基于MC9S12XS128的嵌入式单元测试仪软件开发与实现

李 祁，刘 瑜，韩秋枫

（海军航空工程学院 基础部 山东 烟台 264001）

为保证弹载计算机中数字芯片的可靠性、安全性，必须在地面对其进行单元测试。数字单元测试仪作为测试芯片性能最重要的技术设备，也迅速发展起来，本文提出一种采用MC9S12XS128单片机作为某型号数字单元测试仪核心的设计方案，通过控制继电器阵列实现不同测试电路或转换电路的连接，嵌入式编程实现对被测机构进行不同参数测试或状态转换，并管理测试结果。

MC9S12XS128是一款的高性能16位单片机，总线速度高达40 MHz；具有 128 KB程序Flash和 8 KB DataFlash，用于实现程序和数据存储[1]，均带有错误校正码（ECC）；16通道高达12位精度的A/D采集模块，支持8位、10位或12位多种精度，3μs的转换时间；内嵌MSCAN模块用于CAN节点应用，内嵌支持LIN协议的增强型SCI模块及SPI模块[2]；8通道PWM，易于实现电机控制；出色的低功耗特性，带有中断唤醒功能的IO，实现唤醒休眠系统的功能[3]。

1 数字单元测试仪系统结构

整个数字测试仪包含了四大部分：电源模块、通信模块、参数测量单元和主控制单元。其中，参数测量单元是整个数字单元测试仪的核心部件，参数测量单元直接决定着测试仪的参数测量精度和应用范围。电源模块为测试仪配置CWY交流参数稳压电源（AC220 V，50 Hz），同时给测试仪和打印机供电，通信模块使用专用测试电缆与被测机构相连，测试电缆的41芯插头与测试仪“机构输入”插头相连，19芯插头端与被测机构相连。通过转接板与LED显示屏相连，输出测试结果，用户通过控制面板上的键盘控制该仪器完成各项性能测试。硬件系统结构如图1所示。

图1 数字单元测试系统结构图Fig.1 Structure diagram of digital unit tester system

2 基于MC9S12XS128的嵌入式数字单元测试仪软件设计

数字单元测试仪的软件需要完成的主要功能包括：1）绝缘预检。自动检查12项绝缘电阻；2）自动测试。预检合格后，自动检测两个通道下各个电阻阻值及工作循环中状态转换结果；3）手动测试。通过键盘操作，选取测试内容进行测试；4）数据管理。实现对测试数据显示、打印及清除。

2.1 软件设计流程

根据中断处理机制和多线程编程来控制整个软件的运行流程[4]。在整个程序启动之后，就一直处于循环等待的状态，等待中断发生。当测试者通过键盘按下按键，发生键盘中断，程序查询中断向量表，跳转到键盘中断响应服务子程序。在子程序中，判断所按键值，并根据当前状态和所按键值在程序的各个模块之间进行切换，完成相应操作。中断服务子程序执行完毕之后，退出中断，程序指针返回主程序的循环等待，等待下一次中断发生。如此循环往复，从而实现整个软件的测试功能，直至退出测试功能[5]。如图2为主程序流程图。

图2 主程序流程图Fig.2 Flow chart of main program

图3 手动测试流程图Fig.3 Flowchart of Manual testing

测试仪上电后初始化并进入控制主界面，利用向上向下键移动光标选择操作项，按“确认”键进入测试。其中，绝缘预检自动检查通道1、2的各项绝缘电阻，当作动源电压一定时，各项绝缘电阻是否在正常工作阻值范围内。绝缘预检必须先于其他测试，预检合格方可后续测试，否则禁止进行后续测试。

