ARM技術(shù)的Cortex-M3微處理器測(cè)試方法研究與實(shí)現(xiàn)

1.2 引導(dǎo)模式/FLASH 編程模式

針對(duì)沒(méi)有配備仿真調(diào)試接口的微處理器，可以利用引導(dǎo)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)微處理器的測(cè)試。因沒(méi)有配備仿真調(diào)試 功能，不能實(shí)現(xiàn)仿真測(cè)試。因此針對(duì)這一類(lèi)的微處理器測(cè)試中，需要在芯片中加載測(cè)試代碼。大多數(shù)的微處理器芯片都具有上電引導(dǎo)功能，可以利用引導(dǎo)功能將測(cè)試 代碼加載到微處理器中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)功能和直流參數(shù)測(cè)試。而對(duì)于內(nèi)部配備FLASH的微處理器可以先將測(cè)試代碼下載到片內(nèi)FLASH中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)微處理器的功能和參數(shù)測(cè)試。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)微處理器的測(cè)試控制，通常，測(cè)試系統(tǒng)利用微處理器的片上通信接口與片上測(cè)試程序通信，互相配合完成功能和參數(shù)測(cè)試。

2 ARM Cortex-M3 的測(cè)試

2.1 ARM Cortex-M3 內(nèi)核簡(jiǎn)介

ARM Cortex-M系列微處理器主要用于低成本和低功耗領(lǐng)域，如智能測(cè)量。人機(jī)接口設(shè)備。汽車(chē)和工業(yè)控制系統(tǒng)。大型家用電器。消費(fèi)性產(chǎn)品和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。圖4 為Cortex-M 系列微處理器的簡(jiǎn)要框圖。

ARM Cortex-M3 內(nèi)核搭載了若干種調(diào)試相關(guān)的特性。

最主要的就是程序執(zhí)行控制，包括停機(jī)(halting)。單步執(zhí)行(stepping)。指令斷點(diǎn)。數(shù)據(jù)觀察點(diǎn)。寄存器和存儲(chǔ)器訪 問(wèn)。性能速寫(xiě)(profiling)以及各種跟蹤機(jī)制。Cortex-M3的調(diào)試系統(tǒng)基于ARM最新的CoreSight 架構(gòu)，雖然內(nèi)核本身不再含有JTAG 接口，但是提供了調(diào)試訪問(wèn)接口(DAP)的總線接口。通過(guò)DAP可以訪問(wèn)芯片的寄存器，也可以訪問(wèn)系統(tǒng)存儲(chǔ)器，并且可以在內(nèi)核運(yùn)行的時(shí)候訪問(wèn)，這就對(duì)芯片的測(cè)試提供了接口支持。集成Cortex-M3內(nèi)核的微處理器一般提供一個(gè)調(diào)試端口(DP)與DAP相連，目前可用的調(diào)試端口包括SWJ‐DP,既支持傳統(tǒng)的JTAG調(diào)試，也支持新的串行線調(diào)試協(xié)議。Cortex-M3內(nèi)核還能掛載一個(gè)嵌入式跟蹤宏單元(ETM)。ETM可以不斷地發(fā)出跟蹤信息，這些信息通過(guò)跟蹤端口接口單元(TPIU)送到內(nèi)核的外部，對(duì)于外部集成再跟蹤信息分析儀的ARM 芯片，可把TIPU 輸出的已執(zhí)行指令信息捕捉到，并且送給芯片測(cè)試系統(tǒng)。

2.2 測(cè)試向量生成

用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)測(cè)試ARM芯片是一種傳統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是可以靈活編制測(cè)試向量，專注于應(yīng)用相關(guān)的功能模塊和參數(shù)。但是由于ARM芯片的功能與應(yīng)用有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，因此對(duì)測(cè)試系統(tǒng)所具有的能力也要求較高。這就要求測(cè)試設(shè)備本身必須要具備測(cè)試各種不同功能模塊的能力，包含對(duì)邏輯。模 擬。內(nèi)存。高速或高頻電路的測(cè)試能力等等。同時(shí)測(cè)試系統(tǒng)最好是每個(gè)測(cè)試通道都有自己的獨(dú)立測(cè)試能力，避免采用資源共享的方式，以便能夠靈活運(yùn)用在各種不同 的測(cè)試功能上。所以常規(guī)的ARM芯片測(cè)試設(shè)備往往要求相當(dāng)高的配置才能應(yīng)對(duì)測(cè)試需求。

測(cè)試的含義非常廣泛，就ARM芯片測(cè)試而言，可以定義多種類(lèi)型的測(cè)試，不同類(lèi)型的測(cè)試需要產(chǎn)生不同類(lèi)型的測(cè)試向量。而測(cè)試向量生成的方法，雖然可以人工編制，但多數(shù)情況需要由測(cè)試向量生成工具(ATPG)生成，才能產(chǎn)生比較完備的測(cè)試集。本文介紹的ARM芯片測(cè)試方法，借助對(duì)應(yīng)的ARM 芯片開(kāi)發(fā)工具產(chǎn)生測(cè)試代碼，再由專用的測(cè)試向量生成工具生成測(cè)試向量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能針對(duì)ARM芯片應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員關(guān)心的測(cè)試集合產(chǎn)生測(cè)試向量，因而比較高效，測(cè)試成本也能控制在比較低的水平上。此外，可以借助大量的ARM芯片應(yīng)用軟件來(lái)轉(zhuǎn)碼，能大幅減少工作量。缺點(diǎn)是不容易用算法來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成完備的測(cè)試代碼。

圖5 為ARM芯片測(cè)試向量生成器。測(cè)試代碼一般可以從ARM芯片開(kāi)發(fā)例程中獲得，測(cè)試向量通過(guò)編譯器編譯成ARM芯片可執(zhí)行代碼，然后與激勵(lì)向量和期望向量混合生成完整的AR 芯片測(cè)試向量。ARM芯片測(cè)試向量生成工具通過(guò)時(shí)間參數(shù)來(lái)確定測(cè)試代碼。激勵(lì)向量與期望向量之間的時(shí)序關(guān)系，ARM 芯片時(shí)間參數(shù)可從芯片手冊(cè)中獲得。測(cè)試向量生成后，通過(guò)BC3192 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下載到測(cè)試系統(tǒng)圖形卡中，啟動(dòng)測(cè)試程序，激勵(lì)向量依序施加到被測(cè)ARM芯片的輸入端口，同時(shí)對(duì)輸出端進(jìn)行監(jiān)測(cè)比較獲得測(cè)試結(jié)果。綜上，測(cè)試向量的產(chǎn)生是ARM 芯片測(cè)試的核心，本文所述測(cè)試向量生成器通過(guò)輸入ARM 芯片可執(zhí)行代碼和芯片時(shí)間參數(shù)來(lái)產(chǎn)生測(cè)試邏輯，具有易用。高效的特點(diǎn)，現(xiàn)已用于多個(gè)ARMCortex 內(nèi)核微處理器的測(cè)試中。

3 結(jié)論

本文通過(guò)分析ARM Cortex-M3 內(nèi)核的工作原理和跟蹤調(diào)試方法，利用通用的ARM集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，結(jié)合BC3192V50 測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試向量生成器，能夠快速高效產(chǎn)生基于ARMCortex-M3內(nèi)核的微處理器測(cè)試向量，進(jìn)而完成功能和直流參數(shù)測(cè)試。本案所述方法同樣適于其他微處理器的測(cè)試。