关键词：在线测试 可观测性 可测试性 BDM JTAG
引言
对于含有微处理器的装置来说，调测总是软件和硬件结合的。在产品开发的阶段以排错为主，在产品开发后期以及生产和现场运行阶段，则是以测试为主。不同的阶段，调测的内容、手段和使用的工具不尽相同。
测试接口并不是系统功能的一部分，测试接口设计本身也需要成本。对于小型简单系统来说，没有必要也不允许（成本考虑）设计测试接口；对于复杂系统来说，设计测试接口的花费是值得的。良好的测试接口设计可经缩短产品的开发周期，给产品维护、维修带来便利。
对于嵌入式计算系统来说，测试往往是软件和硬件相结合的，既有借助于“正确”的软件来测试硬件，也有借助于“正确”的硬件来测试软件。由于软件设计人员和硬件设计人员的技术隔膜，二者常常在出现问题后相互指责，难以界定是软件还是硬件问题。对于嵌入式系统的软件设计人员来说，必须对硬件有足够的了解。这一点，和通用计算平台上的软件设计是不同的；反之，硬件人员也必须能够编写一些测试软件，以证明其设计的正确性。
1 开发阶段的调制方法
1.1 RAM版本的目标系统调试
通过ICE（In-Circuit-Emulate）来调试目标板是开发人员最常用的手段。在产品开发初期，由于各种软件和硬件问题很多，通过仿真器并结合逻辑分析仪、示波器等硬件信号测试工具能够很好地发现问题。
在仿真器环境下，通过仿真器的监控软件来控制用户软件的运行，使用断点、单步跟踪和查看变量、CPU寄存器、存储器的数值等手段来查找问题。由于仿真器的软件和硬件需要一定的CPU资源，用户软件在仿真器环境下运行和脱离仿真器后独立运行是有区别的。好的仿真器能够尽量减小这种区别。常见的仿真器从技术上区分有：单CPU仿真器、双CPU仿真器和ROM仿真器。
在仿真器环境下，程序一般是在仿真器的RAM存储器中运行的，所以这种阶段也称为“RAM版本的目标系统调试”。
1.2 ROM版本的目标系统调试
在仿真器环境下，目标板运行调试正确后，一般的做法是将应用程序写入目标板的非易失性存储器中，让目标板单独运行。在很多情况下，目标板系统往往不能运行或者运行结果和仿真器环境下不一致。而没有连接仿真器，无法观察各种软件状态，给分析问题造成一定困难。在目标板上设计指示电路有助于发现问题；在电路板上增加1个LED是最简单也是很有效的方法。对于复杂系统，可以设计1个数码管显示输出接口，或者设计1个调试用串口，将调试信息发送到PC机上显示。
在使用PC机作为显示输出设备时，一般的做法是使用Winodws自带的超级终端软件，无需另外编制程序。和前二种方法相比，该方法的接口信号是双向的，调试者可以通过PC机输入信息到目标板中，设定显示信息的类别。这一点，对于复杂系统的调试是很有价值的，CISCO公司的很多路由器产品就使用这种方法来维护和调试。
2 生产阶段的测试方法
生产阶段的测试只是对硬件电路或者系统进行测试。测试目的是为了对产品或者部件进行分检，找出有缺陷的产品。测试内容包括：
*裸板测试——检查未安装元器件的电路板上的开路和短路缺陷；
*成品生产缺陷分析——检查已安装元器件的电路板上焊点的短路和开路缺陷；
*成品电气性能测试——认证每个单元器件的上电运作；
*产品功能测试——认证电路模块的功能。
生产测试和开发阶段的硬件测试不同，需要测试方法快速、能成批测试，易于在制造生产线上安装。在生产的不同阶段使用的测试工具和技术也不相同。目前常用的测试工具和技术有：人工视觉检查（MVI）、在线测试（ICT）、自动光学测试（AOI）、自动X射线测试（AXI）。其中人工视觉测试（MVI）只能用于小批量试制产品。
在线测试（ICT）是最常用的一种线路板测试方法：使用专门的针床与已焊接好的线路板上的元器件接触，通过针床在线路板上施加微小电压来测试线路通断、元件是否正确安装。由于需要为特定电路板设计专用夹具，适合于单一品种民用型家电线路板极大规模生产的测试；缺点是在高密度的SMT线路板测试困难。目前的替代解决办法是使用光学方法测试（如AOI，AXI），或者使用边界扫描技术（即基于IEEE1394标准的JTAG测试接口）测试。后者需要IC或者线路板支持此技术。
