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

3.1 配置程序

配置程序主要由測試用例管理和配置接口層兩部分組成，主要完成測試用例管理及測試用例的生成。

3.1.1 測試用例管理

測試用例管理部分主要完成測試用例的分發(fā)、定位以及測試結(jié)果的收集。為了兼容各個Linux版本，測試用例管理部分不采用界面的形式進(jìn)行管理，而是采用命令行的形式運(yùn)行。用例管理部分可以選擇單個或多個測試用例進(jìn)行測試。例如：uart_test case1 case2是對第一、二個測試用例進(jìn)行測試，uart_test all是對所有的測試用例進(jìn)行測試。測試用例管理部分會根據(jù)測試用例ID自動定位到相應(yīng)的程序執(zhí)行。圖5是測試用例管理部分的流程圖。

3.1.2 測試用例的生成

以UART接口為例，描述一個完整的測試用例。圖6描述的是一個UART接口的完整的測試用例。從途中可以清晰地看出配置程序是如何協(xié)調(diào)上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信的。

本文提出的驗(yàn)證工具與以往的驗(yàn)證工具最大的區(qū)別在于配置程序可以協(xié)調(diào)上位機(jī)與下位機(jī)。上位機(jī)與下位機(jī)并不是完全分離的，而是由配置程序統(tǒng)一協(xié)調(diào)，分別給上位機(jī)和下位機(jī)下發(fā)命令修改參數(shù)及通信。

3.1.3 兼容性的實(shí)現(xiàn)

由于對SPI接口來說，要求兼容PC機(jī)和多個嵌入式平臺，所以在程序的設(shè)計上要考慮兼容性的問題。

兼容性問題需要考慮兩個方面：

(1)數(shù)據(jù)類型的重定義。

(2)采用分層設(shè)計的思想。

3.2 驅(qū)動程序

驅(qū)動程序主要包括驅(qū)動接口層和硬件接口層。其中驅(qū)動接口層主要完成將配置程序的命令或數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，通過接口發(fā)送出去，而硬件接口層主要負(fù)責(zé)驅(qū)動與硬件(固件)接口操作，負(fù)責(zé)對DUT設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，對待測設(shè)備進(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。

3.2.1 UART接口驅(qū)動開發(fā)

UART協(xié)議比較簡單，本文不對UART協(xié)議進(jìn)行介紹。由于在LINUX系統(tǒng)下，對串口有相當(dāng)好的支持。Linux下把串口看作一個文件來處理，故對串口的讀寫操作相當(dāng)于對文件直接進(jìn)行讀寫操作。這樣我們可以直接調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)如open，write，read，close等對串口進(jìn)行操作。

需要注意的是，對串口的寫操作比較容易，但是讀操作存在著阻塞I/O的問題。在對串口進(jìn)行讀取操作的時候，如果使用的是RAW模式，每個read系統(tǒng)調(diào)用將返回當(dāng)前串行輸入緩沖區(qū)中存在的字節(jié)數(shù)。如果沒有數(shù)據(jù)，將會一直阻塞到有字符到達(dá)或者間隔時鐘到期，或者發(fā)生錯誤此時可采用異步讀取。所謂異步讀取，指的是先查詢串口，看串口是否可用，直到串口可用了再去讀就可以避免阻塞I/O的問題。

3.2.2 SPI接口驅(qū)動開發(fā)

(1)SPI概述

SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備，需要至少4根線，事實(shí)上3根也可以(單向傳輸時或者硬件復(fù)用兩根數(shù)據(jù)線)，也是所有基于SPI的設(shè)備共有的，它們是MISO，MOSI，SCK，CS。

MOSI為主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入;MISO為主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出;SCK為時鐘信號，由主設(shè)備產(chǎn)生;CS為從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制。

(2)SPI驅(qū)動開發(fā)

在Linux下開發(fā)SPI驅(qū)動有兩種方式，一種是采用Linux自帶的SPI子系統(tǒng)，一種是采用字符設(shè)備驅(qū)動的形式。本文采用了字符設(shè)備驅(qū)動的形式。在Linux 2.6內(nèi)核中使用cdev結(jié)構(gòu)體描述字符設(shè)備。cdev結(jié)構(gòu)體如下所示。字符設(shè)備的主要工作是初始化、添加和刪除cdev的結(jié)構(gòu)體，申請和釋放設(shè)備號，以及填充file_operations結(jié)構(gòu)體的操作函數(shù)，實(shí)現(xiàn)file_operations結(jié)構(gòu)體中的read()，write()和ioctl()等。

cdev結(jié)構(gòu)體的dev_t成員定義了設(shè)備號，另一個重要成員file_operations定義了字符設(shè)備驅(qū)動提供給虛擬文件系統(tǒng)的接口函數(shù)。file_ operations結(jié)構(gòu)體中的成員函數(shù)是字符設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計的主體內(nèi)容，這些函數(shù)實(shí)際會在應(yīng)用程序進(jìn)行Linux的open()，write()，read()，close()等系統(tǒng)調(diào)用時最終被調(diào)用。

Linux字符設(shè)備驅(qū)動主要由以下幾部分組成：

(1)字符設(shè)備驅(qū)動模塊加載與卸載函數(shù)

在字符設(shè)備驅(qū)動模塊加載函數(shù)中應(yīng)該實(shí)現(xiàn)設(shè)備號的申請和cdev的注冊，對應(yīng)的是insmod過程，而在卸載函數(shù)中應(yīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備號的釋放和cdev的注銷，對應(yīng)的是rmmod過程。

(2)字符設(shè)備驅(qū)動的file_operations結(jié)構(gòu)體中成員函數(shù)

file_operations結(jié)構(gòu)體中成員函數(shù)是字符設(shè)備驅(qū)動與內(nèi)核的接口，是用戶空間對Linux進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用最終的落實(shí)者。

(3)加載字符設(shè)備驅(qū)動之后，在用戶空間建立一個設(shè)備節(jié)點(diǎn)，在用戶空間就可以對設(shè)備進(jìn)行操作了，操作方式操作文件的方式相同。

3.2.3 驅(qū)動與固件的接口

驅(qū)動與固件之間的交互是通過自定義的“AT+”協(xié)議，協(xié)議交互流程見圖7。

AT+命令主要包括3個：“AT+”：判斷串口鏈路是否正常。如果正常，返回OK;不正常，返回error;“AT+set”：接口參數(shù)設(shè)置命令。如果參數(shù)設(shè)置完成，返回OK;不正常，返回error;“AT+send”：數(shù)據(jù)發(fā)送命令。如果數(shù)據(jù)發(fā)送/接收正確，返回OK;否則，返回error。

4 結(jié)語

本文介紹的工具適用于UART接口和SPI接口的功能、性能和兼容性測試，可實(shí)現(xiàn)測試的自動化。