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

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3.1 配置程序

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

3.1.1 測(cè)試用例管理

測(cè)試用例管理部分主要完成測(cè)試用例的分發(fā)、定位以及測(cè)試結(jié)果的收集。為了兼容各個(gè)Linux版本，測(cè)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(gè)或多個(gè)測(cè)試用例進(jìn)行測(cè)試。例如：uart_test case1 case2是對(duì)第一、二個(gè)測(cè)試用例進(jìn)行測(cè)試，uart_test all是對(duì)所有的測(cè)試用例進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試用例管理部分會(huì)根據(jù)測(cè)試用例ID自動(dòng)定位到相應(yīng)的程序執(zhí)行。圖5是測(cè)試用例管理部分的流程圖。

3.1.2 測(cè)試用例的生成

以UART接口為例，描述一個(gè)完整的測(cè)試用例。圖6描述的是一個(gè)UART接口的完整的測(cè)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。

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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(duì)SPI接口來(lái)說(shuō)，要求兼容PC機(jī)和多個(gè)嵌入式平臺(tái)，所以在程序的設(shè)計(jì)上要考慮兼容性的問(wèn)題。

兼容性問(wèn)題需要考慮兩個(gè)方面：

(1)數(shù)據(jù)類型的重定義。

(2)采用分層設(shè)計(jì)的思想。

3.2 驅(qū)動(dòng)程序

驅(qū)動(dòng)程序主要包括驅(qū)動(dòng)接口層和硬件接口層。其中驅(qū)動(dòng)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(guò)接口發(fā)送出去，而硬件接口層主要負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)與硬件(固件)接口操作，負(fù)責(zé)對(duì)DUT設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，對(duì)待測(cè)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(dòng)開(kāi)發(fā)

UART協(xié)議比較簡(jiǎn)單，本文不對(duì)UART協(xié)議進(jìn)行介紹。由于在LINUX系統(tǒng)下，對(duì)串口有相當(dāng)好的支持。Linux下把串口看作一個(gè)文件來(lái)處理，故對(duì)串口的讀寫操作相當(dāng)于對(duì)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(duì)串口進(jìn)行操作。

需要注意的是，對(duì)串口的寫操作比較容易，但是讀操作存在著阻塞I/O的問(wèn)題。在對(duì)串口進(jìn)行讀取操作的時(shí)候，如果使用的是RAW模式，每個(gè)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(méi)有數(shù)據(jù)，將會(huì)一直阻塞到有字符到達(dá)或者間隔時(shí)鐘到期，或者發(fā)生錯(cuò)誤此時(shí)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(wèn)題。

3.2.2 SPI接口驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

(1)SPI概述

SPI的通信原理很簡(jiǎn)單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)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(shí)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(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生;CS為從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制。

(2)SPI驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

在Linux下開(kāi)發(fā)SPI驅(qū)動(dòng)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(dòng)的形式。本文采用了字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(qǐng)和釋放設(shè)備號(hào)，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。

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cdev結(jié)構(gòu)體的dev_t成員定義了設(shè)備號(hào)，另一個(gè)重要成員file_operations定義了字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序設(shè)計(jì)的主體內(nèi)容，這些函數(shù)實(shí)際會(huì)在應(yīng)用程序進(jìn)行Linux的open()，write()，read()，close()等系統(tǒng)調(diào)用時(shí)最終被調(diào)用。

Linux字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)主要由以下幾部分組成：

(1)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊加載與卸載函數(shù)

在字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊加載函數(shù)中應(yīng)該實(shí)現(xiàn)設(shè)備號(hào)的申請(qǐng)和cdev的注冊(cè)，對(duì)應(yīng)的是insmod過(guò)程，而在卸載函數(shù)中應(yīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備號(hào)的釋放和cdev的注銷，對(duì)應(yīng)的是rmmod過(guò)程。

(2)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dòng)與內(nèi)核的接口，是用戶空間對(duì)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(dòng)之后，在用戶空間建立一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，在用戶空間就可以對(duì)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(dòng)與固件的接口

驅(qū)動(dòng)與固件之間的交互是通過(guò)自定義的“AT+”協(xié)議，協(xié)議交互流程見(jiàn)圖7。

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AT+命令主要包括3個(gè)：“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(yǔ)

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(cè)試，可實(shí)現(xiàn)測(cè)試的自動(dòng)化。采用該測(cè)試工具，一方面提高了測(cè)試效率，大大節(jié)約了人力資源，時(shí)間和人力成本節(jié)約了50%以上;另一方面可以保證測(cè)試用例100%的覆蓋。