嵌入式測試在3C電子設備中的設計與實現

劉建中

長園創新研究院測控所 廣東珠海 519100

隨著新技術的不斷注入，現代3C電子設備的高集成化、高智能化，以及分析處理問題的高效化特征日益增強，隨之而來是系統故障診斷、故障隔離的難度也越來越大，因此，提升3C電子設備的故障診斷能力，實現快速診斷和故障準確定位成為了3C電子設備設計的新需求[1]。

1 嵌入式測試系統架構

設計電子設備根據組成的單元特點，其嵌入式測試系統可采用集中式、分布式或分布-集中式的架構來實現。通常，復雜的電子設備優選分布-集中式的架構。在分布-集中式的架構中，除了系統具有嵌入式測試控制處理單元以外，系統各組成模塊內部也設計有嵌入式測試控制處理單元，系統層嵌入式測試控制處理單元和各組成模塊的嵌入式測試控制處理單元之間通過系統測試總線連接，各部分的主要功能如下。

（1）系統層嵌入式測試控制單元系統層嵌入式測試控制單元包括測試控制單元和綜合診斷單元，主要完成全系統內部各組成單元的嵌入式測試控制、測試數據的綜合分析等功能。

（2）模塊層嵌入式測試控制處理單元接收系統層測試控制單元的控制，完成模塊內部電路測試信號的調理、采集及數據上報等功能。

（3）系統測試總線實現系統層嵌入式測試控制單元和各模塊嵌入式測試控制處理單元之間測試控制指令、測試數據的傳遞等功能。這種分層集成的組織結構，可以綜合利用模塊層較強的信息獲取能力和系統層強大的信息處理能力，從而提高全系統的測試性能。而且，這種嵌入式系統測試結構，既有利于實現橫向各模塊的并行測試，又便于實現縱向各級測試的復用，從而既提高測試效率，又降低測試成本[2]。

2 嵌入式測試系統硬件設計

按照電子設備嵌入式測試系統的架構布局，對嵌入式測試系統開展硬件設計時，也主要從三個部分來進行。

2.1 系統測試控制單元的設計

系統測試控制單元需要完成系統測試模式的切換控制，并對來自模塊層的大量測試數據進行綜合分析，給出最終的診斷結果，因此對控制的時效性、運算處理速度有一定要求，在工程應用中，通常采用嵌入式計算機來作為系統測試控制單元。

2.2 系統測試總線的設計

在設計中，我們優選了UARTSPII2C總線作為系統內通訊總線，系統的嵌入式測試控制和數據傳輸均采用標準協議。采用多種總線并行應用具有以下特點：

（1）拓撲結構靈活，支持端到端，或多主發送，支持點對點通信和廣播數據傳輸，不需要系統啟動過程，避免了由于主站的失敗而導致的危險情況。

（2）增加了對系統冗余的支持。

（3）是一個動態的網絡，其總線調度可以在一定的限制之內變化，并支持節點的熱插拔。

（4）完全開放，便于擴展，允許用戶實現自定義的報文類型和協議。

（5）完全公開，免費發布全部技術資料，簡單易用，便于實現[3]。

2.3 模塊測試控制處理單元的設計

模塊測試控制處理單元的架構設計如圖3所示，控制處理單元是一個單片機應用系統，其外圍模塊有電源、存儲器、通信協議轉換功能電路以及各種測試信號的調理功能電路。

測試處理電路的選型和設計是模塊測試控制處理單元的設計重點，在設計中，我們選用美國賽靈思公司的XC7Z020-2CLG400I單片機作為控制處理器。XC7Z020-2CLG400I是采用雙核ARM cortex A9+FPGA結構，工作頻率高達667MHZ，外圍設備豐富，包括2個千兆網口MAC控制器，支持2個USB2.0OTG，2個CAN2.0B總線接口，2個SPI接口，2個UART接口，速率最高可達1Mb/S，2個I2C接口，118個GPIO，其中54個連接到ARM核（PS端），64個連接到FPGA（PL端）。

XC7Z020-2CLG400I有118個I/O引腳，每個I/O口分別對應輸入/輸出、功能選擇、中斷等多個寄存器，使得功能口和通用I/O口復用，在對同一個I/O口進行操作前要選擇其要實現的功能，這樣大大增強了端口的功能和靈活性。除此之外，該芯片還具有以下優點，PS端主頻800MHz，單核運算能力高達2.5DMIPS/MHz，內部集成8通道DMA控制器，通過外部存儲接口可連接各種存儲設備；PL端擁有350K/444K支持PS端配置的可編程邏輯單元，擁有19.2/26.5Mbit Block RAM，具備16對GTX高速串行收發器，每通道通信速率高達12.5Gbit/s；PL端引出121pin單端IO，80對通用差分對，40對GTX專用差分對（8對為時鐘），可在底板連接FMC、SFP+、PCIe等高速接口，實現功能拓展；PS端擁有多達54個MIO引腳，也可驅動EMIO控制PL端最多64個GPIO引腳，靈活配置各種外設接口；內部集成兩路12bitADC模數轉換器，1MSPS轉換率，17個差分輸入通道，滿足廣泛模擬數據采集和監控需求，所以選用其作為模塊測試控制處理單元的控制處理器芯片。

3 結語

本文從系統架構、硬件和主芯片選用流程三個方面闡述了3C電子設備嵌入式測試系統的設計，該嵌入式測試系統具有體積小、智能化程度高和測試效率高等特點，大大增強3C電子設備的檢測診斷能力，對提升3C電子產品的生產效率提升有著重要的意義。