一種UART＆SPI接口驗證工具的設計與實現

摘要：隨著WLAN(無線局域網)的普及，各種接口的WLAN網卡層出不窮，像UART，SPI，USB等。為了驗證接口的功能、性能和兼容性是否符合需求，在此提出了一種支持UARTSPI接口的驗證工具。傳統的接口驗證采用手動驗證的方法，即手動修改UART接口的波特率或SPI接口的大小端等來達到遍歷所有用例的目的，傳統方法存在效率低，容易漏測測試用例等缺陷。而該工具通過命令通道完成上位機和下位機的協商，保持接口參數同步;數據通道驗證在該接口參數下的功能和性能，實現了接口的功能和性能驗證的自動化，大大提高了測試效率，保證測試用例的覆蓋率。該工具適用于多種平臺下的UART和SPI接口驗證。

0 引言

隨著WLAN的廣泛應用，越來越多的芯片廠商投入到WLAN芯片開發上。因此各種接口的WLAN芯片成為了各大廠商發展的主要方向。目前主流的接口有：USB，SDIO，UART，SPI等。

本公司設計了一款支持多接口、多協議的無線局域網802.11n(1T1R)的SoC芯片。該SoC芯片集成了SDIO，SPI，UART等接口。為了驗證各個接口是否能夠達到設計需求，需要對各個接口進行功能、性能和兼容性的測試。所謂接口驗證，是指以接口為測試對象，詳細測試接口功能和性能。本文中是指UART接口和SPI接口。對于UART接口，需要對接口的波特率、數據長度、奇偶校驗位、停止位、流控、異常錯誤等進行驗證。對于SPI接口，需要對接口的大小端、工作模式、工作速率等進行驗證。

1 接口單元驗證的必要性

1.1 接口單元驗證簡介

如圖1所示，是接口單元驗證的示意圖。測試板有兩個UART接口和一個SPI接口。下位機完成固件部分，也就是直接操作硬件;而上位機完成測試用例管理和接口驅動兩部分。

1.2 對接口進行單元驗證的原因

(1)驗證接口的功能是否實現。保證設備能夠正確枚舉，各種配置下數據收發通路暢通。

(2)對各個接口的性能有一個準確的把握。有了接口性能數據后，可以幫助在系統測試階段定位問題。在系統測試階段，性能瓶頸一方面來自于接口，一方面來自于WiFi。在接口驗證階段獲得這個數據后可以幫助分析和定位問題。

(3)在平臺兼容性測試中，由于平臺的兼容性主要與接口有關，與WiFi無關，如果把兼容性放到系統測試階段去做，無形中增加了定位問題的難度。

1.3 傳統接口驗證的方法及缺陷

傳統的驗證方法是將上位機與下位機分離開來。首先上位機修改參數，之后下位機修改參數，編譯固件、運行，上位機與下位機進行通信。上位機與下位機之間沒有協商，直接進行通信。以UART接口的功能驗證為例來說明一下接口驗證方法的缺陷。

UART的功能驗證主要是各種配置下(波特率、數據長度、奇偶校驗位、停止位的組合)是否能夠準確無誤地傳輸數據。如果按照這種測試方法的話，測試效率很低。另外一個方面，由于主觀因素的影響，采用手動的方法容易漏測測試用例。

綜上，傳統接口單元驗證方法的缺陷為：測試效率低;容易漏測測試用例。

2 接口驗證工具的設計

2.1 硬件架構

2.1.1 PC下的硬件結構

如圖2所示，描述的是PC環境下的UART接口的驗證硬件結構圖。

其中PCI通過JTAG接口控制測試板，完成固件的下載。PC2與測試板通過UART接口連接，UART0接口是命令接口，主要傳輸PC2對測試板的命令及測試板的響應;UART1是數據接口，主要傳輸PC2和測試板之間的數據。

2.1.2 嵌入式平臺下的硬件結構

如圖3所示，描述的是嵌入式平臺下UART接口和SPI接口的驗證硬件結構圖。

其中PCI通過JTAG接口控制測試板，完成固件的下載。PC2通過串口控制嵌入式平臺。在驗證UART接口時，連接測試板與嵌入式平臺的兩個UART口，UART0接口是命令接口，主要傳輸嵌入式平臺對測試板的命令及測試板的響應;UART1是數據接口，主要傳輸嵌入式平臺與測試板之間的數據。

在驗證SPI接口時，連接測試板與嵌入式平臺的UART0口及SPI接口。同樣地，UART0是命令接口，主要傳輸嵌入式平臺與測試板的命令傳輸;SPI是數據接口，傳輸嵌入式平臺與測試板之間的數據。

2.2 軟件結構

驗證軟件結構見圖4，其中DUT設備為驗證的對象。

(1)用例管理層

主要生成各種測試用例。對于UART接口來說，包括UART波特率、數據長度、停止位、奇偶校驗位等屬性組合的設置及高級設置項等。

對于SPI接口來說，主要包括SPI的各種模式、各種時鐘、大小端及上下行數據的測試用例的生成。

(2)配置接口層

依據配置程序與驅動程序命令/事件接口定義完成各種命令的發送，并做相應的事件處理。

(3)驅動接口層

依據配置程序與驅動程序命令/事件接口定義對配置程序發送的命令進行解析，同時對硬件的狀態信息進行響應。

(4)硬件接口層

主要負責驅動與固件接口操作，對DUT設備進行設置，對DUT進行寫命令/數據，或從DUT設備獲取狀態/數據信息。

3 接口驗證工具的實現

考慮到兼容各個嵌入式平臺(Linux系統)，故整個上位機軟件工作在Linux系統下。從圖5可以看出，整個軟件的實現主要由配置程序、驅動程序及固件3部分組成。本文重點介紹配置程序及驅動程序部分。