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嵌入式計算系統調測方法與技術綜述
摘要：敘述嵌入式計算系統在開發階段、生產環境和現場環境三種情況下的調測技術和方法，以及如何在硬件和軟件設計中進行可觀測性和可測試性設計。引言
對于含有微處理器的裝置來說，調測總是軟件和硬件結合的。在產品開發的階段以排錯為主，在產品開發后期以及生產和現場運行階段，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。對于小型簡單系統來說，沒有必要也不允許（成本考慮）設計測試接口；對于復雜系統來說，設計測試接口的花費是值得的。良好的測試接口設計可經縮短產品的開發周期，給產品維護、維修帶來便利。
對于嵌入式計算系統來說，測試往往是軟件和硬件相結合的，既有借助于“正確”的軟件來測試硬件，也有借助于“正確”的硬件來測試軟件。由于軟件設計人員和硬件設計人員的技術隔膜，二者常常在出現問題后相互指責，難以界定是軟件還是硬件問題。對于嵌入式系統的軟件設計人員來說，必須對硬件有足夠的了解。這一點，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一些測試軟件，以證明其設計的正確性。
1 開發階段的調制方法
1.1 RAM版本的目標系統調試
通過ICE（In-Circuit-Emulate）來調試目標板是開發人員最常用的手段。在產品開發初期，由于各種軟件和硬件問題很多，通過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現問題。
在仿真器環境下，通過仿真器的監控軟件來控制用戶軟件的運行，使用斷點、單步跟蹤和查看變量、CPU寄存器、存儲器的數值等手段來查找問題。由于仿真器的軟件和硬件需要一定的CPU資源，用戶軟件在仿真器環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。常見的仿真器從技術上區分有：單CPU仿真器、雙CPU仿真器和ROM仿真器。
在仿真器環境下，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
在仿真器環境下，目標板運行調試正確后，
一般的做法是將應用程序寫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境下不一致。而沒有連接仿真器，無法觀察各種軟件狀態，給分析問題造成一定困難。在目標板上設計指示電路有助于發現問題；在電路板上增加1個LED是最簡單也是很有效的方法。對于復雜系統，可以設計1個數碼管顯示輸出接口，或者設計1個調試用串口，將調試信息發送到PC機上顯示。
在使用PC機作為顯示輸出設備時，一般的做法是使用Winodws自帶的超級終端軟件，無需另外編制程序。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PC機輸入信息到目標板中，設定顯示信息的類別。這一點，對于復雜系統的調試是很有價值的，CISCO公司的很多路由器產品就使用這種方法來維護和調試。
2 生產階段的測試方法
生產階段的測試只是對硬件電路或者系統進行測試。測試目的是為了對產品或者部件進行分檢，找出有缺陷的產品。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路和短路缺陷；
*成品生產缺陷分析——檢查已安裝元器件的電路板上焊點的短路和開路缺陷；
*成品電氣性能測試——認證每個單元器件的上電運作；
*產品功能測試——認證電路模塊的功能。
生產測試和開發階段的硬件測試不同，需要測試方法快速、能成批測試，易于在制造生產線上安裝。在生產的不同階段使用的測試工具和技術也不相同。目前常用的測試工具和技術有：人工視覺檢查（MVI）、在線測試（ICT）、自動光學測試（AOI）、自動X射線測試（AXI）。其中人工視覺測試（MVI）只能用于小批量試制產品。
在線測試（ICT）是最常用的一種線路板測試方法：使用專門的針床與已焊接好的線路板上的元器件接觸，通過針床在線路板上施加微小電壓來測試線路通斷、元件是否正確安裝。由于需要為特定電路板設計專用夾具，適合于單一品種民用型家電線路板極大規模生產的測試；缺點是在高密度的SMT線路板測試困難。目前的替代解決辦法是使用光學方法測試（如AOI，AXI），或者使用邊界掃描技術（即基于IEEE1394標準的JTAG測試接口）測試。后者需要IC或者線路板支持此技術。
功能測試是生產過程的最后階段使用，測試線路板或者系統的功能指標，一般的功能測試需要設計專用測試設備和測試軟件。
3 現場測試技術
現場測試分為三種情況：一種是在線測試，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取出，放到專用的測試裝備上進行測試。從測試技術角度上說，后二者更容易進行各種測試；對于復雜系統來說，往往故障和問題需要在設備運行時才能發現和定位，必須進行在線測試。究竟采取哪種方式進行現場測試，取決于故障狀況和實際應用是否允許立即停機。
開發階段產品和成熟產品的現場測試要求也不同：前者測試目的主要是發現設計中的問題，由產品開發人員進行；后者側重于發現使用中的問題和失效的部件，目的是更換部件，由產品使用人員進行。（但測試方法和步驟也有可能是設計人員制定的。）
現場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：線路板封閉在機箱中，測試信號線很難引入，即使設備外殼上留有測試插座，測試信號線也需要很長，傳統的在線仿真器在現場測試中無法使用。另一方面，現場往往沒有實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完成測試。
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