ARM Cortex-M3 微處理器測試方法研究與實現(xiàn)

2 ARM Cortex-M3 的測試

2.1 ARM Cortex-M3 內(nèi)核簡介

ARM Cortex-M 系列微處理器主要用于低成本和低功耗領(lǐng)域，如智能測量。人機(jī)接口設(shè)備。汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)。大型家用電器。消費性產(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。數(shù)據(jù)觀察點。寄存器和存儲器訪 問。性能速寫(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)試訪問接口(DAP)的總線接口。通過DAP 可以訪問芯片的寄存器，也可以訪問系統(tǒng)存儲器，并且可以在內(nèi)核運行的時候訪問，這就對芯片的測試提供了接口支持。集成Cortex-M3 內(nèi)核的微處理器一般提供一個調(diào)試端口(DP)與DAP 相連，目前可用的調(diào)試端口包括SWJDP,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，這些信息通過跟蹤端口接口單元(TPIU)送到內(nèi)核的外部，對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，并且送給芯片測試系統(tǒng)。

2.2 測試向量生成

用自動測試設(shè)備(ATE)測試ARM 芯片是一種傳統(tǒng)的測試技術(shù)，其優(yōu)點是可以靈活編制測試向量，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，因此對測試系統(tǒng)所具有的能力也要求較高。這就要求測試設(shè)備本身必須要具備測試各種不同功能模塊的能力，包含對邏輯。模 擬。內(nèi)存。高速或高頻電路的測試能力等等。同時測試系統(tǒng)最好是每個測試通道都有自己的獨立測試能力，避免采用資源共享的方式，以便能夠靈活運用在各種不同 的測試功能上。所以常規(guī)的ARM 芯片測試設(shè)備往往要求相當(dāng)高的配置才能應(yīng)對測試需求。

測試的含義非常廣泛，就ARM 芯片測試而言，可以定義多種類型的測試，不同類型的測試需要產(chǎn)生不同類型的測試向量。而測試向量生成的方法，雖然可以人工編制，但多數(shù)情況需要由測試向量 生成工具(ATPG)生成，才能產(chǎn)生比較完備的測試集。本文介紹的ARM 芯片測試方法，借助對應(yīng)的ARM 芯片開發(fā)工具產(chǎn)生測試代碼，再由專用的測試向量生成工具生成測試向量。這種方法的優(yōu)點是能針對ARM 芯片應(yīng)用開發(fā)人員關(guān)心的測試集合產(chǎn)生測試向量，因而比較高效，測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)用軟件來轉(zhuǎn)碼，能大幅減少工作量。缺點是不容易用算法來實現(xiàn)自動生成完備的測試代碼。

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

3 結(jié)論

本文通過分析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 集成開發(fā)環(huán)境，結(jié)合BC3192V50 測試系統(tǒng)的測試向量生成器，能夠快速高效產(chǎn)生基于ARM Cortex-M3 內(nèi)核的微處理器測試向量，進(jìn)而完成功能和直流參數(shù)測試。本案所述方法同樣適于其他微處理器的測試。