Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Среда, 22 января
 
 

Это интересно!

Ранее

Операционные системы реального времени для цифровой обработки сигнала. Часть 1

В статье рассмотрены основные особенности операционных систем реального времени для цифровой обработки сигналов. Перечислены их характеристики и описаны функциональные возможности. Показана необходимость применения подобных систем, которые обеспечивают разработчику необходимый уровень абстракции от сложной аппаратной части и значительно сокращают время разработки. Статья представляет собой сокращенный перевод [1].

Выбор ОС реального времени для высокоскоростного контроля и управления

Во многих системах необходимо использование режима полного реального времени. В статье описаны факторы, влияющие на выбор ОС реального времени.

Технологии AdvancedTCA, AdvancedMC и MicroTCA: быстрые интерфейсы и процессоры под соусом стандартизации. Часть 2

Вычислительная мощь системы без учета взаимодействия между различными ее частями зависит от механических и электрических параметров используемых печатных плат. Благодаря увеличенной площади плат, большему расстоянию между платами и повышенному допустимому энергопотреблению каждой платы (до 200 Вт), стандарт AdvancedTCA позволяет создавать и применять вычислительные узлы на базе самых современных процессоров. Во второй части статьи мы продолжаем рассказ об особенностях реализации устройств по стандарту AdvancedTCA.

 

15 мая

Отладка последовательных шин при проектировании встраиваемых систем

Несмотря на большое количество преимуществ, достигаемых во встраиваемых системах при переходе от параллельной шины к последовательной, существует ряд трудностей, с которыми сталкивается разработчик. С помощью традиционного контрольно-измерительного оборудования намного труднее отследить требуемое событие — практически невозможно определить, какая информация поступает, глядя на аналоговый сигнал. Кроме того, это затратный по времени и сопряженный с ошибками процесс — при диагностике вручную декодировать длительную последовательность поступающих с шины сигналов. Осциллографы DPO 3000 Series коренным образом изменили эту ситуацию.





Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Скрыть/показать html версию статьи
background image
65
электронные компоненты №5 2008
Встраиваемые системы окружают нас буквально
повсюду — начиная с будильников, банкоматов, мобиль-
ных телефонов, компьютерных принтеров и контрол-
леров противоблокировочной тормозной системы и
заканчивая микроволновыми печами, DVD-плеерами, КПК
и программируемыми логическими контроллерами (ПЛК),
используемыми в промышленной автоматизации и для
мониторинга.
Во встраиваемых системах используются разные типы
устройств, связь между которыми и внешним миром тра-
диционно осуществляется с помощью параллельных шин.
Однако все чаще в функциональных блоках встраиваемых
систем на смену широким параллельным шинам приходят
последовательные по следующим причинам: уменьшается
площадь платы за счет снижения количества сигнальных
трактов, снижается стоимость, уменьшается энергопо-
требление и количество корпусных выводов, передача
дифференциальных сигналов способствует улучшению
помехозащищенности, а также широко доступны компо-
ненты, использующие стандартные последовательные
интерфейсы.
Несмотря на то, что последовательные шины обладают
рядом преимуществ, имеются и серьезные трудности, с
которыми сталкивается разработчик встраиваемых систем
просто потому хотя бы, что данные по большей степени
передаются последовательно, а не параллельно.
Сравнение параллельной и поСледовательной
архитектур
В параллельной архитектуре у каждого компонента
шины имеется свой сигнальный тракт. Значения адре-
са или данных, отправленные через шину, передаются
одновременно, что позволяет относительно просто
выполнить запуск по интересующему событию с помо-
щью функций State или Pattern, которые имеются в боль-
шинстве осциллографов и логических анализаторов.
Кроме того, появляется возможность быстро оценить
данные, полученные на экране осциллографа или логи-
ческого анализатора.
Даже в таком простом последовательном интерфейсе
как I
2
C значительно сложнее наблюдать передаваемые
через шину сигналы, чем в параллельном протоколе. I
2
C
использует разные линии синхросигнала и данных, следо-
вательно в этом случае можно, по крайней мере, восполь-
зоваться тактовым сигналом в качестве опорного. Однако
по-прежнему потребуется найти начало сообщения, вруч-
Несмотря на большое количество преимуществ, достигаемых во встраиваемых системах при переходе от
параллельной шины к последовательной, существует ряд трудностей, с которыми сталкивается разработчик.
С помощью традиционного контрольно-измерительного оборудования намного труднее отследить требуемое
событие — практически невозможно определить, какая информация поступает, глядя на аналоговый сигнал.
Кроме того, это затратный по времени и сопряженный с ошибками процесс — при диагностике вручную декоди-
ровать длительную последовательность поступающих с шины сигналов. Осциллографы DPO 3000 Series корен-
ным образом изменили эту ситуацию.
тревор Смит (Trevor SmiTh), менеджер по развитию рынка, отделение по осциллографам, компания Tektronix
Рис. 1. Пример использования шины I
2
C
отладка последовательных шин
при проектировании встраиваемых
систем
ную проверить и записать значение данных на каждом
восходящем фронте синхросигнала, а затем организовать
биты в структуру сигнала.
Может потребоваться до двух минут, чтобы только
декодировать единственное сообщение в длинной после-
довательности данных, однако понять, является ли оно
искомым, трудно. Хорошо, если бы запуск выполнялся при
получении сообщения с искомым содержимым, однако те
возможности запуска развертки по уровню или событию,
которые годами использовались в осциллографах и логи-
ческих анализаторах, уже не годятся для этой задачи. Они
предназначены для наблюдения за логическими сигналами,
поступающими одновременно по нескольким каналам. Для
работы на последовательной шине схемы запуска должны
обрабатывать последовательности кодов длиной в десятки
или сотни символов. Даже если триггеры имели бы такую
возможность, было бы совсем не просто программировать
их по каждому состоянию. Должен существовать какой-то
более совершенный способ!
Осциллографы серии Tektronix DPO 3000 Series
позволяют решить эту проблему. Далее мы обсудим, как
использовать эти приборы в соответствии с наиболее рас-
пространенными низкоскоростными стандартами после-
довательных протоколов для разработки встраиваемых
систем.
работа С i
2
C-шиной
I
2
C — общепризнанный стандарт связи во встраи-
ваемых системах. Благодаря модулю DPO3EMBD, анали-
зирующему последовательные коды, серия приборов
DPO3000 является мощным средством для разработки
встраиваемых систем с использованием шин I
2
C. С
помощью этого осциллографа можно определить линии
