基于MC9S12XS128的嵌入式單元測試儀軟件開發與實現

李 祁，劉 瑜，韓秋楓

（海軍航空工程學院 基礎部 山東 煙臺 264001）

為保證彈載計算機中數字芯片的可靠性、安全性，必須在地面對其進行單元測試。數字單元測試儀作為測試芯片性能最重要的技術設備，也迅速發展起來，本文提出一種采用MC9S12XS128單片機作為某型號數字單元測試儀核心的設計方案，通過控制繼電器陣列實現不同測試電路或轉換電路的連接，嵌入式編程實現對被測機構進行不同參數測試或狀態轉換，并管理測試結果。

MC9S12XS128是一款的高性能16位單片機，總線速度高達40 MHz；具有 128 KB程序Flash和 8 KB DataFlash，用于實現程序和數據存儲[1]，均帶有錯誤校正碼（ECC）；16通道高達12位精度的A/D采集模塊，支持8位、10位或12位多種精度，3μs的轉換時間；內嵌MSCAN模塊用于CAN節點應用，內嵌支持LIN協議的增強型SCI模塊及SPI模塊[2]；8通道PWM，易于實現電機控制；出色的低功耗特性，帶有中斷喚醒功能的IO，實現喚醒休眠系統的功能[3]。

1 數字單元測試儀系統結構

整個數字測試儀包含了四大部分：電源模塊、通信模塊、參數測量單元和主控制單元。其中，參數測量單元是整個數字單元測試儀的核心部件，參數測量單元直接決定著測試儀的參數測量精度和應用范圍。電源模塊為測試儀配置CWY交流參數穩壓電源（AC220 V，50 Hz），同時給測試儀和打印機供電，通信模塊使用專用測試電纜與被測機構相連，測試電纜的41芯插頭與測試儀“機構輸入”插頭相連，19芯插頭端與被測機構相連。通過轉接板與LED顯示屏相連，輸出測試結果，用戶通過控制面板上的鍵盤控制該儀器完成各項性能測試。硬件系統結構如圖1所示。

圖1 數字單元測試系統結構圖Fig.1 Structure diagram of digital unit tester system

2 基于MC9S12XS128的嵌入式數字單元測試儀軟件設計

數字單元測試儀的軟件需要完成的主要功能包括：1）絕緣預檢。自動檢查12項絕緣電阻；2）自動測試。預檢合格后，自動檢測兩個通道下各個電阻阻值及工作循環中狀態轉換結果；3）手動測試。通過鍵盤操作，選取測試內容進行測試；4）數據管理。實現對測試數據顯示、打印及清除。

2.1 軟件設計流程

根據中斷處理機制和多線程編程來控制整個軟件的運行流程[4]。在整個程序啟動之后，就一直處于循環等待的狀態，等待中斷發生。當測試者通過鍵盤按下按鍵，發生鍵盤中斷，程序查詢中斷向量表，跳轉到鍵盤中斷響應服務子程序。在子程序中，判斷所按鍵值，并根據當前狀態和所按鍵值在程序的各個模塊之間進行切換，完成相應操作。中斷服務子程序執行完畢之后，退出中斷，程序指針返回主程序的循環等待，等待下一次中斷發生。如此循環往復，從而實現整個軟件的測試功能，直至退出測試功能[5]。如圖2為主程序流程圖。

圖2 主程序流程圖Fig.2 Flow chart of main program

圖3 手動測試流程圖Fig.3 Flowchart of Manual testing

測試儀上電后初始化并進入控制主界面，利用向上向下鍵移動光標選擇操作項，按“確認”鍵進入測試。其中，絕緣預檢自動檢查通道1、2的各項絕緣電阻，當作動源電壓一定時，各項絕緣電阻是否在正常工作阻值范圍內。絕緣預檢必須先于其他測試，預檢合格方可后續測試，否則禁止進行后續測試。

手動測試是各項測試中最復雜的，流程圖見圖3。分別測試通道1、2電阻以及電壓選擇與轉換。進入手動測試菜單窗口后，選擇“通道X（1或2）電阻測試”，按確認鍵進入測試窗口，同時測試儀自動讀取指定通道當前狀態，如果處于保險狀態則進入“保險狀態窗口”，如果處于工作狀態則進入“工作狀態窗口”，通過向上向下鍵選擇窗口內測試項目，使用“確認”鍵進行測試，按一次測試一次，可重復多次測試，光標移到“轉換”位置，按“確認”鍵后測試儀自動讀取指定通道當前所處狀態并進行轉換。如果轉換成功窗口顯示5秒后自動關閉并進入另一狀態電阻測試窗口，如果轉換失敗窗口停留，等待用戶按鍵“返回”。當選擇“通道X電壓與轉換”顯示相應窗口，通過向上向下鍵選擇窗口內三檔電壓及手動調壓，按“確認”鍵顯示轉換結果，包含轉換時間和轉換電流。

