使用泰克混合信号示波器调试混合信号嵌入式设计(3GC-20215-2)

泰克产品技术

应用指南

使用泰克混合信号示波器调试混合信号嵌入式设计

引言

当前的嵌入式设计工程师面临着系统复杂程度日益提高的挑战。典型的嵌入式设计可能会包括各种模拟信号、高速和低速串行数字通信、微处理器总线等等。I2C和SPI等串行协议通

常用于芯片间通信，但不能在所有应用中代替并行总线。

泰克产品技术

调试混合信号嵌入式设计

应用指南

微型控制器

传感器

LCD控制器

显示器

MUX

状态LED指示灯

编码器

传感器

闪存

图1.混合信号嵌入式系统。

微处理器、FPGA、模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)等集成电路给当前嵌入式设计带来了独特的测量挑战。工程师可能需要解码两个IC之间的SPI总线，同时在同一块系统电路板上观察ADC的输入和输wg出。图1是混合信号系统实例。

对配备4通道示波器的工程师来说，调试图1所示的硬件是一件困难而又让人畏缩的任务。许多工程师用惯了示波器，同时为了节约时间，可能会选择购买三四台示波器，以便一次探测多个信号。逻辑分析仪可以探测多个数字信号，但调试任务非常复杂，使用逻辑分析仪所带来的设置和学习过程有些不值得。幸运的是，对面临这一任务的工程师，泰克MSO4000、MSO3000和MSO2000系列混合信号示波器(MSO)可以满足他们的

需求。泰克MSO系列把16通道逻辑分析仪的基本功能与泰克4通道示波器倍受信任的性能结合在一起。本应用指南介绍了混合信号嵌入式设计的调试，演示了泰克MSO4000、MSO3000和MSO2000系列提供的业内领先的性能。

使用MSO系列同时调试多个串行协议

嵌入式设计工程师通常使用串行协议，如I2C和SPI，以简化电路板上系统模块之间的通信。这些串行协议可以降低布线的复杂性，但传统示波器一直很难调试其实现方案。设计人员一般会被迫手动解码采集的串行数据，或从示波器导出数据，以进行后期处理和解码。使用示波器解码串行数据可以为嵌入式设计工程师节约无数个小时的调试时间，允许工程师实时查看硬件和软件的影响。

2 http://www.77cn.com.cn/mso

泰克产品技术

调试混合信号嵌入式设计

应用指南

微型控制器

LCD控制器

编码器

图2. 带有探测点的采集子系统。

尽管DPO系列示波器可以使用最多四条通道探测串行数据，但许多常用串行协议要求三条或三条以上的线。工程师通常需要同时解码和显示多条串行总线，观测其时间相关性。泰克MSO系列把DPO系列的串行触发和解码功能与16条新增数字通道结合在一起。除I2C、SPI、CAN、LIN和RS-232外，MSO系列还支持触发和解码RS-232和并行总线。MSO4000和MSO3000系列还支持触发和解码I2S、左对齐、右对齐和TDM音频总线。此外，MSO3000系列还支持触发和解码FlexRay总线。通过MSO系列示波器，工程师可以同时探测和解码多条串行总线及自定义并行总线。下面的实例使用MSO系列，调试图1所示的嵌入式设计中复杂的多芯片通信错误。

在系统最初调试过程中(如图1所示)，系统偶尔遇到电路板上状态LED指示灯表明发生故障的情况。状态LED指示灯报告的错误不明确，导致系统工程师不能确定问题是由硬件导致的还是由软件导致的。以前，类似错误一直源于模拟复用器输入上的信号质量差，但工程师已经成功更换了导致信号保真度问题的硬件。由于系统工程师怀疑错误可能源于复用器输入之外的其它来源，他决定探测到复用器的模拟输入及多条数字总线，以全面查看系统状况。MSO系列为调试提供了4条模拟通道和16条数字通道，它连接到图2中标为1-4的信号上。

