| 泰克示波器应用指南
嵌入式系统几乎遍布在人类社会的每个角落。嵌入式系统可以简单定义为属于大型系统或机器一部分的一种专用计算机系统，其目的是为该系统或机器提供监测和控制服务。典型的嵌入式系统在开机时会开始运行某些专用应用，直到关闭时才会停止。当前设计和生产的几乎每个电子设备都是嵌入式系统。嵌入式系统实例包括：
应用指南
■ 电子闹表
■ 自动柜员机
■ 移动电话
■ 计算机打印机
■ 防抱死刹车控制器
■ 微波炉
■ 导弹使用的惯性引导系统
■ DVD 播放机
■ 个人数字助理(PDA)
■ 工业自动化和监测使用的
可编程逻辑控制器(PLC)
■ 便携式音乐播放机
■ 可能还包括烤面包机?嵌入式系统可能包含许多不同类型的设备，包括微处理器、微控制器、DSP、RAM、EPROM、FPGA、模数转换器、数模转换器和I/O。这些设备在传统上一直使用宽并行总线相互通信及与外部世界通信。然而今天，嵌入式系统设计中使用的越来越多的构件将用串行总线代替宽并行总线，原因如下：
尽管串行总线提供了大量的优势，但它们也给嵌入式系统设计人员带来了某些重大挑战，因为它以串行方式传送信息，而不是以并行方式传送信息。本应用指南讨论了嵌入式系统设计人员的常用挑战，及怎样使用MSO/PO 系列－ MSO/DPO4000、DPO3000 和MSO/DPO2000 系列示波器中提供的功能迎接这些挑战。 并行与串行比较在并行结构中，总线的每个组件都有自己的信号路径。可能有16 条地址线、16 条数据线、一条时钟线和各种其它控制信号。通过总线发送的地址或数据值会通过所有并行线路同时传送。因此，使用大多数示波器和逻辑分析仪中的状态触发或码型触发功能触发感兴趣的事件相对简便。同时，可以简便地一目了然地了解在示波器或逻辑分析仪显示屏上捕获的数据。例如，在图1 中，我们使用逻辑分析仪从微控制器中采集时钟线、地址线、数据线和控制线。通过使用状态触发，我们隔离了我们查找的总线。为“解码”总线上发生的情况，我们需要查看每条地址线、数据线和控制线的逻辑状态。在串行总线中，所有这些信息都必须以串行方式在相同的少数导线(有时是一条)上发送。这意味着一个信号可
泰克示波器是为了考察多条通道中同时发生的问题设计的。为处理串行总线，其触发引擎深度必需有几千种状态(每个bit位一个状态)。即使存在这种触发功能，但为所有这些bit 位逐个状态编程也不是件好玩的事。必须找到一种更好的方式！通过MSO/DO 系列－ MSO/DPO4000泰克示波器、DPO3000 和MSO/DPO2000系列泰克示波器，现在可以有一种更好的方式。下面几节重点介绍了可以怎样在嵌入式系统设计最常用的低速串行标准中采用MSO/DPO 系列。 I2C背景知识I2C 或“I squared C”是指集成电路间总线。它最初是飞利浦公司在20 世纪80 年代研制的，为把控制器连接到电视机上的外设芯片提供了一种低成本方式，但之后其已经发展成为嵌入式系统设备之间通信的一项全球标准。它采用简单的两线设计，广泛用于领先芯片制造商生产的各种芯片中，如I/O、模数转换器、数模转换器、温度传感器、微控制器和微处理器，芯片制造商则包括:
FlexRay，在所有三项汽车标准上提供了串行触发和分析功能，即CAN、LIN 和FlexRay，并在FlexRay 上提供了眼图分析和关键定时测量功能。为定义FlexRay总线，我们进入总线菜单，从支持的标准列表中选择FlexRay。FlexRay 设置菜单如图25 所示。然后，我们使用Define Inputs 菜单，告诉示波器我们是在查看FlexRay 通道A 还是通道B、我们正在探测哪类信号(差分、半差分对或控制器和总线驱动器之间的逻辑信号)，然后设置门限和位速率。与4000系列上支持的其它串行标准不同，FlexRay 在查看非Tx/Rx 信号时要求设置两个门限，因为它是一种三电平总线。这样，示波器可以识别Data High 和Data Low 及两个信号电压相同的空闲状态。
