摘要：隨著云計算、高清視頻的出現，整個電子系統(tǒng)已經邁入了大數據時代，需要大容量數據的存儲和大數據傳輸。嵌入式電子系統(tǒng)如智能手機、汽車內的電子控制單元不僅傾向于更加小型化，還需要具備強大的智能處理功能，整個系統(tǒng)變得越來越復雜，總線類型繁多，高速數據線也更多。對于復雜嵌入式系統(tǒng)的調試和分析也將變得更加困難，一是系統(tǒng)的參數要求更加嚴格，二是涉及到的信號更多，混合有模擬信號和數字信號，需要盡可能的同時捕獲多路信號以便進行對比分析。本文將介紹力科的新一代8通道、12bit ADC的高精度示波器HDO8000如何助力復雜嵌入式系統(tǒng)的調試與分析。

一、典型的嵌入式控制系統(tǒng)

下圖1所示為典型的電動車電子控制單元(ECU)的架構圖，包括有高控制復雜度的處理器，用于控制、連接及處理外圍設備;處理器外圍接口設備通常包括有串行信號接口(如SPI，I2C，UART，RS232，ENET，USB2，CAN總線等等);傳感器和驅動器控制信號;用于連接顯示設備的MOST或者LVDS總線;音頻總線I2S，SLIMBUS等;內存控制總線SDRAM(現在的智能手機中包含有DDR，LPDDR等);還有電機的控制信號線等。

上述多種總線通常并存于一塊面積不大的系統(tǒng)中，且由同一個嵌入式處理器進行控制和數據的處理，因此各類信號之間的干擾也會變得更加嚴重。

圖1 典型的電動車電子控制單元

三、復雜嵌入式系統(tǒng)的主要測試內容及難點

針對嵌入式系統(tǒng)的測試主要包括三個方面：一是電源紋波的測試分析;二是標準信號的一致性分析;三是整個系統(tǒng)的調試包括串擾分析。

1、電源紋波的測試分析

對于小型復雜嵌入式系統(tǒng)如手機有一項重要性能指標是電池充完一次電能夠使用多長時間，而且嵌入式系統(tǒng)中也出現了達到幾Gbps的小幅差分高速串行信號(如下一代MIPI MPHY信號可以達到6Gbps)，所以系統(tǒng)的供電電壓也越來越低，如DDR3L的供電電壓為

1.35V，供電電壓越低，對電壓波動即紋波的要求就越高。如下圖2 所示為某DDR 對電源紋波的要求，要求紋波小于1%1，及+/-15mv：

圖2 某DDR 對電源紋波的要求

對于如此嚴格的電源紋波測試要求，傳統(tǒng)的示波器測試將會帶來更大的誤差，原因是傳統(tǒng)示波器通常只有8 位ADC，量化誤差較大，且前端放大器具有更大的噪聲。

2、標準信號的一致性測試

對于一些標準的信號如以太網，USB 等，有專門的規(guī)范規(guī)定了需要的測試項目，由于測試項目數量多，靠工程師一項一項的進行測試會非常耗費時間，影響產品開發(fā)進度。

3、各類標準信號的聯合調試與分析

由于復雜嵌入式系統(tǒng)中有多種不同標準的模擬信號、數字信號、電壓信號、電流信號并存于一塊非常緊湊的電路板上，因此相互間的串擾會大大增加，通常需要多個信號同時進行測試才能更容易的通過對比分析找到可能的問題。傳統(tǒng)的示波器通常只有4 個通道，有很多用戶會選擇使用兩臺示波器級聯的方式實現8 個通道，這樣的方式可以捕獲8 個信號，但是無法實現多通道級聯觸發(fā)、多個信號在同一個屏幕上顯示、多個信號同時進行分析等。

四、力科的8 通道/12 位的高精度示波器HDO8000 助力嵌入式系統(tǒng)測試

力科(Teledyne LeCroy)的HDO8000 系列示波器具有8 個模擬通道、12 位ADC、1GHz帶寬、2.5GS/s、250MS 存儲深度、16 個數字通道、具有19 種串行觸發(fā)和解碼選項的高精度示波器HDO8000 系列。

8 個模擬通道和16 個數字通道可以實現同時觀察和測量8 路模擬信號和16 路數字信號的能力，能夠快速的觀察和調試信號，分析多通道信號之間的串擾，這將特別適合于復雜嵌入式系統(tǒng)的調試與分析，解決了傳統(tǒng)示波器通道數不夠的問題。

1GHz 帶寬、2.5GS/s 采樣率不僅可以完全包括電源系統(tǒng)的測試需求，而且能夠滿足功率轉換系統(tǒng)中的嵌入式控制信號的測試，如I2C，SPI，RS232，ENET，USB 等串行控制接口。

12 位ADC 能夠更加充分的觀察信號的細節(jié)和實現更加精確的測量，具有更大的量化等級數，更小的量化誤差，配合示波器低噪聲的前端放大器結構，是復雜嵌入式系統(tǒng)中小電壓電源紋波測試的理想選擇。

250MS 的存儲深度能夠捕獲足夠長時間的低頻電源信號進行充分的整體和細節(jié)的分析。

力科的8 通道高精度示波器下圖3 所示：

圖3 力科的8通道/12Bit示波器

下圖4左側上下兩幅圖所示為12位示波器的測試結果，右側上下兩幅圖所示為8位示波器的測試結果。從圖中可見，12bit示波器能夠更加清晰的觀察信號幅值區(qū)域以及波動區(qū)域的細節(jié)，而8bit示波器卻出現明顯的量化誤差。

圖4 8bit&12bit示波器的測試對比

此外對于復雜嵌入式系統(tǒng)的一致性測試和調試方面的難點，力科的HDO8000示波器也配置了相應的工具為工程師實現更加高效的測試。

其一是一致性測試軟件QualiPHY，如下圖5所示，力科QualiPHY軟件包集成多種串行標準，包括ENET，USB2.0，USB3.0，PCI Express，DDR2 ，HDMI，DisplayPort，SATA，SAS，FB_DIMM，UWB;圖文并茂顯示測試連接設置和測試報文發(fā)送步驟;對參數測量結果自動進行合格判斷;自動生成規(guī)范、全面、美觀的測試報。QualiPHY一致性測試軟件的核心價值是通過簡化串行數據一致性測試過程，從而縮短了新產品的上市時間，有效降低了研發(fā)成本。

圖5 力科QualiPHY一致性測試軟件

其二是一系列的解碼和觸發(fā)分析軟件，解碼和觸發(fā)分析軟件有助于查找物理層或者協(xié)議層問題導致的協(xié)議層錯誤。如下圖6所示為I2C的解碼分析結果，力科的解碼軟件能夠將數據、地址等信息以不同顏色進行顯示，解碼的結果信息直接疊加在波形上，同時以表格的方法進行顯示，數據信息可以顯示為二進制格式，十六進制格式以及ASCII格式。通過協(xié)議層數據、地址或者其它控制信息的觸發(fā)，可以快速的捕獲到工程師希望的數據信息。

圖6 I2C總線的解碼分析