(jìn)行的功能測試也相應變化。如果單板硬件工作沒(méi)有異常，再由主控板啟動(dòng)單板，執行其所具有的特定功能。

　　性能測試

　　完成系統設備測試和網(wǎng)絡(luò )互通性測試之后就可以在系統上加載各種應用。性能測試是綜合測試中最高層次的測試內容,主要測試系統對應用的支持水平。性能測試有不同的分類(lèi)方法。在寬帶交換機系統中采用了仿真的方法，在實(shí)際的機架環(huán)境中，由測試集中的第一塊單板主動(dòng)發(fā)送數據包，進(jìn)行環(huán)回測試，主要進(jìn)行的是數據鏈路層的測試，包括流量分析、錯誤數據統計等。

　　結語(yǔ)

　　以上介紹了寬帶交換機系統中實(shí)現單板硬件測試的一些方法和系統離線(xiàn)集成測試模型。在具體的開(kāi)發(fā)中，用這些測試在設計階段盡早地檢查出了設計方面的問(wèn)題。在維護階段，這些測試有效地定位了現場(chǎng)發(fā)現的問(wèn)題。這些測試對寬帶交換機系統的可靠性起到了非常重要的作用，保證了系統在現場(chǎng)安全穩定的工作。

　　參考文獻

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