數(shù)字硬件設(shè)計調(diào)試壓力大、耗時長，真的可以輕松自如？英國工程與技術(shù)學(xué)會的研究員和特許工程師Adam Taylor說 “能”!

工程設(shè)計項(xiàng)目中最令人振奮的時刻之一就是第一次將硬件移到實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備開始集成測試的時候。開發(fā)過程中的這個階段通常需要很長時間，也會對所有的項(xiàng)目工程師造成很大的壓力。不過，現(xiàn)有的工具和方法能減輕壓力，幫助推進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)展。

讓我們來看一下，如何在將設(shè)計推進(jìn)到更高層面的過程中最大限度地減少可能發(fā)生的任何問題，以及如何快速順利地通過調(diào)試階段。

從第一天起就要設(shè)想如何進(jìn)行測試
所有工程師都知道，隨著開發(fā)進(jìn)程的推進(jìn)，修改問題的成本也會相應(yīng)增加。一旦設(shè)計方案最終定型并投產(chǎn)，再修改引腳輸出錯誤的成本必然高于早期設(shè)計評估時修改的成本。此外，在測試與集成方面也同樣存在成本問題，越早考慮硬件、FPGA、系統(tǒng)等的測試問題并編寫測試規(guī)范，就越便于工程設(shè)計團(tuán)隊(duì)考慮到必要的測試點(diǎn)、連接和功能性。測試的目的是確保能推出可滿足用戶具體要求的安全系統(tǒng)。因此，我們必須確保測試能體現(xiàn)所有要求，而功能測試則要求應(yīng)能實(shí)現(xiàn)流程傳遞并可跟蹤設(shè)計要求（即每個測試均應(yīng)滿足其所對應(yīng)的需求）。

此外，對設(shè)計驗(yàn)證模型進(jìn)行編輯也是一種非常好的做法，能詳細(xì)說明測試每項(xiàng)功能要求的方法，如具體的測試、分析或讀取方法（條件是在另一個項(xiàng)目上較早明確或測試了相關(guān)要求）。文檔（圖1）可能還涉及哪些測試需用于設(shè)計驗(yàn)證，以及哪些用于生產(chǎn)運(yùn)行。在項(xiàng)目階段早期即完成上述文檔，可確保系統(tǒng)設(shè)計團(tuán)隊(duì)和測試設(shè)備的設(shè)計團(tuán)隊(duì)獲得明確的基本方法。

但是，在進(jìn)行功能性測試之前，設(shè)計工程師還必須確保底層硬件的正確性。他們通常需要包含電源、性能和硬件基本驗(yàn)證等內(nèi)容的硬件級測試規(guī)范，而硬件基本驗(yàn)證需在功能測試之前進(jìn)行。

明確需要何種測試設(shè)備以及什么樣的性能非常重要，例如需要分析信號發(fā)生器和邏輯分析器是否能提供足夠的存儲深度和工作頻率？此外，還需明確是否需要更專業(yè)化的測試設(shè)備，如任意波形生成器、高穩(wěn)定性頻率參考等。

設(shè)計階段應(yīng)包括的內(nèi)容
在硬件的設(shè)計過程中，或許應(yīng)包括幾項(xiàng)設(shè)計特性和功能，以使電路板的測試能夠更方便。相關(guān)要求可能比較簡單，也可能較有深度。

最簡單也是最常見的測試規(guī)定是在所有電壓源上放置測試點(diǎn)，這避免了探詢焊接點(diǎn)時造成損壞的可能性。不過，還有一種比較好的辦法，是讓連接接地（0V）返回的焊盤靠近電壓測試點(diǎn)，從而簡化測試工作。若采用高值電阻來保護(hù)這個測試點(diǎn)，就能限制測試中意外短路情況下的電流。我們也可考慮給這些焊盤添加測試引腳，使其連接到可隨后在生產(chǎn)運(yùn)行期間記錄結(jié)果的自動測試系統(tǒng)上。

邊界掃描測試對在測試階段早期減少硬件設(shè)計風(fēng)險非常有用
此外，監(jiān)控時鐘和復(fù)位輸出的功能至關(guān)重要。因此，在復(fù)位線路上放置測試點(diǎn)不矢為一種好辦法。另外，還應(yīng)確保正確端接不使用的時鐘緩沖器并添加測試點(diǎn)，從而便于對時鐘進(jìn)行探詢。此外還可考慮添加測試端口，通過信號發(fā)生器、邏輯分析儀或其他測試工具來實(shí)現(xiàn)信號的注入和提取。

為了幫助原型設(shè)計達(dá)到功耗要求，如果可能，通常比較好的做法是在電壓調(diào)整器的輸出端串聯(lián)低值電阻（10毫歐、100毫歐等），以便精確測量電源軌上的電流。眾多FPGA器件也都能提供采用溫度二極管監(jiān)控芯片溫度的方法。需要想辦法為二極管提供恒定電流。測定芯片溫度有助于我們確保結(jié)溫不超出額定值。

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圖1：非常實(shí)用的工具：用驗(yàn)證表詳細(xì)列出測試每個功能要求的方法

要確保所有組件都適當(dāng)就位，明確是否符合設(shè)計方案的要求，特別是如果只有一個上拉或下拉電阻應(yīng)就位并選擇配置模式時更是如此。

檢查完印刷電路板上的各組件之后，下一步就是首次給電路板加電。對于任何工程師來說，這都是非常緊張的時刻。但是，在設(shè)計階段（測試點(diǎn)、電流感測電阻等）編制的測試規(guī)定將在這時發(fā)揮很大的協(xié)助作用。第一步是確保負(fù)載點(diǎn)和其他穩(wěn)壓器的功率輸出不發(fā)生短路返回。您可能會在帶載器件（具有高電流要求）的電源軌上發(fā)現(xiàn)低阻抗，不過阻抗應(yīng)大于1歐姆。