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嵌入式計算系統調測方法與技術(shù)綜述
摘要：敘述嵌入式計算系統在開(kāi)發(fā)階段、生產(chǎn)環(huán)境和現場(chǎng)環(huán)境三種情況下的調測技術(shù)和方法，以及如何在硬件和軟件設計中進(jìn)行可觀(guān)測性和可測試性設計。引言
對于含有微處理器的裝置來(lái)說(shuō)，調測總是軟件和硬件結合的。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的階段以排錯為主，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)后期以及生產(chǎn)和現場(chǎng)運行階段，則是以測試為主。不同的階段，調測的內容、手段和使用的工具不盡相同。
測試接口并不是系統功能的一部分，測試接口設計本身也需要成本。對于小型簡(jiǎn)單系統來(lái)說(shuō)，沒(méi)有必要也不允許（成本考慮）設計測試接口；對于復雜系統來(lái)說(shuō)，設計測試接口的花費是值得的。良好的測試接口設計可經(jīng)縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，給產(chǎn)品維護、維修帶來(lái)便利。
對于嵌入式計算系統來(lái)說(shuō)，測試往往是軟件和硬件相結合的，既有借助于“正確”的軟件來(lái)測試硬件，也有借助于“正確”的硬件來(lái)測試軟件。由于軟件設計人員和硬件設計人員的技術(shù)隔膜，二者常常在出現問(wèn)題后相互指責，難以界定是軟件還是硬件問(wèn)題。對于嵌入式系統的軟件設計人員來(lái)說(shuō)，必須對硬件有足夠的了解。這一點(diǎn)，和通用計算平臺上的軟件設計是不同的；反之，硬件人員也必須能夠編寫(xiě)一些測試軟件，以證明其設計的正確性。
1 開(kāi)發(fā)階段的調制方法
1.1 RAM版本的目標系統調試
通過(guò)ICE（In-Circuit-Emulate）來(lái)調試目標板是開(kāi)發(fā)人員最常用的手段。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期，由于各種軟件和硬件問(wèn)題很多，通過(guò)仿真器并結合邏輯分析儀、示波器等硬件信號測試工具能夠很好地發(fā)現問(wèn)題。
在仿真器環(huán)境下，通過(guò)仿真器的監控軟件來(lái)控制用戶(hù)軟件的運行，使用斷點(diǎn)、單步跟蹤和查看變量、CPU寄存器、存儲器的數值等手段來(lái)查找問(wèn)題。由于仿真器的軟件和硬件需要一定的CPU資源，用戶(hù)軟件在仿真器環(huán)境下運行和脫離仿真器后獨立運行是有區別的。好的仿真器能夠盡量減小這種區別。常見(jiàn)的仿真器從技術(shù)上區分有：?jiǎn)蜟PU仿真器、雙CPU仿真器和ROM仿真器。
在仿真器環(huán)境下，程序一般是在仿真器的RAM存儲器中運行的，所以這種階段也稱(chēng)為“RAM版本的目標系統調試”。
1.2 ROM版本的目標系統調試
在仿真器環(huán)境下，目標板運行調試正確后，
一般的做法是將應用程序寫(xiě)入目標板的非易失性存儲器中，讓目標板單獨運行。在很多情況下，目標板系統往往不能運行或者運行結果和仿真器環(huán)境下不一致。而沒(méi)有連接仿真器，無(wú)法觀(guān)察各種軟件狀態(tài)，給分析問(wèn)題造成一定困難。在目標板上設計指示電路有助于發(fā)現問(wèn)題；在電路板上增加1個(gè)LED是最簡(jiǎn)單也是很有效的方法。對于復雜系統，可以設計1個(gè)數碼管顯示輸出接口，或者設計1個(gè)調試用串口，將調試信息發(fā)送到PC機上顯示。
