機(jī)房巡檢系統(tǒng)電子標(biāo)簽掉電保護(hù)測(cè)試研究

上海市信息網(wǎng)絡(luò)有限公司 許國(guó)泰 陳 兵 王子瑋

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和集成電路技術(shù)的進(jìn)步，電子標(biāo)簽作為物聯(lián)網(wǎng)不可分割的部分亦日益滲透進(jìn)社會(huì)生活的方方面面。如，物流業(yè)、零售業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、身份識(shí)別、防偽、資產(chǎn)管理、交通運(yùn)輸、圖書館、軍事等，電子標(biāo)簽的廣泛應(yīng)用離不開集成電路系統(tǒng)的良好質(zhì)量和強(qiáng)大功能，特別是電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的敏感數(shù)據(jù)，對(duì)電子標(biāo)簽EEPROM(帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)的安全性、可靠性提出了更高的要求。電子標(biāo)簽存儲(chǔ)交換數(shù)據(jù)的模塊是EEPROM，是一種可以通過(guò)已定義的指令進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新的組件，在更新過(guò)程中為避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)紊亂、信息更新不徹底導(dǎo)致電子標(biāo)簽無(wú)法使用，需對(duì)電子標(biāo)簽EEPROM備份還原、掉電保護(hù)機(jī)制的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的驗(yàn)證。因此，有必要對(duì)電子標(biāo)簽的EEPROM掉電保護(hù)機(jī)制的測(cè)試進(jìn)行研究。

1 電子標(biāo)簽簡(jiǎn)介

1.1 電子標(biāo)簽概述

電子標(biāo)簽又稱射頻標(biāo)簽，是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的產(chǎn)物，通過(guò)射頻信號(hào)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并且獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可加密、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)容量大、存儲(chǔ)信息更改方便等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 電子標(biāo)簽工作原理

電子標(biāo)簽內(nèi)部各模塊功能如下：

（1）天線，用來(lái)接收電子標(biāo)簽讀寫器發(fā)送來(lái)的信號(hào)，并且把要求的數(shù)據(jù)發(fā)送回給讀寫器。

（2）電壓調(diào)節(jié)器，把由電子標(biāo)簽讀寫器送來(lái)的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電源，由大電容存儲(chǔ)，經(jīng)穩(wěn)壓電路以提供穩(wěn)定的電源。

（3）調(diào)制器，邏輯控制電路送出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制后加載到天線發(fā)送給電子標(biāo)簽讀寫器。

（4）解調(diào)器，去除載波以取出真正的調(diào)制信號(hào)。

（5）邏輯控制單元，用于譯碼電子標(biāo)簽讀寫器送來(lái)的信號(hào)，并依據(jù)要求回送數(shù)據(jù)給讀寫器。

（6）存儲(chǔ)單元，包括EEPROM和ROM，作為系統(tǒng)運(yùn)行和存放識(shí)別數(shù)據(jù)的位置，這里的EEPROM也是本文研究的測(cè)試對(duì)象。

2 機(jī)房巡檢系統(tǒng)電子標(biāo)簽掉電保護(hù)測(cè)試方法設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)試對(duì)象

機(jī)房巡檢系統(tǒng)電子標(biāo)簽。

2.2 測(cè)試目的

驗(yàn)證和確認(rèn)機(jī)房巡檢系統(tǒng)電子標(biāo)簽具有在供電不穩(wěn)定時(shí)文件更新保護(hù)機(jī)制，包括數(shù)據(jù)寫入機(jī)制，數(shù)據(jù)恢復(fù)機(jī)制，狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)和文件備份區(qū)設(shè)計(jì)等。

2.3 測(cè)試環(huán)境

測(cè)試所需的環(huán)境如表1所示：

表1 測(cè)試環(huán)境表

2.4 測(cè)試過(guò)程

2.4.1 測(cè)試準(zhǔn)備

兩套電子標(biāo)簽仿真器：一套加載了掉電保護(hù)機(jī)制的電子標(biāo)簽仿真器(FPGA_0)；一套沒(méi)有加載掉電保護(hù)機(jī)制的電子標(biāo)簽仿真器(FPGA_1)。

2.4.2 測(cè)試方案

本文將從場(chǎng)強(qiáng)關(guān)閉模式、掉電步長(zhǎng)(每次增加延后掉電的時(shí)間)兩種組合前提條件來(lái)檢測(cè)電子標(biāo)簽掉電保護(hù)機(jī)制的完備性，以驗(yàn)證電子標(biāo)簽EEPROM具有在進(jìn)行寫數(shù)據(jù)時(shí)，突然掉電后的備份還原機(jī)制；從而確認(rèn)電子標(biāo)簽EEPROM的安全性，可靠性。