данных и синхросигналов, а также их логические уров-
ни, после чего легко выполнить запуск прибора по
background image
66
WWW.ELCP.RU
требуемому событию и интерпретировать полученные
данные.
В качестве примера рассмотрим встраиваемую систему
на рисунке 1. Шина I
2
C соединена с несколькими устрой-
ствами, среди которых ЦП, ЭСППЗУ, контроллер скорости
вентилятора, ЦАП и два термодатчика.
Это устройство возвратили на доработку, поскольку
оно непрерывно перегревалось и отключалось. В первую
очередь была проведена проверка контроллера вентиля-
торов и собственно вентиляторов, но оказалось, что они
работают должным образом. Далее проверили исправ-
ность термодатчиков. Контроллер скорости вентилятора
периодически опрашивал два термодатчика (расположен-
ных в разных частях устройства) и определял скорость
вращения вентилятора для регулировки внутренней
температуры. Можно было предположить, что один или
оба термодатчика давали неверные показания. Для того
чтобы оценить взаимодействие между этими датчиками
и контроллером, было произведено подключение к I
2
C
и подключение шин — к осциллографу DPO 3000 Series.
Известно, что адреса датчиков на шине I
2
C — 00 и 50, поэ-
тому запускающему событию задали адрес 00 (контроллер
скорости вентилятора опрашивал датчик о текущей темпе-
ратуре). Снимок экрана с полученными данными показан
на рисунке 2.
В этом случае канал 1 (желтый цвет) соединен с линией
синхросигнала, а канал 2 (голубой цвет) — с шиной данных.
Фиолетовым цветом показана шина I
2
C. В верхней части дис-
плея отображены все данные: захвачена «вспышка активно-
сти». В нижней и большей части дисплея отображается та же
информация в увеличенном виде. Как видно, осциллограф
декодировал содержимое каждого сообщения, прошедшего
через шину.
Глядя на принятые сигналы, можно увидеть, что действи-
тельно произошел запуск записи на адрес 00 (см. слева
внизу дисплея). Однако не было получено подтверждения
приема после попытки отправить запись термодатчику.
Затем проверили термодатчик по адресу 50 и получили
желаемую информацию. Почему первый термодатчик
не ответил контроллеру вентилятора? Оказалось, одна
из адресных шин платы была неправильно распаяна.
Термодатчик был не в состоянии подсоединиться к шине,
что в итоге привело к перегреву блока. Эта скрытая неис-
правность была довольно-таки легко обнаружена благодаря
триггеру I
2
C-шины и функции декодирования осциллографа
3000 Series.
работа С SPi-шиной
Шина SPI находится среди широкого числа компонен-
тов, обычно используемых при разработке встраиваемой
системы. Модуль DPO3EMBD позволяет выполнять запуск,
анализ и декодирование сигналов, проходящих через
шину SPI. Рассмотрим в качестве примера встраиваемую
систему, изображенную на рисунке 3. Шина SPI под-
ключена к синтезатору, ЦАП и устройству ввода/вывода.
Синтезатор подключен к ГУН, генерирующему тактовый
сигнал с частотой 2,5 ГГц для остальной части системы.
Предполагается, что синтезатор при запуске программиру-
ется центральным процессором. Однако что-то в системе
работает некорректно, т.к. на шине ГУН генерируется сиг-
нал частотой 3 ГГц.
Для устранения неисправности сначала проверили, есть
ли сигнал между ЦП и синтезатором, т.е. имеется ли физиче-
ское соединение между этими устройствами — оказалось,
имеется. Далее была проанализирована текущая информа-
ция, передаваемая через SPI-шину для программирования
синтезатора. Для захвата этой информации осциллограф
был установлен на запуск по сигналу Slave Select от синтеза-
тора и включение испытываемого устройства на получение
команд программирования.
Канал 1 (желтый цвет) — линия синхросигнала, а канал 2
(голубой цвет) — линия MOSI, канал 3 — линия SS. Чтобы
определить, правильно ли программируется устройство,
следует обратиться к спецификации на синтезатор. Первые
три сообщения на шине инициируют запуск синтезатора,
определяют коэффициент деления и записывают эти дан-
ные. В соответствии со спецификацией последний полу-
байт в первых трех передачах должен принимать соот-
ветственно значения 3, 0 и 1, а не 0, 0 и 0. Все нули в конце
сообщений означают одну из наиболее распространенных
ошибок с SPI-шиной при программировании битов в каж-
Рис. 4. Корректное сообщение синтезатора
Рис. 3. Синтезатор контролируется через шину SPI
Рис. 2. Декодирование сигнала шин данных и адреса I
2
C
background image
background image
68
WWW.ELCP.RU
дом 24-битном слове в обратном порядке. После устра-
нения неисправности в программе сигнал принял вид,
показанный на рисунке 4, а ГУН начал правильно работать
на частоте 2,5 ГГц.
работа С шиной rS-232
RS-232 — широко распространенный стандарт после-
довательной передачи данных на относительно небольшие
расстояния. Известны схожие стандарты, например RS-422