在使用PC機作為顯示輸出設備時(shí)，一般的做法是使用Winodws自帶的超級終端軟件，無(wú)需另外編制程序。和前二種方法相比，該方法的接口信號是雙向的，調試者可以通過(guò)PC機輸入信息到目標板中，設定顯示信息的類(lèi)別。這一點(diǎn)，對于復雜系統的調試是很有價(jià)值的，CISCO公司的很多路由器產(chǎn)品就使用這種方法來(lái)維護和調試。
2 生產(chǎn)階段的測試方法
生產(chǎn)階段的測試只是對硬件電路或者系統進(jìn)行測試。測試目的是為了對產(chǎn)品或者部件進(jìn)行分檢，找出有缺陷的產(chǎn)品。測試內容包括：
*裸板測試——檢查未安裝元器件的電路板上的開(kāi)路和短路缺陷；
*成品生產(chǎn)缺陷分析——檢查已安裝元器件的電路板上焊點(diǎn)的短路和開(kāi)路缺陷；
*成品電氣性能測試——認證每個(gè)單元器件的上電運作；
*產(chǎn)品功能測試——認證電路模塊的功能。
生產(chǎn)測試和開(kāi)發(fā)階段的硬件測試不同，需要測試方法快速、能成批測試，易于在制造生產(chǎn)線(xiàn)上安裝。在生產(chǎn)的不同階段使用的測試工具和技術(shù)也不相同。目前常用的測試工具和技術(shù)有：人工視覺(jué)檢查（MVI）、在線(xiàn)測試（ICT）、自動(dòng)光學(xué)測試（AOI）、自動(dòng)X(jué)射線(xiàn)測試（AXI）。其中人工視覺(jué)測試（MVI）只能用于小批量試制產(chǎn)品。
在線(xiàn)測試（ICT）是最常用的一種線(xiàn)路板測試方法：使用專(zhuān)門(mén)的針床與已焊接好的線(xiàn)路板上的元器件接觸，通過(guò)針床在線(xiàn)路板上施加微小電壓來(lái)測試線(xiàn)路通斷、元件是否正確安裝。由于需要為特定電路板設計專(zhuān)用夾具，適合于單一品種民用型家電線(xiàn)路板極大規模生產(chǎn)的測試；缺點(diǎn)是在高密度的SMT線(xiàn)路板測試困難。目前的替代解決辦法是使用光學(xué)方法測試（如AOI，AXI），或者使用邊界掃描技術(shù)（即基于IEEE1394標準的JTAG測試接口）測試。后者需要IC或者線(xiàn)路板支持此技術(shù)。
功能測試是生產(chǎn)過(guò)程的最后階段使用，測試線(xiàn)路板或者系統的功能指標，一般的功能測試需要設計專(zhuān)用測試設備和測試軟件。
3 現場(chǎng)測試技術(shù)
現場(chǎng)測試分為三種情況：一種是在線(xiàn)測試，測試設備不停止運行；一種是停機測試，被測試設備停止運行；第三種為脫機測試，將被測部件從運行現場(chǎng)取出，放到專(zhuān)用的測試裝備上進(jìn)行測試。從測試技術(shù)角度上說(shuō)，后二者更容易進(jìn)行各種測試；對于復雜系統來(lái)說(shuō)，往往故障和問(wèn)題需要在設備運行時(shí)才能發(fā)現和定位，必須進(jìn)行在線(xiàn)測試。究竟采取哪種方式進(jìn)行現場(chǎng)測試，取決于故障狀況和實(shí)際應用是否允許立即停機。
開(kāi)發(fā)階段產(chǎn)品和成熟產(chǎn)品的現場(chǎng)測試要求也不同：前者測試目的主要是發(fā)現設計中的問(wèn)題，由產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行；后者側重于發(fā)現使用中的問(wèn)題和失效的部件，目的是更換部件，由產(chǎn)品使用人員進(jìn)行。（但測試方法和步驟也有可能是設計人員制定的。）
現場(chǎng)測試和試驗室測試的最大區別就是測試設備難以安裝和連接：線(xiàn)路板封閉在機箱中，測試信號線(xiàn)很難引入，即使設備外殼上留有測試插座，測試信號線(xiàn)也需要很長(cháng)，傳統的在線(xiàn)仿真器在現場(chǎng)測試中無(wú)法使用。另一方面，現場(chǎng)往往沒(méi)有實(shí)驗室里的各種測試儀器和設備，因此，必須有更好的方法和手段來(lái)完成測試。
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