手动测试是各项测试中最复杂的，流程图见图3。分别测试通道1、2电阻以及电压选择与转换。进入手动测试菜单窗口后，选择“通道X（1或2）电阻测试”，按确认键进入测试窗口，同时测试仪自动读取指定通道当前状态，如果处于保险状态则进入“保险状态窗口”，如果处于工作状态则进入“工作状态窗口”，通过向上向下键选择窗口内测试项目，使用“确认”键进行测试，按一次测试一次，可重复多次测试，光标移到“转换”位置，按“确认”键后测试仪自动读取指定通道当前所处状态并进行转换。如果转换成功窗口显示5秒后自动关闭并进入另一状态电阻测试窗口，如果转换失败窗口停留，等待用户按键“返回”。当选择“通道X电压与转换”显示相应窗口，通过向上向下键选择窗口内三档电压及手动调压，按“确认”键显示转换结果，包含转换时间和转换电流。

2.2 程序实现

在CodeWarrior集成开发平台上实现测试仪软件的开发，通过BDM（单线背景调试模式）在单片机运行时对单片机动态调试。软件设计采用初始化+循环体的软件结构，首先进行全局变量和所用外设 （包括 IO、ADC、SPI、PWM、TIMER、SCI）的初始化[6]，然后在循环体内依次进行绝缘预检、手动、自动检测以及数据管理。

初始化被定义在工程文件下init.c源文件内，包括设置晶振时钟、总线时钟及锁相环时钟均16 MHz，初始化I/O端口、串口 SCI0、SCI1，串口速率9 600，可以中断接收数据，并对PWM、ECT、ATD模块进行初始化，初始化函数如下：

voidInit_Dev（void）{

SetBusCLK_16M（）；

Port_Init（）；

SCI0_Init（）；

SCI1_Init（）；

PWM_Init（）；

AD_Init（）；

Timer_Init（）；

ECT_Init（）；

}

其中对I/O端口子函数实现如下程序，实现对输入输出端口的定义。

static void Port_Init（void）{

DDRA=0xff； //LCD A口设为输出口

PORTA=0x00；

DDRB=0xff；//LED B口设为输出口

PORTB=0xff；

DDRE=0x03；//E口输入口

PORTE=0x00；

DDRJ=0x00； //J.6 J.7口输入口

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文件内定义通用函数，主要是与芯片无关的功能性子函数，如显示格式定义、光标选择等函数，以下是Uart0_putchar函数用于串口发送单个字符，所有字符显示调用的Show_order函数都是基于此函数。

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 测试结果

启动开关，初始化进入主菜单，上下键选取测试项，选定绝缘检查后预检过程中各项测试结果如图4所示，共预检通道1、2分别在保险及工作状态下绝缘电阻共48项。

图4 通道1绝缘预检Fig.4 Channel 1 insulation preflight

图5 通道1自动测试Fig.5 Channel 1 automatic test

自动检测结果如图5所示，顺序检测通道1到2各状态电阻，工作状态与保险状态实现自动转换，并显示转换时间与转换电流。图6是通道1从工作状态转换到保险状态结果示意图。手动测试是人工测试两通道电阻测试和电压选择与转换，电阻测试功能如图7所示，选择光标所在行确认，即可显示测试数据，可重复测试。

3 结束语

图6 通道1转换状态界面Fig.6 Channel 1 conversion status interface

图7 通道1电阻测试Fig.7 Channel 1 resistance test

在MC9S12XS128平台下实现了数字单元测试仪的软件开发，该测试仪能够通过主控面板按键操作实现对被测机构的绝缘预检、电阻测试以及电压转换等，经实验验证能够达到测试目的，满足测试要求。

[1]王宜怀，曹金华.嵌入式系统设计实战——基于飞思卡尔S12X微处理器[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[2]孙同景.Freescale9S12十六位单片机原理及嵌入式开发技术[M].北京：机械工业出版社.2010.

[3]王军琴，李会武.基于MC9S12XS128的单片机开发板的设计[J].现代电子技术，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，罗和平，阮爱武.数字测试仪下的参数测试单元的设计[J].今日电子，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的嵌入式软件单元测试[J].计算机工程与设计，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]薛涛，邵贝贝.S12单片机BDM调试器使用技巧[J].电子技术应用，2009（2）:14-16.XUE Tao，SHAOBei-bei.Tips of S12 MCU BDM debugger[J].Application of Electronic Technique，2009（2）:14-16.