一種UART＆SPI接口驗(yàn)證工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：隨著WLAN(無線局域網(wǎng))的普及，各種接口的WLAN網(wǎng)卡層出不窮，像UART，SPI，USB等。為了驗(yàn)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(yàn)證工具。傳統(tǒng)的接口驗(yàn)證采用手動(dòng)驗(yàn)證的方法，即手動(dòng)修改UART接口的波特率或SPI接口的大小端等來達(dá)到遍歷所有用例的目的，傳統(tǒng)方法存在效率低，容易漏測(cè)測(cè)試用例等缺陷。而該工具通過命令通道完成上位機(jī)和下位機(jī)的協(xié)商，保持接口參數(shù)同步;數(shù)據(jù)通道驗(yàn)證在該接口參數(shù)下的功能和性能，實(shí)現(xiàn)了接口的功能和性能驗(yàn)證的自動(dòng)化，大大提高了測(cè)試效率，保證測(cè)試用例的覆蓋率。該工具適用于多種平臺(tái)下的UART和SPI接口驗(yàn)證。

0 引言

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

本公司設(shè)計(jì)了一款支持多接口、多協(xié)議的無線局域網(wǎng)802.11n(1T1R)的SoC芯片。該SoC芯片集成了SDIO，SPI，UART等接口。為了驗(yàn)證各個(gè)接口是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)需求，需要對(duì)各個(gè)接口進(jìn)行功能、性能和兼容性的測(cè)試。所謂接口驗(yàn)證，是指以接口為測(cè)試對(duì)象，詳細(xì)測(cè)試接口功能和性能。本文中是指UART接口和SPI接口。對(duì)于UART接口，需要對(duì)接口的波特率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)位、停止位、流控、異常錯(cuò)誤等進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于SPI接口，需要對(duì)接口的大小端、工作模式、工作速率等進(jìn)行驗(yàn)證。

1 接口單元驗(yàn)證的必要性

1.1 接口單元驗(yàn)證簡(jiǎn)介

如圖1所示，是接口單元驗(yàn)證的示意圖。測(cè)試板有兩個(gè)UART接口和一個(gè)SPI接口。下位機(jī)完成固件部分，也就是直接操作硬件;而上位機(jī)完成測(cè)試用例管理和接口驅(qū)動(dòng)兩部分。

1.2 對(duì)接口進(jìn)行單元驗(yàn)證的原因

(1)驗(yàn)證接口的功能是否實(shí)現(xiàn)。保證設(shè)備能夠正確枚舉，各種配置下數(shù)據(jù)收發(fā)通路暢通。

(2)對(duì)各個(gè)接口的性能有一個(gè)準(zhǔn)確的把握。有了接口性能數(shù)據(jù)后，可以幫助在系統(tǒng)測(cè)試階段定位問題。在系統(tǒng)測(cè)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(yàn)證階段獲得這個(gè)數(shù)據(jù)后可以幫助分析和定位問題。

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

1.3 傳統(tǒng)接口驗(yàn)證的方法及缺陷

傳統(tǒng)的驗(yàn)證方法是將上位機(jī)與下位機(jī)分離開來。首先上位機(jī)修改參數(shù)，之后下位機(jī)修改參數(shù)，編譯固件、運(yùn)行，上位機(jī)與下位機(jī)進(jìn)行通信。上位機(jī)與下位機(jī)之間沒有協(xié)商，直接進(jìn)行通信。以UART接口的功能驗(yàn)證為例來說明一下接口驗(yàn)證方法的缺陷。

UART的功能驗(yàn)證主要是各種配置下(波特率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)位、停止位的組合)是否能夠準(zhǔn)確無誤地傳輸數(shù)據(jù)。如果按照這種測(cè)試方法的話，測(cè)試效率很低。另外一個(gè)方面，由于主觀因素的影響，采用手動(dòng)的方法容易漏測(cè)測(cè)試用例。

綜上，傳統(tǒng)接口單元驗(yàn)證方法的缺陷為：測(cè)試效率低;容易漏測(cè)測(cè)試用例。

2 接口驗(yàn)證工具的設(shè)計(jì)

2.1 硬件架構(gòu)

2.1.1 PC下的硬件結(jié)構(gòu)

如圖2所示，描述的是PC環(huán)境下的UART接口的驗(yàn)證硬件結(jié)構(gòu)圖。

其中PCI通過JTAG接口控制測(cè)試板，完成固件的下載。PC2與測(cè)試板通過UART接口連接，UART0接口是命令接口，主要傳輸PC2對(duì)測(cè)試板的命令及測(cè)試板的響應(yīng);UART1是數(shù)據(jù)接口，主要傳輸PC2和測(cè)試板之間的數(shù)據(jù)。

2.1.2 嵌入式平臺(tái)下的硬件結(jié)構(gòu)

如圖3所示，描述的是嵌入式平臺(tái)下UART接口和SPI接口的驗(yàn)證硬件結(jié)構(gòu)圖。

其中PCI通過JTAG接口控制測(cè)試板，完成固件的下載。PC2通過串口控制嵌入式平臺(tái)。在驗(yàn)證UART接口時(shí)，連接測(cè)試板與嵌入式平臺(tái)的兩個(gè)UART口，UART0接口是命令接口，主要傳輸嵌入式平臺(tái)對(duì)測(cè)試板的命令及測(cè)試板的響應(yīng);UART1是數(shù)據(jù)接口，主要傳輸嵌入式平臺(tái)與測(cè)試板之間的數(shù)據(jù)。

在驗(yàn)證SPI接口時(shí)，連接測(cè)試板與嵌入式平臺(tái)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(tái)與測(cè)試板的命令傳輸;SPI是數(shù)據(jù)接口，傳輸嵌入式平臺(tái)與測(cè)試板之間的數(shù)據(jù)。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

驗(yàn)證軟件結(jié)構(gòu)見圖4，其中DUT設(shè)備為驗(yàn)證的對(duì)象。

(1)用例管理層

主要生成各種測(cè)試用例。對(duì)于UART接口來說，包括UART波特率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、停止位、奇偶校驗(yàn)位等屬性組合的設(shè)置及高級(jí)設(shè)置項(xiàng)等。

對(duì)于SPI接口來說，主要包括SPI的各種模式、各種時(shí)鐘、大小端及上下行數(shù)據(jù)的測(cè)試用例的生成。

(2)配置接口層

依據(jù)配置程序與驅(qū)動(dòng)程序命令/事件接口定義完成各種命令的發(fā)送，并做相應(yīng)的事件處理。

(3)驅(qū)動(dòng)接口層

依據(jù)配置程序與驅(qū)動(dòng)程序命令/事件接口定義對(duì)配置程序發(fā)送的命令進(jìn)行解析，同時(shí)對(duì)硬件的狀態(tài)信息進(jìn)行響應(yīng)。

(4)硬件接口層

主要負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)與固件接口操作，對(duì)DUT設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，對(duì)DUT進(jìn)行寫命令/數(shù)據(jù)，或從DUT設(shè)備獲取狀態(tài)/數(shù)據(jù)信息。

3 接口驗(yàn)證工具的實(shí)現(xiàn)

考慮到兼容各個(gè)嵌入式平臺(tái)(Linux系統(tǒng))，故整個(gè)上位機(jī)軟件工作在Linux系統(tǒng)下。從圖5可以看出，整個(gè)軟件的實(shí)現(xiàn)主要由配置程序、驅(qū)動(dòng)程序及固件3部分組成。本文重點(diǎn)介紹配置程序及驅(qū)動(dòng)程序部分。