精确测量嵌入式USB信号质量

文章摘要：（1）原来我们采用的方案只支持一个USB 主机接口，所以在片上只集成一个USB 主机 Controller，测试命令也是基于主机控制器类型的。而我们的板级应用是采用了一个USB Hub与主机 Controller中继来实现多端口应用的扩展，根本无法进行Hub Down Stream Facing Port的测试。（2）并且原厂的测试是在CFE模式下通过下载运行特定的测试程式来进行测试，在这个阶段，并没有实现USB Hub的初始化以及配置字的操作，也就是说USB Hub是不可控的无法进入测试模式的设定。我们的多USB主机端口的应用设计使得系统架构中加入了USB Hub进行中继，已经超出了原厂设计

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　　（1）原来我们采用的方案只支持一个USB 主机接口，所以在片上只集成一个USB 主机 Controller，测试命令也是基于主机控制器类型的。而我们的板级应用是采用了一个USB Hub与主机 Controller中继来实现多端口应用的扩展，根本无法进行Hub Down Stream Facing Port的测试。

　　（2）并且原厂的测试是在CFE模式下通过下载运行特定的测试程式来进行测试，在这个阶段，并没有实现USB Hub的初始化以及配置字的操作，也就是说USB Hub是不可控的无法进入测试模式的设定。我们的多USB主机端口的应用设计使得系统架构中加入了USB Hub进行中继，已经超出了原厂设计的USB测试状态机控制范畴，导致了无法通过原厂提供的测试命令进行测试。再次和原厂技术支持讨论新的测试程式的开发从时间说来看已经不实际了，客户非常关注并要求我们必须尽快给到USB 主机的测试报告。第一次进行嵌入式USB 主机测试就遇到如此棘手的问题，工程师们一时间束手无策。有没有另外的方法呢？

　　3 问题分析解决

　　在和客户方面的资深工程师分析和讨论之后，我们有了一个非常巧妙的解决方案，当然还需要实际的测试来验证。USB专业测试人员都知道，USB IF针对USB一致性测试提供了一个专用测试工具 （USB-IF HS Electrical Test Tool）以方便开发者进行相关的USB测试。但这个工具只能运行在PC主机上，而我们的嵌入式系统其实也是通过相应的底层命令来实现这个工具相关的测试功能。从测试拓扑来看，我们目前的问题主要在于嵌入式控制主机无法实现对USB Hub的控制和测试模式设定。从控制系统的角度来说，不管是嵌入式控制主机还是PC主机都实现的是USB主机控制器的作用，也就是说我们可以使用PC主机替代嵌入式控制主机，在一台装有USB-IF HS Electrical Test Tool的PC上对产品板级USB Hub进行Down Stream Facing Port的Test Packet测试了。当然，我们首先要断开嵌入式控制主机与USB Hub之间的Up Stream Facing Port并飞线与PC主机的USB接口连接。因为测试单扳本身提供5V供电，所以我们只需要飞出D+/D-/GND三线即可。完成后的图示如下：

USB Hub Up Stream Port飞线图

　　我们使用了一台装有USB-IF HS Electrical Test Tool的ThinkPad R51作为控制平台，在按照上面的图示进行测试连接并将产品上电之后我们在测试工具中选择了Hub类测试并发现了板级的USB Hub。我们已经初步实现了之前关于控制系统的设想，图示如下：

控制工具设置界面

　　在图示中的Port Control栏中选择Test Packet命令，在相应的Port栏中选择我们需要测试的端口如1，示波器上出现了我们期待已久的信号波形（如下）。按照Lecroy示波器USB2.0测试软件中的Step by Step，示波器很快就完成了测试并输出了分析报告。有专业的分析工具就是不一样，我们根据测试报告中的关键测试数据，优化了我们的电路设计使得主机接口的信号更加理想（图示如下，本文中不对分析内容进行展开）。

优化调整后的USB-主机眼图

　　三 测试总结

　　此次嵌入式USB2.0主机接口眼图的测试到此算是顺利完成了，重新回顾一下我们的测试过程，感触颇深。可以说因为是第一次进行USB高速主机接口的测试，前期的准备工作并不是很充分。但正是有这些突如其来的问题，让我们可以更加深入的理解和分析USB技术的原理和测试方法，有很多的收获和经验和大家一起分享：

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