摘 要 对带微处理器的电路板的测试进行研究，介绍四种实用的仿真测试方法：处理器仿真测试、存贮器仿真测试、总线周期仿真测试和DMA仿真测试；并且对其优缺点进行比较，以及对其具体实现中的技术难点进行了分析。
关键词 PCB 带微处理器的电路板 仿真测试
On Simulation Testing Of Microprocessor-based Board
Deng Bin,et al
The Department of Air Force Radar Academy Equipment Research，Wuhan 430010
Abstract In the article,the testing of microprocessor-based boards is studied.Four practical methods of simulation testing are introduced,and comparison of these methods is given.Difficulties of the implementation techNIques are analyzed.
Keywords PCB，microprocessor-based boards，simulation testing
1 引言
随着计算机和微电子技术的迅猛发展，微处理器在电子产品中得到了广泛的应用［1、2、3］；它们在提高电路板的集成度、增强电路板的功能的同时，也给电路板的测试和维修带来了困难。对于普通PCB的测试，常用的方法有功能测试、在线测试和组合测试。但是，随着SMD技术以及其它新的封装和制造技术在PCB中运用，使得电路板上并非每一个电路节点都是可及的，因此，无法实现完全的在线测试［4、5］；同时，由于器件日益复杂和集成度的不断提高，无论是功能测试还是在线测试都出现了编程和测试图形产生困难的问题。
带微处理器的电路板的测试与普通电路板的测试相比既有相同之处又有其自身的特点。因为带微处理器的电路板是总线结构的，所以在对其进行测试时一般采用以下的解决方法［6］。首先，对于总线结构电路采用仿真技术进行测试；然后，对于非总线结构的数字电路和模拟电路采用功能测试、在线测试或组合测试。本文主要是对带微处理器的电路板的仿真测试进行研究。
仿真测试是以现代微处理器为基础的技术，测试设备通过总线逐个访问总线上的器件，执行指定的测试操作。由于这种测试不需要建立复杂的模型，因而长期运行费用低。自从1976年推出了第一套利用仿真技术进行测试的ATE设备以来，国外许多仪器公司相继研制出各种仿真测试设备。目前有四种仿真测试方法，它们是处理器仿真测试、存贮器仿真测试及总线周期仿真测试和DMA仿真测试［2］。
2 处理器仿真测试
处理器仿真测试(简称为CPU仿真测试)是最早采用的一种仿真测试技术。这种技术要求把被测板(简称为UUT）上的微处理器取下来，然后把与微处理器引脚排列相同的、通过电缆连至仿真器的插头取代原来被测板上的CPU插入空插座，如图1所示。在仿真器内有一个与被测板上的微处理相同类型的微处理器，称为仿真微处理器(简称为仿真μP)，在测试系统的控制下，仿真μP对被测试系统内连至总线的各器件进行读/写，并判定其功能是否正常。诊断探头可以对被测板上远离总线的电路节点进行测试，从而实现对远离总线的元器件进行测试和诊断的目的。处理器仿真器起初开发研制的目的主要作为微处理机开发系统的一个关键部件，在微机化产品的开发和调试阶段中使用，但是也可以经改进后用于CPU板的故障测试中。目前，CPU仿真器已在多种性能测试设备中使用。
图1 处理器仿真测试系统组成框图
处理器仿真的优点是：(1)由于仿真CPU与被测PCB上的CPU的性能完全相同，因而能以UUT的工作速度对UUT进行动态功能测试；(2)其对于总线上的器件的测试很方便；(3)其在系统实现上相对比较容易，而且软件工作量少。其存在的缺点是：(1)要求仿真CPU与被测板(UUT)上的CPU性能完全相同，且要拔下被测PCB上的CPU；(2)虽然其对于总线上的器件的测试很方便，但是对远离总线的节点因无法访问而测试困难，必须配上其它辅助的设备才能实现对远离总线的电路节点进行测试；(3)由于控制信号由仿真CPU产生，因而其定时容限无法测试；(4)其测试速度受到仿真CPU的速度的限制；(5)因为对于不同类型的CPU板的测试，必需更换相应的仿真盒，所以其通用性差。
3 存贮器仿真测试
存贮器仿真测试系统组成框图，如图2所示。运用存储器仿真进行测试时，并不用拔掉被测系统内的微处理器，而是有选择地过驱动微处理器的某些控制信号，强迫它们执行由测试信器提供的存储器内的测试程序，从而向被测系统内各器件提供激励，同时检测它们的响应信号，从而实现测试的目的。目前，采用这种方法的测试设备为数不少，如GenRad公司的2720性能测试设备。就是其中的一种。
图2 存贮器仿真测试系统组成框图
存储器仿真测试无须拔下UUT上的CPU，除了具有处理器仿真的优点以外，还能对CPU本身进行测试，通用性较好。其缺点是：(1)与处理器仿真测试一样也不能测试控制信号的定时容限；(2)虽然，其对连接在总线上的器件进行测试比较方便，但是对于远离总线的电路节点却难以测试；(3)该测试方法的前提是：被测电路板上的CPU和部分RAM必须是无故障的；(4)测试速度受到UUT上的CPU的速度的限制。
