ARM技術的Cortex-M3微處理器測試方法研究與實現

1.2 引導模式/FLASH 編程模式

針對沒有配備仿真調試接口的微處理器，可以利用引導功能實現對微處理器的測試。因沒有配備仿真調試 功能，不能實現仿真測試。因此針對這一類的微處理器測試中，需要在芯片中加載測試代碼。大多數的微處理器芯片都具有上電引導功能，可以利用引導功能將測試 代碼加載到微處理器中，進而實現功能和直流參數測試。而對于內部配備FLASH的微處理器可以先將測試代碼下載到片內FLASH中，以實現對微處理器的功能和參數測試。

為了實現對微處理器的測試控制，通常，測試系統利用微處理器的片上通信接口與片上測試程序通信，互相配合完成功能和參數測試。

2 ARM Cortex-M3 的測試

2.1 ARM Cortex-M3 內核簡介

ARM Cortex-M系列微處理器主要用于低成本和低功耗領域，如智能測量。人機接口設備。汽車和工業控制系統。大型家用電器。消費性產品和醫療器械等領域。圖4 為Cortex-M 系列微處理器的簡要框圖。

ARM Cortex-M3 內核搭載了若干種調試相關的特性。

最主要的就是程序執行控制，包括停機(halting)。單步執行(stepping)。指令斷點。數據觀察點。寄存器和存儲器訪 問。性能速寫(profiling)以及各種跟蹤機制。Cortex-M3的調試系統基于ARM最新的CoreSight 架構，雖然內核本身不再含有JTAG 接口，但是提供了調試訪問接口(DAP)的總線接口。通過DAP可以訪問芯片的寄存器，也可以訪問系統存儲器，并且可以在內核運行的時候訪問，這就對芯片的測試提供了接口支持。集成Cortex-M3內核的微處理器一般提供一個調試端口(DP)與DAP相連，目前可用的調試端口包括SWJ‐DP,既支持傳統的JTAG調試，也支持新的串行線調試協議。Cortex-M3內核還能掛載一個嵌入式跟蹤宏單元(ETM)。ETM可以不斷地發出跟蹤信息，這些信息通過跟蹤端口接口單元(TPIU)送到內核的外部，對于外部集成再跟蹤信息分析儀的ARM 芯片，可把TIPU 輸出的已執行指令信息捕捉到，并且送給芯片測試系統。

2.2 測試向量生成

用自動測試設備(ATE)測試ARM芯片是一種傳統的測試技術，其優點是可以靈活編制測試向量，專注于應用相關的功能模塊和參數。但是由于ARM芯片的功能與應用有相當的復雜性，因此對測試系統所具有的能力也要求較高。這就要求測試設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。內存。高速或高頻電路的測試能力等等。同時測試系統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。所以常規的ARM芯片測試設備往往要求相當高的配置才能應對測試需求。

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，但多數情況需要由測試向量生成工具(ATPG)生成，才能產生比較完備的測試集。本文介紹的ARM芯片測試方法，借助對應的ARM 芯片開發工具產生測試代碼，再由專用的測試向量生成工具生成測試向量。這種方法的優點是能針對ARM芯片應用開發人員關心的測試集合產生測試向量，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芯片應用軟件來轉碼，能大幅減少工作量。缺點是不容易用算法來實現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芯片開發例程中獲得，測試向量通過編譯器編譯成ARM芯片可執行代碼，然后與激勵向量和期望向量混合生成完整的AR 芯片測試向量。ARM芯片測試向量生成工具通過時間參數來確定測試代碼。激勵向量與期望向量之間的時序關系，ARM 芯片時間參數可從芯片手冊中獲得。測試向量生成后，通過BC3192 集成開發環境下載到測試系統圖形卡中，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，同時對輸出端進行監測比較獲得測試結果。綜上，測試向量的產生是ARM 芯片測試的核心，本文所述測試向量生成器通過輸入ARM 芯片可執行代碼和芯片時間參數來產生測試邏輯，具有易用。高效的特點，現已用于多個ARMCortex 內核微處理器的測試中。

3 結論

本文通過分析ARM Cortex-M3 內核的工作原理和跟蹤調試方法，利用通用的ARM集成開發環境，結合BC3192V50 測試系統的測試向量生成器，能夠快速高效產生基于ARMCortex-M3內核的微處理器測試向量，進而完成功能和直流參數測試。本案所述方法同樣適于其他微處理器的測試。