黃世震，陳麗紅

(福州大學(xué)福建省微電子集成電路重點實驗室，福州350002)

隨著集成電路和半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，在單一集成電路芯片上就可以實現(xiàn)一個復(fù)雜的電子系統(tǒng)，如智能卡、SD卡等，SoC正是在集成電路向集成系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的大方向下產(chǎn)生的。由于SoC產(chǎn)品的功能模塊比較多，一般從封裝廠里出來后，要對各個功能模塊進(jìn)一步測試，從而剔除不良品，然后根據(jù)不同的用途對產(chǎn)品進(jìn)行初始化，完成測試過程。在產(chǎn)品的批量生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)的測試方法采用人工手動測試，存在幾個問題:①效率低，無法滿足SoC產(chǎn)品對時間的要求;②測試結(jié)果容易受人為因素的影響，無法滿足SoC產(chǎn)品對可靠性的要求。本文提出一種基于RS485總線的自動化批量測試系統(tǒng)的設(shè)計方法，以現(xiàn)有的封裝廠測試平臺為基礎(chǔ)，通過自行研制一些測試板，與現(xiàn)有的測試平臺對接，實現(xiàn)SoC產(chǎn)品的自動化批量測試，提高生產(chǎn)效率。文中將以一款TF卡為例，在介紹完測試平臺的硬件結(jié)構(gòu)之后，側(cè)重介紹測試平臺的軟件設(shè)計方法。

1 測試平臺概述

RS485總線是業(yè)界應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一。它采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信:發(fā)送端將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A、B兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以有極強的抗共模干擾的能力，傳輸距離在1 000 m以上，可互聯(lián)多達(dá)256個節(jié)點，非常適合組成成本低廉的多機通信系統(tǒng)。RS485是一個多引出線接口，這個接口可以有多個驅(qū)動器和接收器，采用主從式通信方式，可以實現(xiàn)一臺上位機與多臺下位機之間的串行通信。這種通信方式特別適合應(yīng)用于本測試平臺中［1］。

測試平臺主要包含3個部分，即測試機臺、測試PC和主從ARM測試板。測試機臺負(fù)責(zé)待測產(chǎn)品的安裝、測試的啟動和按照測試結(jié)果進(jìn)行分類;測試PC負(fù)責(zé)發(fā)送測試機臺的啟動命令、對主ARM測試板發(fā)送命令以及將測試結(jié)果反饋給測試機臺;主ARM測試板負(fù)責(zé)接收測試PC的測試命令，并將其分發(fā)給多個從ARM測試板以及收集從測試板的測試結(jié)果反饋給測試PC。測試平臺連接圖如圖1所示。

圖1 測試平臺連接圖

具體的實施方法為:將測試機臺、測試PC、主從ARM測試板連接起來，測試機臺將測試樣品送入測試接口，然后通知測試PC啟動測試，測試PC通過USB接口發(fā)送測試命令給主ARM測試板，主ARM測試板通過RS485總線通知所有從ARM測試板啟動測試，每塊ARM測試板(包括主ARM測試版)按照程序?qū)悠分械哪K進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果反饋給主測試板，主測試板將結(jié)果匯總后反饋給測試PC，測試PC再將結(jié)果反饋給測試機臺，最后測試機臺根據(jù)測試結(jié)果對各個測試樣品進(jìn)行分類放置，放入新的測試樣品，啟動下一輪測試。

2 測試平臺硬件設(shè)計

2.1 測試板硬件設(shè)計

測試板采用32 bit高性能ARM核微處理器S3C2416，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的最小系統(tǒng)設(shè)計原理，進(jìn)行接口設(shè)計和硬件設(shè)計，使測試板滿足測試需要［2-4］。測試板的硬件框圖如圖2所示。

圖2 測試板硬件框圖

主要電路功能簡介如下:

電源電路 為整個系統(tǒng)供電，要求穩(wěn)定性高。測試板上有多個系統(tǒng)電壓，5 V，3.3 V，1.3 V，1.2 V等，能夠滿足SoC產(chǎn)品的測試需要。

復(fù)位電路 完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復(fù)位功能;

系統(tǒng)時鐘電路 使用外部晶振起振，提供時鐘信號。本測試系統(tǒng)使用12 M晶振時鐘;

JTAG電路 測試平臺調(diào)試與測試接口，控制芯片的運行并獲取內(nèi)部信息;

USART/SPI等接口 用于滿足不同SoC產(chǎn)品測試時的時序要求;