4 总线周期仿真测试
总线周期仿真测试系统的组成框图，如图3所示。总线周期仿真也不要求从被测板上取下微处理器，而是要把一个接线夹接到微处理器上，测试器使微处理器处于三态，并取代微处理器，与板上各器件进行通讯。从而达到测试的目的。然而，通常微处理器的某些输出信号是无三态能力的，这时测试器应过驱动这些信号线。
图3 总线周期仿真测试系统组成框图
总线周期仿真器的硬件通常由快速逻辑组成，它们与UUT时钟同步，并发送与原微处理器相同的地址、数据和控制信号，从而在理论上实现微处理器的全部功能及其它测试功能。
通常，测试器过驱动微处理器的总线请求信号使之处于三态。例如，对Z80型微处理器，可过驱动线为低电平而使Z80对数据、地址总线及某些控制信号处于三态，但
，
，
及
线无三态能力，因而测试器应过驱动这些信号线为合适电平，总线周期仿真器只要产生读、写、输入、输出、中断/回答和取操作码六种机器周期，就能测试与总线连接的任何器件。
总线周期仿真测试具有以下优点。(1)由于总线周期仿真测试使测试器通过总线直接同存储器和I/O接口等总线器件进行通讯，因此，减少了测试时间；(2)因为，它能通过针床夹具向远离总线的器件提供测试图形，所以，总线周期仿真测试的功能灵活；(3)对总线周期仿真测试器来说，由于向总线提供数据的驱动器与向其它结点提供数据的驱动器是一样的，因此，总线周期仿真能控制各信号的时间参量，从而可以测试UUT在最坏情况下的时间指标；在前面所述的两种仿真方法中，总线信号是由微处理器产生的，测试器无法改变总线信号的时间关系，因而不能进行定时容限测试；(4)因为，描述总线周期的语言与被仿真的总线无关，所以，其对于各种微处理器都适用，例如，8085与68000是两种相差很大的微处理器，有不同的汇编语言，然而总线周期仿真器能正确地实现这些周期。
总线周期仿真测试的缺点是：(1)采用总线周期仿真测试的方法进行测试时并没有对被测系统的μP本身进行直接测试；(2)在程序设计和仿真测试的实现上难度较大。
5 DMA仿真测试
存储器直接访问仿真测试简称DMA仿真测试；DMA仿真测试是近年来新发展起来的一种仿真测试方法，其主要是针对具有严格定时要求的新型微处理电路板的测试。它不象处理器仿真和存储器仿真测试那样要取得对被测试板的完全控制，而是在被测板工作过程中来完成测试的。它是在微处理器进行内部操作时或处于短时期保持状态下通过取得对地址和数据总线暂时控制的手段来完成的。因为DMA仿真测试设备只借用地址总线和数据总线，不需要拔去被测板原来的微处理器或ROM，只需要用夹子直接夹到微处理器上，与被测板的总线连接即可；所以，其实现简便，而且，DMA仿真测试设备的成本较低。但是，这种仿真测试要求被测板的微处理器备有DMA，且DMA请求线不能连接到+5V。所以其通用性差，在很多情况下无法使用。
6 结束语
目前，对于CPU板的仿真测试有四种常用的方法，即：处理器仿真测试、存储器仿真测试、总线周期仿真测试和DMA仿真测试。它们的共同特点是：设计一个接口盒取代被测板上的一部分电路，从而取得总线控制权，对整个被测电路进行控制和测试。由于测试是从电路板的核心由内向外进行的，因此采用仿真测试方法对CPU板进行测试，无论是测试质量还是故障诊断的准确性都是十分高的。仿真测试仪一般还配有测试探针，以便于对远离总线的电路节点进行测试，从而提高其故障覆盖率。
仿真器本来是微处理器开发系统的一个重要装置，其与PC机可组成开发系统。近年来，许多工程已把在线仿真器运用于带微处理器的电路板的测试，在测试中可以使用上述的四种仿真方法。把在线仿真器或由它和PC机组成的开发系统用于测试时，需要对其硬件和软件进行适当的改造和补充。在实际工作中，作者已把CPU在线仿真器运用于带微处理的电路板的测试；实验表明，其能够实现对CPU板上的总线以及挂在总线上的器件的测试；对于总线电路，该测试的故障覆盖率可达到90%以上。
作者简介:邓斌,男,24岁,硕士研究生,主要从事电路故障诊断,神经网络研究.
作者单位:空军雷达学院装备研究所(武汉 430010)
参考文献
1 陈光禹，张世箕.数据测试及仪器.北京：电子工业出版社，1994：113～121
2 杨吉祥.数据域测试技术及仪器.北京：科学出版社，1990：251～263
3 胡乾斌，李光斌.单片微型计算机原理与应用.武汉：华中理工大学出版社，1997～
4 John Masciola.Testimg Microprocessor Boards and Systems A New Approach.International Test Conf,1983:45～50
5 Steve Broyles.Automating Funtional Programming For Micro-Based Boards.International Test Conf,1984:730～736
6 鲁千红，李演仁.带微处理器的电路板的总线测试.武汉：空军雷达学院学报，1998(1)：27～30