http://www.77cn.com.cn/mso 3

泰克产品技术

调试混合信号嵌入式设计

应用指南

图3. MSO4000显示了I2C、SPI和并行总线及CH1模拟信号。图3显示了MSO系列同时探测SPI总线(1)、I2C总线(2)、3位并行总线(3)和模拟输入(4)的屏幕快照。由于错误可以被隔离到某个子例程，因此示波器配置成单次采集，触发特定的I2C活动。把记录长度设置成1M点保证了可以准确地捕获I2C总线上事件周围的所有有用信息。工程师运行子例程，迅速查看MSO系列，了解系统中发生的情况。CH1上显示的MUX输入上清楚的模拟波形确认了工程师的疑问，表明硬件问题已经得到解决，错误发生在其它地方。示波器触发和解码从微控制器中写入的I2C数据。工程师注意到SPI上的活动及在传输I2C数据后很快显示了标有D1和D2的信号。工程师怀疑这些总线上的活动，因为他认为执行的功能主要涉及LCD控制器。由于示波器已经解码I2C数据值，因此工程师可以看到微控制器已经把I2C数据写入地址0x77。地址0x77是FPGA的地址，但工程师认为子例

4 http://www.77cn.com.cn/mso

图4. Wave Inspector用来放大和显示分组细节。

程把数据写入地址0x76，这是LCD控制器的地址。图4显示了同一采集，其中使用Wave Inspector®导航和搜索功能放大SPI和并行总线的细节。SPI数据在屏幕上解码成从主设备(FPGA)到从设备(MUX)的写入，数据值为0x15。这一SPI命令指示LWTYMUX改变信号路径使用的输入。输入信号中这种意想不到的变化导致FPGA向并行总线上的状态LED指示灯发送一个错误代码。在图4中也可以观察到这些并行总线的错误代码和解码。

嵌入式设计工程师可以迅速确定是软件漏洞导致了系统问题，因为MSO系列能够同时查看和解码所有相关信号。软件编程人员错误地从微控制器到FPGA写入I2C数据，而分组的预计目标是LCD控制器。

泰克产品技术

图5. MUX_OUT上的白色边沿表明提供了更详细的信息。

下一代数字波形显示帮您揭示问题

在改动系统软件，校正上一节中介绍的地址漏洞后，嵌入式设计工程师继续测试更多的系统功能。在进行测试时，他注意到状态LED指示灯偶尔指明错误。与上一节中描述的错误不同，工程师不确定怎样重建看到的错误。错误似乎具有随机特点，不能隔离到系统的某个功能或子例程。

嵌入式设计工程师对错误的随机特点感到很迷惑，不确定从哪儿入手查找来源。查找错误来源的一个选项是使

调试混合信号嵌入式设计

应用指南

用示波器随机探测系统，以期捕获随机事件。尽管工程师过去一直使用这种方法，但他知道，连接到所有相关信号、正确配置的MSO系列示波器可以用少得多的时间找到错误。上一节中大多数探测点仍连接到示波器上。CH1探头移动到活动的MUX输入上，这是来自传感器3的数字信号。除这4个探测点外，工程师使用一条数字通道探测MUX输出。

FPGA通过3位并行总线传送值0x7，表明已经发生错误。为隔离问题，MSO系列配置成捕获单次采集，它把触发事件设置成并行总线值0x7。图5显示了采集结果。在这种情况下，并行总线解码和触发节约了时间，减少了混淆，因为可以简便地隔离错误条件。这一采集过程中使用的1M记录长度允许工程师观察触发事件前和触发事件后信号的关键细节。

乍一看，图5所示的信号似乎行为正常，但系统工程师很快确定MUX_OUT信号上出现了独特的两个边沿转换。图5所示的MUX_OUT信号上的白色转换向用户表明这些信号部分存在着更多的信息。MSO系列的多边沿检测功能突出显示了波形区域，通过缩放可以揭示频率较高的数字脉冲。在使用Wave Inspector®放大波形细节时，图6揭示了第一个白色转换背后的细节。图5中画出的白色转换的信号部分实际上是MUX_OUT信号上的一个毛刺。

h …… 此处隐藏：4825字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……