引言 

 
　　隨著嵌入式系統的發展，迫切需要在嵌入式系統開發階段對嵌入式系統進行離線測試與分析，以保證系統的軟件應用程序、硬件具有兼容性、高可靠性和高可用性，迅速發現并準確定位系統中存在的問題。本文結合上海貝爾阿爾卡特股份有限公司開發的寬帶交換系統，討論離線單板硬件測試方法和系統測試方法。

　　離線單板硬件測試概述

　　在寬帶交換機系統中，離線測試包括自檢測試和一般的離線測試。自檢測試是單板初始化完成后為了保證板子的正確運轉進行的測試。它主要包括看門狗測試、快速硬件器件測試和下載通路測試。快速硬件測試完成寄存器測試和單板上單個硬件設備測試，其中又包括許多測試項。如果某一測試項測試失敗，整個測試就會停止直到看門狗超時重啟系統。下載測試是為了保證軟件下載功能能正常工作而進行的測試。這項測試主要完成通信接口收發數據測試、中斷功能測試。而一般的離線測試是在出廠檢驗、開發階段中的檢測和維修診斷時對上述的各測試項進行更具體的測試，以定位單板上的出錯位置。

　　看門狗測試

　　在做任何一項硬件測試之前必須完成看門狗測試。這是因為一項硬件測試失敗之后需要重啟系統，而硬件測試的失敗通常是以看門狗超時為判斷條件的。這就需要看門狗在硬件測試時能正常工作。看門狗測試方法是設置并激活一個1秒的看門狗，等待1秒后系統重啟。

　　Flash測試

　　在Flash中可存放程序，也可以存放數據。在燒錄Flash時，可存放預先計算好的checksum值。要測試Flash時，程序重新計算checksum，然后與預先存放的值進行比較。

　　數據Flash的測試方法有兩種。一種是非破壞性的基本測試，主要是checksum測試。另一種是破壞性的擴展測試，包括讀寫測試和地址/數據總線測試，具體方法與內存測試一致。基本測試可在系統自檢時使用，擴展測試可在維修診斷時采用。

　　內存測試

　　內存測試可分為三類：

　　1. 數據總線測試: 將0001循環左移并寫入內存，然后讀出并比較測試。

　　2. 內存區測試: 對內存所有存儲單元進行讀寫測試(讀寫5555H和AAAAH測試)。

　　3. 地址總線測試:對內存所有存儲單元進行地址累加測試。從RAM的基地址起，在每一個存儲單元(按照總線寬度)中寫入不同的值(遞增值)，地址遞增，直至所有的存儲單元都保存不同的內容，然后讀出并進行檢驗。

　　地址總線測試還可采用快速測試的方法：對0x1地址的內存單元寫入地址值0x1，地址值循環左移，依次將相應的地址值寫入相應的內存地址，最后檢驗。

　　在本文的系統中，自檢測試時只包括內存區測試。并且，由于測試時間的限制，只是隨機選擇內存的一些頁面進行讀寫測試。對于其它的內存測試方法，可以用于出廠檢驗、開發階段中的檢測和維修診斷。

　　主控芯片測試

　　主控芯片測試主要是對主控芯片進行定時器測試、寄存器測試、中斷測試和片內RAM測試。寄存器測試是對一些特殊寄存器的功能進行測試，以驗證CPU寄存器是否能正常工作。中斷測試是人為產生一些硬件中斷，檢測主控芯片對中斷的反應，是否能及時標志中斷寄存器的相應標志位。片內內存測試則遵循一般內存測試規則。

　　PLD/FPGA簡單測試

　　在寬帶交換機系統中，較大的FPGA常實現較復雜的功能。在測試時要對相關的功能進行詳細的功能測試。而對于其它簡單的小型PLD/FPGA則尋求自測的方法，在PLD或FPGA的編制過程中，適當的加入一些自測手段。當主控芯片要測試它們時，設置和讀取相應的PLD或FPGA的測試接口，從而獲得測試結果。