場(chǎng)強(qiáng)關(guān)閉模式分兩種：

（1）直接，迅速關(guān)閉，一旦發(fā)送斷電指令，電子標(biāo)簽讀寫器場(chǎng)強(qiáng)為0；

（2）緩慢關(guān)閉，一旦發(fā)送斷電指令，電子標(biāo)簽讀寫器場(chǎng)強(qiáng)逐步減小，直至場(chǎng)強(qiáng)為0；

掉電步長(zhǎng)不同，根據(jù)掉電讀卡器的精度，本文中的步長(zhǎng)按照0.125微秒，0.500微秒，1.000微秒三種情況進(jìn)行測(cè)試。

先用FPGA_0這套仿真器進(jìn)行掉電保護(hù)測(cè)試，電子標(biāo)簽正在寫EEPROM的過(guò)程中，防拔讀寫器供電突然斷掉，驗(yàn)證電子標(biāo)簽在有掉電保護(hù)機(jī)制的前提下，進(jìn)行EEPROM寫操作后，電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)等于原有數(shù)據(jù)或者待更新數(shù)據(jù)。

再用FPGA_1這套仿真器進(jìn)行掉電保護(hù)測(cè)試，電子標(biāo)簽正在寫EEPROM的過(guò)程中，防拔讀寫器供電突然斷掉，驗(yàn)證電子標(biāo)簽在沒(méi)有掉電保護(hù)機(jī)制的前提下，進(jìn)行EEPROM寫操作后，復(fù)現(xiàn)電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)既不等于原有數(shù)據(jù)，也不等于待更新的數(shù)據(jù)。

2.4.3 測(cè)試用例

（1）先用電子標(biāo)簽讀寫器對(duì)PFGA_0、PFGA_1在保證場(chǎng)強(qiáng)供應(yīng)穩(wěn)定的前提下，用EEPROM寫指令，分別對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)某地址A寫入240個(gè)字節(jié)0xA5，然后用讀指令驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性，并且同時(shí)，用MP300測(cè)出在寫入240字節(jié)0xA5所需要消耗的時(shí)間，如500微秒。

（2）在測(cè)試平臺(tái)上用腳本設(shè)置防拔讀卡器參數(shù)：

a）掉電的起始時(shí)間 為400微秒。

b）每次增加步長(zhǎng)為0.125微秒/0.500微秒/1.000微秒。

（3）在場(chǎng)強(qiáng)延后關(guān)閉的400微秒+的時(shí)間內(nèi)，發(fā)送寫EEPROM指令，對(duì)某地址A進(jìn)行寫操作，并且寫入的數(shù)據(jù)為240字節(jié)0x5A。并且在場(chǎng)強(qiáng)重新打開后，對(duì)某地址A進(jìn)行讀操作，獲取該電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，用于后續(xù)備用。

（4）掉電測(cè)試結(jié)束判斷：重新上電后，讀取某地址A的數(shù)據(jù)后，如果該數(shù)據(jù)為舊值，那么步進(jìn)加一單位步長(zhǎng)，直到該數(shù)據(jù)為新值或者既不等于新值也不等于舊值。

2.4.4 測(cè)試腳本

根據(jù)測(cè)試用例，用TCL語(yǔ)言編寫(一個(gè)工具命令語(yǔ)言)如下測(cè)試腳本：

set TestReport “機(jī)房巡檢系統(tǒng)RFID標(biāo)簽EEPROM掉電保護(hù)測(cè)試，步長(zhǎng)0.125us”;#設(shè)置測(cè)試報(bào)告。

StartLog “[info script]” ;#啟用日志

Insert; #1-1 供場(chǎng)通信

SelectRFIDAPP; #1-2 選擇電子標(biāo)簽應(yīng)用

set sOldData [string repeat “A5” 240];#1-3 初始化EE數(shù)據(jù)A5

WriteEE: $sOldData;#正常寫EE操作

set sTime [expr 400/0.125];#1-4 設(shè)置延后掉電初始時(shí)間

while {$sTime} {

#1-5 設(shè)置延后掉電時(shí)間，這個(gè)是防拔讀卡器切斷供電控制指令

SENDCMD: “140A[format “%06x” $sTime]”;JudgeSw 9000

#1-6 更新EEPROM原有數(shù)據(jù)240個(gè)字節(jié)A5為5A

set sNewData [string repeat “5A” 240]

WriteEE: $sNewData;#1-7 寫入新數(shù)據(jù)