2.2 程序實現

在CodeWarrior集成開發平臺上實現測試儀軟件的開發，通過BDM（單線背景調試模式）在單片機運行時對單片機動態調試。軟件設計采用初始化+循環體的軟件結構，首先進行全局變量和所用外設 （包括 IO、ADC、SPI、PWM、TIMER、SCI）的初始化[6]，然后在循環體內依次進行絕緣預檢、手動、自動檢測以及數據管理。

初始化被定義在工程文件下init.c源文件內，包括設置晶振時鐘、總線時鐘及鎖相環時鐘均16 MHz，初始化I/O端口、串口 SCI0、SCI1，串口速率9 600，可以中斷接收數據，并對PWM、ECT、ATD模塊進行初始化，初始化函數如下：

voidInit_Dev（void）{

SetBusCLK_16M（）；

Port_Init（）；

SCI0_Init（）；

SCI1_Init（）；

PWM_Init（）；

AD_Init（）；

Timer_Init（）；

ECT_Init（）；

}

其中對I/O端口子函數實現如下程序，實現對輸入輸出端口的定義。

static void Port_Init（void）{

DDRA=0xff； //LCD A口設為輸出口

PORTA=0x00；

DDRB=0xff；//LED B口設為輸出口

PORTB=0xff；

DDRE=0x03；//E口輸入口

PORTE=0x00；

DDRJ=0x00； //J.6 J.7口輸入口

DDRJ_DDRJ7=0x00； //J.7=0

DDRH=0x00； //Port H input

PTIH=0X00； //KEY，PH0--5

PERH=0xff； //PORT H pull up

PPSH=0x00； //Port H Polarity Select Registerfalling edge

PIEH=0x00； //Port H interrupt disable but 1，

DDRP=0XFF；

DDRJ_DDRJ6=1；

}

在common.c文件內定義通用函數，主要是與芯片無關的功能性子函數，如顯示格式定義、光標選擇等函數，以下是Uart0_putchar函數用于串口發送單個字符，所有字符顯示調用的Show_order函數都是基于此函數。

void Uart0_putchar（unsigned char ch）{

if（ch== ‘ ’）{

while（! （SCI0SR1&0x80）） ；

SCI0DRL=0x0d； //Enter

while（! （SCI0SR1&0x80）） ；

SCI0DRL=0x0a；

return；

}

while（! （SCI0SR1&0x80））； //keep waiting when not

empty

SCI0DRL=ch；

}

2.3 測試結果

啟動開關，初始化進入主菜單，上下鍵選取測試項，選定絕緣檢查后預檢過程中各項測試結果如圖4所示，共預檢通道1、2分別在保險及工作狀態下絕緣電阻共48項。

圖4 通道1絕緣預檢Fig.4 Channel 1 insulation preflight

圖5 通道1自動測試Fig.5 Channel 1 automatic test

自動檢測結果如圖5所示，順序檢測通道1到2各狀態電阻，工作狀態與保險狀態實現自動轉換，并顯示轉換時間與轉換電流。圖6是通道1從工作狀態轉換到保險狀態結果示意圖。手動測試是人工測試兩通道電阻測試和電壓選擇與轉換，電阻測試功能如圖7所示，選擇光標所在行確認，即可顯示測試數據，可重復測試。

3 結束語

圖6 通道1轉換狀態界面Fig.6 Channel 1 conversion status interface

圖7 通道1電阻測試Fig.7 Channel 1 resistance test

在MC9S12XS128平臺下實現了數字單元測試儀的軟件開發，該測試儀能夠通過主控面板按鍵操作實現對被測機構的絕緣預檢、電阻測試以及電壓轉換等，經實驗驗證能夠達到測試目的，滿足測試要求。

[1]王宜懷，曹金華.嵌入式系統設計實戰——基于飛思卡爾S12X微處理器[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[2]孫同景.Freescale9S12十六位單片機原理及嵌入式開發技術[M].北京：機械工業出版社.2010.

[3]王軍琴，李會武.基于MC9S12XS128的單片機開發板的設計[J].現代電子技術，2011，14:65-68.WANG Jun-qin，LI Hui-wu.Design of MCU development board based on MC9S12XS12AA[J].Modern Electronics Technique，2011（14）:65-68.

[4]伍希，羅和平，阮愛武.數字測試儀下的參數測試單元的設計[J].今日電子，2009（4）:68-70.WU Xi，LUO He-ping，RUAN Ai-wu.Design of parameters test unit of digital unit tester[J].Electronic Products，2009（4）:68-70.

[5]王泉.基于Tornado的嵌入式軟件單元測試[J].計算機工程與設計，2012（7）:2683-2689.WANG Quan.Tornado based on unit test menthod of embedded software[J].Computer Engineering and Design，2012（7）:2683-2689.

[6]薛濤，邵貝貝.S12單片機BDM調試器使用技巧[J].電子技術應用，2009（2）:14-16.XUE Tao，SHAOBei-bei.Tips of S12 MCU BDM debugger[J].Application of Electronic Technique，2009（2）:14-16.