一种UART＆SPI接口验证工具的设计与实现

摘要：随着WLAN(无线局域网)的普及，各种接口的WLAN网卡层出不穷，像UART，SPI，USB等。为了验证接口的功能、性能和兼容性是否符合需求，在此提出了一种支持UARTSPI接口的验证工具。传统的接口验证采用手动验证的方法，即手动修改UART接口的波特率或SPI接口的大小端等来达到遍历所有用例的目的，传统方法存在效率低，容易漏测测试用例等缺陷。而该工具通过命令通道完成上位机和下位机的协商，保持接口参数同步;数据通道验证在该接口参数下的功能和性能，实现了接口的功能和性能验证的自动化，大大提高了测试效率，保证测试用例的覆盖率。该工具适用于多种平台下的UART和SPI接口验证。

0 引言

随着WLAN的广泛应用，越来越多的芯片厂商投入到WLAN芯片开发上。因此各种接口的WLAN芯片成为了各大厂商发展的主要方向。目前主流的接口有：USB，SDIO，UART，SPI等。

本公司设计了一款支持多接口、多协议的无线局域网802.11n(1T1R)的SoC芯片。该SoC芯片集成了SDIO，SPI，UART等接口。为了验证各个接口是否能够达到设计需求，需要对各个接口进行功能、性能和兼容性的测试。所谓接口验证，是指以接口为测试对象，详细测试接口功能和性能。本文中是指UART接口和SPI接口。对于UART接口，需要对接口的波特率、数据长度、奇偶校验位、停止位、流控、异常错误等进行验证。对于SPI接口，需要对接口的大小端、工作模式、工作速率等进行验证。

1 接口单元验证的必要性

1.1 接口单元验证简介

如图1所示，是接口单元验证的示意图。测试板有两个UART接口和一个SPI接口。下位机完成固件部分，也就是直接操作硬件;而上位机完成测试用例管理和接口驱动两部分。

1.2 对接口进行单元验证的原因

(1)验证接口的功能是否实现。保证设备能够正确枚举，各种配置下数据收发通路畅通。

(2)对各个接口的性能有一个准确的把握。有了接口性能数据后，可以帮助在系统测试阶段定位问题。在系统测试阶段，性能瓶颈一方面来自于接口，一方面来自于WiFi。在接口验证阶段获得这个数据后可以帮助分析和定位问题。

(3)在平台兼容性测试中，由于平台的兼容性主要与接口有关，与WiFi无关，如果把兼容性放到系统测试阶段去做，无形中增加了定位问题的难度。

1.3 传统接口验证的方法及缺陷

传统的验证方法是将上位机与下位机分离开来。首先上位机修改参数，之后下位机修改参数，编译固件、运行，上位机与下位机进行通信。上位机与下位机之间没有协商，直接进行通信。以UART接口的功能验证为例来说明一下接口验证方法的缺陷。

UART的功能验证主要是各种配置下(波特率、数据长度、奇偶校验位、停止位的组合)是否能够准确无误地传输数据。如果按照这种测试方法的话，测试效率很低。另外一个方面，由于主观因素的影响，采用手动的方法容易漏测测试用例。

综上，传统接口单元验证方法的缺陷为：测试效率低;容易漏测测试用例。

2 接口验证工具的设计

2.1 硬件架构

2.1.1 PC下的硬件结构

如图2所示，描述的是PC环境下的UART接口的验证硬件结构图。

其中PCI通过JTAG接口控制测试板，完成固件的下载。PC2与测试板通过UART接口连接，UART0接口是命令接口，主要传输PC2对测试板的命令及测试板的响应;UART1是数据接口，主要传输PC2和测试板之间的数据。

2.1.2 嵌入式平台下的硬件结构

如图3所示，描述的是嵌入式平台下UART接口和SPI接口的验证硬件结构图。

其中PCI通过JTAG接口控制测试板，完成固件的下载。PC2通过串口控制嵌入式平台。在验证UART接口时，连接测试板与嵌入式平台的两个UART口，UART0接口是命令接口，主要传输嵌入式平台对测试板的命令及测试板的响应;UART1是数据接口，主要传输嵌入式平台与测试板之间的数据。

在验证SPI接口时，连接测试板与嵌入式平台的UART0口及SPI接口。同样地，UART0是命令接口，主要传输嵌入式平台与测试板的命令传输;SPI是数据接口，传输嵌入式平台与测试板之间的数据。

2.2 软件结构

验证软件结构见图4，其中DUT设备为验证的对象。

(1)用例管理层

主要生成各种测试用例。对于UART接口来说，包括UART波特率、数据长度、停止位、奇偶校验位等属性组合的设置及高级设置项等。

对于SPI接口来说，主要包括SPI的各种模式、各种时钟、大小端及上下行数据的测试用例的生成。

(2)配置接口层

依据配置程序与驱动程序命令/事件接口定义完成各种命令的发送，并做相应的事件处理。

(3)驱动接口层

依据配置程序与驱动程序命令/事件接口定义对配置程序发送的命令进行解析，同时对硬件的状态信息进行响应。

(4)硬件接口层

主要负责驱动与固