Insert;#1-8 重新供電

SelectRFIDAPP; #1-9 選擇電子標(biāo)簽應(yīng)用

ReadEE; #1-10 讀取EEPROM數(shù)據(jù)

#1-11 while循環(huán)完成判斷，ResponseData為讀EEPROM數(shù)據(jù)后返回的數(shù)據(jù)

if {$ResponseData==$sOldData} {

puts “掉電保護(hù)機(jī)制繼續(xù)進(jìn)行，增加0.125us”

incr sTime 1;#1-12 這里可以修改步長(zhǎng)

} elseif {$ResponseData==$sNewData} {

puts “掉電保護(hù)機(jī)制成功執(zhí)行，預(yù)期數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入EEPROM”

} else {

error “EEPROM數(shù)據(jù)既不是舊數(shù)據(jù)也不是新數(shù)據(jù)，EEPROM寫入紊亂，掉電機(jī)制不符合要求，測(cè)試不通過(guò)”

}

}

}

WriteReport $TestReport;#寫日志

2.4.5 測(cè)試執(zhí)行

在Eclipse平臺(tái)，加載腳本后，點(diǎn)擊Run As,選擇掉電保護(hù)腳本后，執(zhí)行該腳本。

2.4.6 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果記錄如表2所示：

表2 測(cè)試結(jié)果表

2.4.7 測(cè)試分析

根據(jù)兩套電子標(biāo)簽PFGA_0和PFGA_1在不同場(chǎng)強(qiáng)關(guān)閉模式下執(zhí)行現(xiàn)象和結(jié)果，作如下分析：

（1）對(duì)于有掉電保護(hù)機(jī)制的電子標(biāo)簽仿真器FPGA_0，在不同步長(zhǎng)模式，經(jīng)過(guò)不斷增加步進(jìn)，直到滿足寫數(shù)據(jù)要求的時(shí)間后，無(wú)論在哪種場(chǎng)強(qiáng)關(guān)閉模式下，均能成功更新某地址A數(shù)據(jù)為240個(gè)字節(jié)0x5A，并且通過(guò)變化步長(zhǎng)為0.125微秒/0.500微秒/1.000微秒后，電子標(biāo)簽經(jīng)過(guò)多次掉電測(cè)試，EEPROM數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠；另外，對(duì)于為何要選擇更新的數(shù)據(jù)為A5和5A，簡(jiǎn)單說(shuō)明一下，A5的二進(jìn)制(10100101)，5A的二進(jìn)制(01011010)，這樣設(shè)置數(shù)據(jù)，有利于放大電子標(biāo)簽在寫數(shù)據(jù)時(shí)的錯(cuò)誤現(xiàn)象；

（2）對(duì)于沒(méi)有掉電保護(hù)機(jī)制的電子標(biāo)簽仿真器FPGA_1，步長(zhǎng)為0.125微秒，經(jīng)過(guò)不斷增加步進(jìn)，在場(chǎng)強(qiáng)直接，迅速關(guān)閉的情況下，電子標(biāo)簽?zāi)车刂稟的數(shù)據(jù)變化成0xA5和0x5A的組合，數(shù)據(jù)紊亂，測(cè)試終止；并且變化步長(zhǎng)后，現(xiàn)象也是類似，符合失敗的預(yù)期，達(dá)到掉電測(cè)試的目的；但是在另外一種場(chǎng)強(qiáng)關(guān)閉模式，緩慢關(guān)閉下，如果寫的數(shù)據(jù)夠短，還是由可能成功的，所以這里需要注意的一點(diǎn)是，測(cè)試的數(shù)據(jù)一定要足夠長(zhǎng)。

3 結(jié)論

本文主要分析了電子標(biāo)簽掉電保護(hù)測(cè)試的黑盒測(cè)試方法，從黑盒測(cè)試的角度，闡述了如何驗(yàn)證和確認(rèn)電子標(biāo)簽產(chǎn)品中掉電保護(hù)機(jī)制，以便給產(chǎn)品的商用提供幫助，至于其他諸如動(dòng)態(tài)測(cè)試，靜態(tài)測(cè)試，白盒測(cè)試，灰盒測(cè)試等，對(duì)于電子標(biāo)簽這類產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，可以作為一種黑盒測(cè)試之外的補(bǔ)充，比如數(shù)字邏輯代碼的走讀，模擬，數(shù)字設(shè)計(jì)規(guī)范的審核等等；這里需要特別說(shuō)明的是，對(duì)于本文中涉及的掉電保護(hù)機(jī)制測(cè)試策略，在集成電路的其他設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的其他形態(tài)產(chǎn)品，諸如銀行卡、社保卡、公交卡，SD卡，MCU等，也有很好的借鑒意義。