功能测试是生产过程的最后阶段使用，测试线路板或者系统的功能指标，一般的功能测试需要设计专用测试设备和测试软件。
3 现场测试技术
现场测试分为三种情况：一种是在线测试，测试设备不停止运行；一种是停机测试，被测试设备停止运行；第三种为脱机测试，将被测部件从运行现场取出，放到专用的测试装备上进行测试。从测试技术角度上说，后二者更容易进行各种测试；对于复杂系统来说，往往故障和问题需要在设备运行时才能发现和定位，必须进行在线测试。究竟采取哪种方式进行现场测试，取决于故障状况和实际应用是否允许立即停机。
开发阶段产品和成熟产品的现场测试要求也不同：前者测试目的主要是发现设计中的问题，由产品开发人员进行；后者侧重于发现使用中的问题和失效的部件，目的是更换部件，由产品使用人员进行。（但测试方法和步骤也有可能是设计人员制定的。）
现场测试和试验室测试的最大区别就是测试设备难以安装和连接：线路板封闭在机箱中，测试信号线很难引入，即使设备外壳上留有测试插座，测试信号线也需要很长，传统的在线仿真器在现场测试中无法使用。另一方面，现场往往没有实验室里的各种测试仪器和设备，因此，必须有更好的方法和手段来完成测试。
嵌入式处理器中目前有很多芯片具有类似Motorola公司683XX系列处理器的BDM调试接口（详见第5部分）。这种接口是串行的，处理器内部固化了调试微码，为现场测试 带来了方便。对于不具备这种接口的嵌入式计算系统，在系统设计时将关键信号点引出到一个测试接口插座上，通过该插座可输入测试激励信号和观察输出信号；对于软件测试，可使用前文中所述的ROM板测试方法，外接显示部件来观察程序运行情况。
软件现场调试的另外一个要求是程序应能够现场下载，以便在发现问题后能够修改软件。现场在线下载程序的方法有两种：一种是使用具有ISP功能的处理（如Philips公司的P89C51RD系列MCU等），另一种方案是将软件设计成两部分，一部分是应用功能软件，另一部分是完成前者下载到系统中的下载通信软件。无论哪种方法，下载的主机均是PC机。如果需要达到远程调试和下载的目的，则要使用后一种方案。例如，在Echelon公司的Lonwork现场总线产品中，每个节点中的程序均可以通过网络下载，这种功能为多节点网络系统的现场调试带来了极大方便。
4 可测试性设计
在产品开发初期，产品测试的目的是验证产品设计的正确性，而可测试性部件的存在则能加快测试速度，缩短产品开发周期；在生产阶段，通过测试来剔除有缺陷的产品和部件；在使用阶段，测试则用于故障定位，找出失效的部件并更换或者维修。可见，产品的测试在产品生命周期各阶段均有十分重要的作用。可测试性设计应该在产品设计初期就加以考虑，结合测试在不同阶段的作用来设计测试模块和接口。
产品的可测试性设计要考虑的问题有：测试的目的、测试部件的位置、测试部件的基本要素、内置测试部件与外部测试设备仪器之间的电气和机械连接，添加测试部件对被测模块功能和性能的影响、测试部件的成本以及何时使用测试功能等。
如前所述，测试在产品不同阶段是有差别的。在产品开发阶段，很多参数需要定量和详细地进行测试，以验证产品在各种不同情况下是否能正常工作；测试参数，测试点较多，可以方便地连接各种外部测试仪器，也不需要考虑添加测试部件所带来的附加成本。在产品生产和使用阶段，测试的节点和参数数量也相对减少，测试一般是定性的，无需借助于外部设备的自测试，成本因素也必须考虑。
测试部件一般位于被测部件的接口和边界位置上，如图上所示，用于产品控制被测部件的激励信号和采样被测部件的输出信号。测试部件一般由测试信号源、信号传输通道、测试观察装置等组成。测试部件可以完全包含在被测部件中，也可部分位于外部（如外接信号源和示波器等）。对于自动测试，测试部件还包括被测部件的预期输出存储部件比较部分。