　　PCI總線測試

　　PCI總線常用于連接處理器和各類外設。它提供了一個低時延路徑，使處理器能夠直接存取任何映射在存儲器或I/O地址空間的PCI設備。它還提供一個高帶寬路徑，允許PCI主設備直接到主存儲器存取。測試方法是先測試是否能正確讀寫PCI配置空間寄存器，然后測試內存映射是否可以在兩端正確讀寫。

　　嵌入式系統離線測試方法

　　增量測試模型

　　在單板測試完成后，系統集成在一起之后有可能仍不能正常工作。主要原因是，模塊相互調用時接口會引入許多新問題。例如，數據經過接口可能丟失；一個模塊對另一模塊可能造成不應有的影響；模塊之間的硬件連接不正確也可能造成通信不暢；誤差不斷積累達到不可接受的程度等等。所以需要通過綜合測試來發現各種錯誤。

　　如果把所有模塊按設計要求一次全部組裝起來，然后直接運行系統軟件，這稱為非增量式集成。這種方法易出現混亂，在改正一個錯誤時又可能引入新的錯誤，新舊錯誤混雜，更難斷定出錯的原因和位置。增量式集成方法通過測試軟件一段一段地擴展，測試的范圍一步一步地增大，來逐步定位錯誤和糾正。根據系統的不同特點可以采用兩種增量式集成模型：自底向上集成和自頂向下集成。

　　寬帶機架系統由主控板和其它單板組成，離線系統測試軟件采用自頂向下集成的方法。由主控板將各個單板的系統測試程序通過網絡下載到目的板，然后主控板通過深度優先策略搜索單板。首先主控板發送消息到直連的單板，如果主控板、單板之間連線正確，且單板硬件及軟件工作正常，單板收到消息后將自己的相關信息返回給主控板。接著主控板再通過直連的單板獲取下層單板的相關信息，直到獲得所有單板的相關信息(位置，單板類型等)，然后就可以開始整個系統的綜合測試。 
 

　　綜合測試方法

　　目前大型的嵌入式系統大部分是分布式處理系統，由多個模塊協同工作完成復雜的功能，模塊之間通過網絡互聯。一般將整個系統分成3個不同的層次：設備層、系統層和應用層。針對這3個層次，系統的離線綜合測試可以通過互通性測試、功能測試和性能測試來進行。

　　互通性測試

　　互通性測試包括物理連通性和一致性的測試,確保系統中的各模塊之間進行互聯時不會出現問題。物理連通性和一致性的測試是最基本的網絡系統測試內容,其中主要是線纜測試, 用以查明所測線纜及布線是否符合設計要求和國際標準。在寬帶交換機系統中，互通性測試由主控板按照網絡連接的層次，依次發送消息給各塊PBA單板，等待它們的回復。如果主控板能在規定時間內收到回復，說明從主控板到該單板的網絡連線正確。同時，主控板從PBA的回復中也獲取了有關單板的相關信息，為下一步的功能測試和性能測試奠定了基礎。

功能測試

　　在整個系統內部的互通性測試完成之后，接著要進行功能測試，目的是檢驗設備能否完成它應該具備的功能。設備不同，其所要進行的功能測試也相應變化。如果單板硬件工作沒有異常，再由主控板啟動單板，執行其所具有的特定功能。

　　性能測試

　　完成系統設備測試和網絡互通性測試之后就可以在系統上加載各種應用。性能測試是綜合測試中最高層次的測試內容,主要測試系統對應用的支持水平。性能測試有不同的分類方法。在寬帶交換機系統中采用了仿真的方法，在實際的機架環境中，由測試集中的第一塊單板主動發送數據包，進行環回測試，主要進行的是數據鏈路層的測試，包括流量分析、錯誤數據統計等。

　　結語

　　以上介紹了寬帶交換機系統中實現單板硬件測試的一些方法和系統離線集成測試模型。在具體的開發中，用這些測試在設計階段盡早地檢查出了設計方面的問題。在維護階段，這些測試有效地定位了現場發現的問題。這些測試對寬帶交換機系統的可靠性起到了非常重要的作用，保證了系統在現場安全穩定的工作。

　　參考文獻

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3 MPC860 PowerQUICCTM User’s Manual   Motorola Inc. 1998