RS485接口電路 采用SN65HVD33芯片構(gòu)成，微處理器的標(biāo)準(zhǔn)串行口通過RXD直接連接SN65HVD33芯片的R引腳，通過TXD直接連接SN65HVD33芯片的 D引腳。微處理器的 GPD3、GPD4引腳分別和SN65HVD33芯片的RE和DE相連，控制SN65HVD33芯片的發(fā)送器/接收器使能:SN65HVD33發(fā)送器有效時，微處理器可以向RS485總線發(fā)送字節(jié);SN65HVD33接收器有效時，微處理器可以接受來自RS485總線的數(shù)據(jù)字節(jié)。任一時刻SN65HVD33芯片中的接收器和發(fā)送器只能有1個處于工作狀態(tài)［1］。

2.2 測試板編碼設(shè)計

由于RS485總線是采用半雙工通信方式，每次只能有一對節(jié)點進(jìn)行通信，故要求每塊測試板有自己的地址編號［5］。本測試平臺共有4組，每組中都包含8塊ARM測試板，設(shè)計時在每塊ARM測試板上都裝上8個撥碼開關(guān)，其中低4位(4∶1)表示從ARM測試板的編號，高4位(5∶8)表示主ARM測試板編號，有效編號為0～7。由于主ARM測試板在完成通信的同時也需要進(jìn)行樣品測試，其本身也相當(dāng)于一塊從ARM測試板，因此其撥碼開關(guān)的低四位始終設(shè)置為0，其編號為0，其它7塊從ARM測試板編號為1～7。這樣就保證了地址編號的唯一性，能夠滿足RS485通訊的要求。例如:若撥碼開關(guān)的狀態(tài)為00100001，則表示該測試板為第2組中的第2(編號為1)塊測試板，為從測試板;而主測試板的編號默認(rèn)為0，若撥碼開關(guān)的狀態(tài)為00100000，則表示該測試板為第2組中的第1(編號為0)塊測試板，為主測試板。

3 測試平臺軟件設(shè)計

3.1 測試PC端軟件設(shè)計

測試PC端軟件采用VC6.0編程實現(xiàn)，串口的通信編程利用了COMM串行通信控件，方便地訪問串口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送［6］。測試PC端顯示界面主要包括測試PC端與主從ARM測試板的通信狀態(tài)、測試板的測試結(jié)果等。

測試軟件通過RS232接收機臺命令，并控制測試板進(jìn)行相應(yīng)的測試。以一種SoC產(chǎn)品-TF卡為例，其測試界面如圖3所示。

其中區(qū)①為串口參數(shù)設(shè)置欄，測試開始前須檢查串口號及參數(shù)設(shè)置與機臺端是否一致，然后打開串口;區(qū)②為設(shè)備狀態(tài)欄，顯示運行時各個測試板的狀態(tài)，例如上圖中在A組(主板編號為1)設(shè)備中，只有第1塊(主測試板)與第2塊測試板連接正常，可以進(jìn)行測試，其余各測試板不能進(jìn)行測試。區(qū)③為其他功能欄，其中“發(fā)送測試”用于手動測試過程，實際機臺自動測試過程中不需使用;“量產(chǎn)配置文件”用于針對不同類型的TF卡選擇不同的配置信息;“選擇平臺”用于生產(chǎn)不同類型的TF卡。區(qū)④為統(tǒng)計信息欄，顯示測試總數(shù)、成功的次數(shù)、失敗的次數(shù)。

圖3 生產(chǎn)測試工具主頁面

測試完成界面如圖4所示。

圖4 測試完成界面

3.2 主ARM測試板軟件設(shè)計

主ARM測試板接收測試PC發(fā)送的USB命令，根據(jù)命令運行相應(yīng)的測試程序，同時將命令廣播給從ARM測試板，啟動所有ARM測試板的測試，并將測試結(jié)果反饋給測試PC。主ARM測試板控制流程如圖5所示。

3.3 從ARM測試板軟件設(shè)計

從ARM測試板接收串口數(shù)據(jù)并解析，根據(jù)命令運行相應(yīng)程序，并向主ARM板發(fā)送反饋信息。從ARM測試板控制流程如圖6所示。

圖5 主ARM測試板控制流程圖

圖6 從ARM測試板控制流程圖

3.4 主從ARM測試板通訊協(xié)議設(shè)計

3.4.1 幀格式

RS485總線只制定了物理層電氣標(biāo)準(zhǔn)，對上層通信協(xié)議沒有規(guī)定，這給設(shè)計者提供了很大的靈活性。一套完整的通訊協(xié)議應(yīng)從多個方面加以考慮，既要求結(jié)構(gòu)簡單、功能完備，又要求具有可擴充性與兼容性，并且盡量標(biāo)準(zhǔn)化。本測試平臺采用的通訊協(xié)議是在充分考慮到平臺本身的功能特點，再參考國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的基礎(chǔ)上制定的，適用于主ARM測試板與各個從ARM測試板進(jìn)行點對點的或一主多從的數(shù)據(jù)交換方式，具體如下:

主ARM測試板命令幀:

頭碼 地址碼 操作命令 數(shù)據(jù)字段 校驗和 尾碼1 byte 1 byte 1 byte DATA CS 1 byte

從ARM測試板響應(yīng)幀:

頭碼 地址碼 狀態(tài)反饋 數(shù)據(jù)字段 校驗和 尾碼1 byte 1 byte 1 byte DATA CS 1 byte

頭碼 數(shù)據(jù)幀起始標(biāo)志，用于觸發(fā)通信，本協(xié)議中規(guī)定以“FF”為頭碼。

地址碼 從ARM測試板的地址編碼，設(shè)定范圍:1～7，0為廣播通信地址。

操作命令 操作命令存在于主ARM測試板發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中，用于定義發(fā)送此次數(shù)據(jù)幀要完成的任務(wù)。根據(jù)操作命令的不同，幀長度也有所不同。操作命令為一個字節(jié)長度，每一位代表不同的內(nèi)容對應(yīng)不同的命令代碼，具體內(nèi)容如下所示。

數(shù)據(jù) 功能0測試ARM測試板連接狀態(tài)向各個從ARM測試板分發(fā)數(shù)據(jù)2進(jìn)行模塊測試3下載代碼4查詢/讀取從ARM測試板信息5-F 保留1

狀態(tài)反饋 從ARM測試板對主ARM測試板的響應(yīng)，主要用于回饋從ARM測試板對主ARM測試板命令幀的執(zhí)行情況。從ARM測試板響應(yīng)定義如下:

數(shù)據(jù) 意義 數(shù)據(jù) 意義D1H 測試板通信失敗 D6H 下載代碼失敗D2H 初始化失敗 D7H 測試成功D3H SRAM測試失敗 D8H 未執(zhí)行D4H Nandflash測試失敗 D9H 超時D5H Nor flash測試失敗 其他 保留

數(shù)據(jù)字段 本字段分兩部分，第1部分為一個字節(jié)，表示整個數(shù)據(jù)字段的字節(jié)數(shù)，L=0表示無數(shù)據(jù)域。第2部分則為通信中要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容，傳輸內(nèi)容的長度隨著操作命令而改變。

校驗和 從地址碼開始到校驗和之前的所有字節(jié)的模256的和。

尾碼 數(shù)據(jù)幀結(jié)束標(biāo)志，本協(xié)議中規(guī)定以“DD”為尾碼［7-8］。3.4.2 通信過程

主ARM測試板與從ARM測試板構(gòu)成的多機通信系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)通信總是由主ARM測試板發(fā)起。主ARM測試板處于發(fā)送狀態(tài)時，從ARM測試板總是處于接收狀態(tài)。主ARM測試板定時向從ARM測試板發(fā)送地址幀，這時每塊從ARM測試板都中斷接收并與本機地址比較，若主ARM測試板發(fā)送的地址信息與本從ARM測試板的編號相符，則接收該數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)接收總線上的數(shù)據(jù)。若從ARM測試板需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則必須等到主測試板輪詢過該從ARM測試板時，才可提出請求。這種網(wǎng)絡(luò)模式下，從ARM測試板不會“偵聽”其他從ARM測試板對主ARM測試板的響應(yīng)，這樣就不會對其他從ARM測試板產(chǎn)生錯誤的響應(yīng)。

當(dāng)主ARM測試板發(fā)出數(shù)據(jù)幀后，如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到從機的應(yīng)答幀，則主機認(rèn)為幀丟失并重發(fā)數(shù)據(jù)幀;如果發(fā)送3次仍沒有收到應(yīng)答幀，則系統(tǒng)認(rèn)為該次通信失敗，報錯［5，9］。

4 結(jié)論

本文提出了一種基于RS485總線的SoC產(chǎn)品自動化批量測試平臺的設(shè)計，并以一種TF卡為例介紹了測試平臺的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。目前該測試平臺已應(yīng)用于測試廠TF卡的各模塊(Nor flash、Nandflash、SRAM)的測試，經(jīng)批量測試結(jié)果表明，使用該測試平臺1 h測試TF數(shù)量為傳統(tǒng)測試方法的32倍，顯著地提高了生產(chǎn)和測試的效率。

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