MSO/DPO4000 泰克示波器强大的FlexRay 功能集如图26 所示，其中我们触发了Frame ID = 4 和Cycle Count = 0组合，捕获了大约80 个FlexRay 帧，解码了整个采集，然后让示波器搜索采集数据，找到和标记发生的所有同步帧。所有这一切只需使用100,000 点的记录长度完成。MSO/DPO4000 系列在所有通道上可以实现最深10M 点的记录长度，捕获串行活动的长时间窗口。MSO/DPO4000 系列FlexRay触发功能包括下述类型：■ 帧头－触发帧头序列(FSS)的后沿。■ 指示符位－触发正常帧、净荷帧、空帧、同步帧或启动帧。■ 标识符－触发特定帧号或一个帧号范围。■ 循环数量－触发特定的循环数量值或一个循环数量值范围。■ 包头字段－触发任意包头字段或所有包头字段中用户指定值的组合，包括指示符位、帧号、净荷长度、包头CRC 和循环数量。■ 数据－触发最多16 个字节的数据。数据窗口可以偏移帧中用户指定字节数及非常长的数据净荷。可以作为特定值或取值范围指定所需的数据。■ 标识符和数据－ 触发帧号和数据组合。■ 帧尾－触发静态帧、动态帧或所有帧。■ 错误－触发大量的不同错误类型，包括包头CRC 错误、包尾CRC 错误、空帧错误、同步帧错误和启动帧错误。除上面介绍的触发和解码功能外，DPO4AUTOMAX 还提供了FlexRay眼图分析功能，帮助诊断物理层问题。用户只需把软件包装到PC 上，通过LAN 或USB 把PC 连接到示波器，点击Acquire Data按钮，就可以获得信息丰富的显示画面，如图27 所示。分析功能包括：■ 眼图－使用采集中的所有信息构建眼图，当前选择的帧用蓝色突出显示。与TP1或TP4模板简便地进行对比，违规的地方用红色突出显示。解码－在模拟波形上解码当前选择的帧，整个采集在
音频总线背景知识 I2S 或“I squared S”是IC 间声音的缩写。它最初是由飞利浦公司在20世纪80年代中期开发的，为消费电子设备中的数字音频信号提供标准化通信路径，如唱片机和数字电视。在过去20年中，消费电子市场持续演变，I2S 应用应运而生。今天，它已成为手机、MP3 播放机、机顶盒、专业音频设备和游戏系统中常见的总线。工作方式I2S 总线是一种主从3 线串行通信总线，三个信号是时钟(SCK)、字选择(WS)和数据(SD)。一般来说，发射机是主设备，接收机是从设备。但在某些情况下，通过生时钟和字选择信号，接收机可以作为主设备。在需要时，可以由另一台设备控制发射机和接收机。图29说明了这些配置方案。串行数据以2的补数传送，最高有效位(MSB)先传送。之所以先传送MSB，是因为发射机和接收机可能有不同的字长度。发射机没必要知道接收机可以处理多少个位，接收机也没必要知道传送多少位。在系统字长度大于发射机字长度时，字会被截短(最低有效数据位设为‘0’)，以进行数据传送。如果接收机发送的位数超出了字长度，那么最低有效位(LSB)后面的位会被忽略。另一方面，如果接收机收到的位数低于字长度，那么漏掉的位会在内部设置为零。这样，MSB有固定的位置，而LSB的位置则视字长度而定。发射机一直在WS 变化后一个时钟周期时发送下一个字的MSB。
调试嵌入式系统设计中的串行总线 应用指南
32 个时钟32 个时钟32 个时钟32 个时钟32 个时钟32 个时钟32 个时钟32 个时钟数据零I2S总线有多种常用的变通方案，称为左对齐(LJ)、右对齐(RJ)和时分复用(TDM)。I2S、LJ 和RJ 之间的主要区别在于数据相对于Word Select信号的时间位置。在I2S中，MSB 在WS 后延迟一个时钟。在LJ，数据位与WS对齐。在RJ中，数据位与WS右对齐，如图30所示(NXPOnline)*。TDM 与I2S、LJ 和RJ 类似，但支持两条以上的音频通道。图31所示实例拥有8条音频通道，每条通道有32 个数据位。