и RS-485, которые в отличие от RS-232 используют диф-
ференциальные сигналы. Модуль DPO3COMP позволяет
выполнять запуск по сигналам и анализ при последователь-
ной передаче данных через шину RS-232. На осциллографе
удобно просматривать данные RS-232, RS-422, RS-485 или
UART, не используя с этой целью компьютер или специали-
зированный декодер.
В данном примере было выбрано декодирование ASCII;
прибор DPO 3000 Series позволяет также отображать
данные RS-232 в двоичном или шестнадцатеричном виде.
Предположим, что имеется некое устройство, которое опра-
шивает датчик о данных на шине RS-232. Датчик не отвечает.
Требуется понять: датчик не получает запросы, или он их
игнорирует.
Сначала были проверены линии Tx и Rx, и определена
используемая шина — RS-232. Затем осциллограф был
установлен на запуск, соответствующий запросу на данные,
который направлялся по линии Tx. Полученная информация
показана на рисунке 5.
На рисунке видна линия Tx на цифровом канале 1 и
линия Rx — на цифровом канале 0, однако куда больший
интерес представляют декодированные данные, которые
отображены над необработанными сигналами. Эти сигналы
были увеличены, чтобы заметить отклик со стороны датчика.
На рисунке виден запрос по линии Tx и отклик по линии Rx.
Курсоры показывают, что ответ приходит через 37 мс после
окончания запроса. Увеличение времени ожидания кон-
троллера позволяет устранить эту неполадку, т.к. у датчика
появляется больше времени на то, чтобы дать ответ.
работа С CAN-шиной
Модули DPO3AUTO и DPO3AUTOMAX позволяют выпол-
нять запуск по сигналам и анализ при последовательной
передаче данных через CAN-шину.
Предположим, водитель автомашины нажимает кнопку,
чтобы открыть окно. Требуется рассчитать время между
моментом, когда находящийся в дверце машины CAN-
модуль отдал команду, и моментом, когда окно стало
опускаться. Для определения метки модуля CAN, а также
данных, связанных с командой «Опустить окно», можно уста-
новить запуск сигнала на искомый информационный кадр.
Измерение времени срабатывания в данном примере
представляет собой исключительно простую задачу, как
видно из рисунка 6. Белые треугольники на экране — метки,
которые были поставлены на сигнале в качестве опорных
точек. Эти метки можно добавлять или убирать с дисплея
с помощью кнопки Set/Clear, расположенной на передней
панели осциллографа. При нажатии кнопок Previous и Next
на той же панели осуществляется переход от одной метки
к другой, что упрощает навигацию между интересующими
событиями в последовательности данных.
Представим, что эту задачу требуется выполнить, не имея
перечисленных функций. Без запуска CAN-шины придется
установить запуск по кнопке, выполнить захват сигнала
достаточно большой длины, затем вручную произвести
покадровое декодирование до обнаружения искомого
кадра. На эти операции могут потребоваться десятки минут
или даже часов.
работа С LiN-шиной
Шина Local Interconnect Network (LIN) — экономич-
ная замена CAN-шины в тех приложениях, где стоимость,
универсальность и скорость последней избыточны.
Обычно эти приложения служат для передачи данных
между интеллектуальными датчиками и исполнительны-
ми механизмами, используемыми, например, в блоках
управления дверными окнами, замками, датчиками
дождя, оконными дворниками, в температурном коррек-
торе и т.д. Поддержка LIN-шины прибором 3000 Series
выполняется с помощью автоматического модуля
последовательной синхронизации и анализа DPO3AUTO.
Осциллографы этой серии обладают возможностью
определять и декодировать две последовательные
шины одновременно.
Вернемся к примеру с CAN-шиной и представим, что
управление дверным окном осуществляется с помо-
щью шины LIN. При нажатии кнопки открывания окна
на LIN-шине устройства, находящегося в водительской
дверце, инициируется сообщение, которое передается
по центральной CAN-сети. В этом случае можно устано-
вить запуск по соответствующему событию и наблюдать
трафик по мере его прохождения через систему от одной
шины к другой. Функция запуска по сигналу от LIN-шины
модели 3000 Series позволяет обнаружить требуемые дан-
ные быстрее, чем прежде.
Таким образом, из приведенных примеров видно, что
благодаря мощным функциям запуска, декодирования и
поиска осциллографа DPO 3000 Series разработчики могут
эффективно решать задачи, возникающие при построении
встраиваемых систем.
Рис. 5. Измерение времени задержки между сообщениями на двух шинах RS-232
Рис.6. Запуск идентификатора и данных на CAN-шине и декодирование всех
сообщений в последовательности данных
Оцените материал:

Автор: Тревор Смит (Trevor Smith), менеджер по развитию рынка, отделение по осциллографам, компания Tektronix



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2020 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты