基于MC9S12XS128的嵌入式單元測試儀軟件開發(fā)與實現(xiàn)

為保證彈載計算機中數(shù)字芯片的可靠性、安全性，必須在地面對其進行單元測試。數(shù)字單元測試儀作為測試芯片性能最重要的技術設備，也迅速發(fā)展起來，本文提出一種采用MC9S12XS128單片機作為某型號數(shù)字單元測試儀核心的設計方案，通過控制繼電器陣列實現(xiàn)不同測試電路或轉換電路的連接，嵌入式編程實現(xiàn)對被測機構進行不同參數(shù)測試或狀態(tài)轉換，并管理測試結果。

MC9S12XS128是一款的高性能16位單片機，總線速度高達40 MHz;具有128 KB程序Flash和8 KB DataFlash，用于實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)存儲，均帶有錯誤校正碼(ECC);16通道高達12位精度的A/D采集模塊，支持8位、10位或12位多種精度，3μs的轉換時間;內(nèi)嵌MSCAN模塊用于CAN節(jié)點應用，內(nèi)嵌支持LIN協(xié)議的增強型SCI模塊及SPI模塊;8通道PWM，易于實現(xiàn)電機控制;出色的低功耗特性，帶有中斷喚醒功能的IO，實現(xiàn)喚醒休眠系統(tǒng)的功能。

1 數(shù)字單元測試儀系統(tǒng)結構

整個數(shù)字測試儀包含了四大部分：電源模塊、通信模塊、參數(shù)測量單元和主控制單元。其中，參數(shù)測量單元是整個數(shù)字單元測試儀的核心部件，參數(shù)測量單元直接決定著測試儀的參數(shù)測量精度和應用范圍。電源模塊為測試儀配置CWY交流參數(shù)穩(wěn)壓電源(AC220 V，50 Hz)，同時給測試儀和打印機供電，通信模塊使用專用測試電纜與被測機構相連，測試電纜的41芯插頭與測試儀“機構輸入”插頭相連，19芯插頭端與被測機構相連。通過轉接板與LED顯示屏相連，輸出測試結果，用戶通過控制面板上的鍵盤控制該儀器完成各項性能測試。硬件系統(tǒng)結構如圖1所示。

2 基于MC9S12XS128的嵌入式數(shù)字單元測試儀軟件設計

數(shù)字單元測試儀的軟件需要完成的主要功能包括：1)絕緣預檢。自動檢查12項絕緣電阻;2)自動測試。預檢合格后，自動檢測兩個通道下各個電阻阻值及工作循環(huán)中狀態(tài)轉換結果;3)手動測試。通過鍵盤操作，選取測試內(nèi)容進行測試;4)數(shù)據(jù)管理。實現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)顯示、打印及清除。

2.1 軟件設計流程

根據(jù)中斷處理機制和多線程編程來控制整個軟件的運行流程。在整個程序啟動之后，就一直處于循環(huán)等待的狀態(tài)，等待中斷發(fā)生。當測試者通過鍵盤按下按鍵，發(fā)生鍵盤中斷，程序查詢中斷向量表，跳轉到鍵盤中斷響應服務子程序。在子程序中，判斷所按鍵值，并根據(jù)當前狀態(tài)和所按鍵值在程序的各個模塊之間進行切換，完成相應操作。中斷服務子程序執(zhí)行完畢之后，退出中斷，程序指針返回主程序的循環(huán)等待，等待下一次中斷發(fā)生。如此循環(huán)往復，從而實現(xiàn)整個軟件的測試功能，直至退出測試功能。如圖2為主程序流程圖。

測試儀上電后初始化并進入控制主界面，利用向上向下鍵移動光標選擇操作項，按“確認”鍵進入測試。其中，絕緣預檢自動檢查通道1、2的各項絕緣電阻，當作動源電壓一定時，各項絕緣電阻是否在正常工作阻值范圍內(nèi)。絕緣預檢必須先于其他測試，預檢合格方可后續(xù)測試，否則禁止進行后續(xù)測試。

手動測試是各項測試中最復雜的，流程圖見圖3。分別測試通道1、2電阻以及電壓選擇與轉換。進入手動測試菜單窗口后，選擇“通道X(1或2)電阻測試”，按確認鍵進入測試窗口，同時測試儀自動讀取指定通道當前狀態(tài)，如果處于保險狀態(tài)則進入“保險狀態(tài)窗口”，如果處于工作狀態(tài)則進入“工作狀態(tài)窗口”，通過向上向下鍵選擇窗口內(nèi)測試項目，使用“確認”鍵進行測試，按一次測試一次，可重復多次測試，光標移到“轉換”位置，按“確認”鍵后測試儀自動讀取指定通道當前所處狀態(tài)并進行轉換。如果轉換成功窗口顯示5秒后自動關閉并進入另一狀態(tài)電阻測試窗口，如果轉換失敗窗口停留，等待用戶按鍵“返回”。當選擇“通道X電壓與轉換”顯示相應窗口，通過向上向下鍵選擇窗口內(nèi)三檔電壓及手動調壓，按“確認”鍵顯示轉換結果，包含轉換時間和轉換電流。

2.2 程序實現(xiàn)

在CodeWarrior集成開發(fā)平臺上實現(xiàn)測試儀軟件的開發(fā)，通過BDM(單線背景調試模式)在單片機運行時對單片機動態(tài)調試。軟件設計采用初始化+循環(huán)體的軟件結構，首先進行全局變量和所用外設(包括IO、ADC、SPI、PWM、TLMER、SCI)的初始化，然后在循環(huán)體內(nèi)依次進行絕緣預檢、手動、自動檢測以及數(shù)據(jù)管理。

初始化被定義在工程文件下init.c源文件內(nèi)，包括設置晶振時鐘、總線時鐘及鎖相環(huán)時鐘均16 MHz，初始化I/O端口、串口SCIO、SCI1，串口速率9 600，可以中斷接收數(shù)據(jù)，并對PWM、ECT、ATD模塊進行初始化，初始化函數(shù)如下：

在common.c文件內(nèi)定義通用函數(shù)，主要是與芯片無關的功能性子函數(shù)，如顯示格式定義、光標選擇等函數(shù)，以下是Uart0_putchar函數(shù)用于串口發(fā)送單個字符，所有字符顯示調用的Show_order函數(shù)都是基于此函數(shù)。

2.3 測試結果

啟動開關，初始化進入主菜單，上下鍵選取測試項，選定絕緣檢查后預檢過程中各項測試結果如圖4所示，共預檢通道1、2分別在保險及工作狀態(tài)下絕緣電阻共48項。

自動檢測結果如圖5所示，順序檢測通道1到2各狀態(tài)電阻，工作狀態(tài)與保險狀態(tài)實現(xiàn)自動轉換，并顯示轉換時間與轉換電流。圖6是通道1從工作狀態(tài)轉換到保險狀態(tài)結果示意圖。手動測試是人工測試兩通道電阻測試和電壓選擇與轉換，電阻測試功能如圖7所示，選擇光標所在行確認，即可顯示測試數(shù)據(jù)，可重復測試。