所有这些数字音频总线都采用非常简单的结构。我们在本应用指南中考察的许多其它总线都有地址字段、CRC字段、奇偶位、开始/ 结束位和各种其它指示符位，但数字音频总线对每条通道只有数据值。 调试嵌入式系统设计中的串行总线应用指南处理音频总线通过DPOxAUDIO串行触发和分析应用模块，可以支持数字音频总线。通过使用前面板上的Bus按钮，我们可以简单地输入基本总线参数，如字长度、信号极性、位顺序和门限，定义一条音频总线。TDM 定义还要求提供每条通道数据位数、每条通道时钟位数、位延迟和每个帧通道数。
在设置总线时，可以迅速触发总线上的特定数据内容，解码整个采集，搜索采集数据，找到要查找的特定数据。在下面的实例中，我们将考察模数转换器(ADC)驱动的一条I2S总线。通道1 (黄色)是时钟信号，通道2 (蓝色)是字选择信号，通道3 (粉红色)是数据信号。我们把触发设置成查找指定范围外的数据值，看我们采样的信号是否落在ADC的限制内。如图32所示，我们使用这种Outside Range 触发捕获了一个极端值(-128)。MSO/DPO 系列强大的音频触发功能包括下述触发类型：
■ Word Select － 触发I2S、LJ 和RJ 总线中帧开始的Word Select 的边沿。
■ Frame Sync－触发TDM中帧开始的Frame Sync信号。
■ Data－触发I2S、LJ和RJ中Left Word、Right Word或Either Word 中的用户指定数据。在TDM 中，可以指定通道编号，查找其中的数据值。数据判定符包括=、≠、≤、<、>、≥、范围内和范围外。与MSO/DPO 系列支持的所有其它串行总线类型一样，这些触发指标也作为搜索指标提供，以考察长采集数据，然后可以以事件表格式表示解码后的音频数据。
示波器调试嵌入式系统设计中的串行总线 应用指南
MSO/DPO4000 系列示波器DPO3000 系列示波器MSO/DPO2000 系列 示波器带宽1 GHz, 500 MHz, 350 MHz 500 MHz, 300 MHz, 100 MHz 200 MHz, 100 MHz通道数量2 条或4 条模拟通道2 条或4 条模拟通道2 条或4 条模拟通道16 条数字通道(MSO 系列) 16 条数字通道(MSO 系列)记录长度(所有通道) 10 M 5 M 1 M采样率(模拟 5 GS/s*, 2.5 GS/s 2.5 GS/s 1 GS/s彩色显示器10.4 英寸XGA 9 英寸WVGA 7 英寸WQVGA同时显示的4 2 2串行总线数量*1 GHz 带宽型号。
正如我们在本应用指南中讨论的那样，必需拥有强大的触发系统，隔离串行总线上感兴趣的事件。但是，一旦已经采集了数据 (示波器被停止)，而且想分析数据，那么触发就没有什么用了。如果示波器具有类似触发的资源、分析停止的波形数据不是更好吗？MSO/DPO系列的Wave Inspector?/FONT>为您提供了强大的搜索功能。本文中讨论的所有总线触发功能还作为已采集数据的搜索标准使用。
示波器已经在长采集记录中搜索了具有特定地址和数据内容的每条CAN 消息，并在显示屏顶部在每条消息上标明空心的白三角形。为在发生的消息之间导航，用户只需按前面板上的Previous和Next按钮即可。当然，搜索也可以用于比较传统的触发类型。搜索类型包括边沿、脉宽、欠幅脉冲、建立时间和保持时间、逻辑和上升时间/ 下降时间。
总结 尽管嵌入式系统设计从并行总线转向串行总线带来了许多好处，但它也给设计工程师带来了许多挑战。通过传统测试测量工具，触发查找的事件要困难得多，这些工具仅仅查看模拟信号，几乎不可能告诉用户其提供了哪些信息，而且手动解码长时间的总线活动、诊断问题是非常耗时、非常容易出错的过程。MSO/DPO 系列改变了这一切。由于其强大的触发、解码和搜索功能，当前的设计工程师可以以极高的效率解决嵌入式系统设计问题。
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