振南ZN-X开发板【51版】基于振南SHELL命令系统对ZN-X开发板进行全面的整板测试【连载】

本帖最后由于振南于 2016-6-17 14:06 编辑

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【振南的整板测试思想与方案介绍】

原文出处：http://www.znmcu.cn/znx_51_alltest_jieshao.html

关于ZN-X开发板，有一个很重要的问题一直困扰着我和用户，那就是：如何方便快速地对板上的所有硬件资源进行测试，也就是“整板”测试。通过它来检查和确认板上硬件是否完好，是否可以正常工作。如果有问题，能够快速定位问题。这对于振南开发板的批量化生产加工、测试、发货有很大的好处，可以让工作效率有很大提高，另一方面，对于开发板的使用者来说，也可以全面快速的验证开发板是否OK，是否在物流或自己的使用过程中造成了损坏。

振南ZN-X开发板上包含了很多的实验资源，比如TFT液晶、SD卡、ADC/DAC、点阵屏、数码管等等，总共算下来足有近20种。我们要把所有模块全部插接到ZN-X的基板上，对各个功能统一的逐个进行测试。

一种最原始最笨的办法就是把各个功能的测试程序，一个个地烧到开发板上。要完成近20个功能的测试，我们就需要烧录20次。这个工作量是比较大的，而且是重复性的劳动，乏味无趣。

所以，我们提出了“整板测试”的概念。我们开发一个高度集成化的综合性的实验，它包含了开发板上所有功能的驱动，这个程序烧到开发板之后，我们通过某种接口，来灵活调用各个功能，从而完成对所有功能的统一化的测试。

有人曾经提出过这样的问题：“ZN-X开发板的那么多的模块，可以一股脑地全部插到基板上去吗，并且还要让它们能够同时工作起来，这看似有点困难，因为单片机的IO数量是有限的！！”回答是：“振南在设计ZN-X之初，就已经深入而全面的考虑了多个功能模块共同占用IO，又能够同时工作的实现方案。比如SD卡、spiFLASH、TFT液晶、摄像头....等等，同时接起来，互不影响的协同工作。这涉及到IO与总线的深度复用，一条SPI或并行总线上，通过选通和编址，基于三态的原理，实现了挂接多个功能模块，对IO资源进行分时复用。通过长期的优化和安排，最终实现了所有模块全部插上去，也能够全部正常运转起来！！”

这一问题对于整板测试是很重要的。我们不需要在测一个功能的时候，而把其它与之冲突的功能模块拿掉。对IO和总线的高度复用，使得我们可以把所有模块一次性全部插上去，然后就可以一个个地对它们进行测试了！！

这个高度集成化的综合性的实验，必然是一个很大的工程，它不光只是简单的驱动大杂烩，更重要的是它一方面涵盖了对功能模块细致深入的测试方法，针对哪个模块要使用哪种测试方法，比如对于TFT液晶，我们的测试方法就是去简单一个简单的图片或是用纯色对刷屏，再或者是显示一个色带；而对于SD卡，我们采用的测试方法则是对某一扇区进行写和读，然后比较写入读出的数据是否一致；对于点阵屏，我们可以让他显示一个点阵图形，然后肉眼观察是否显示正常。这些测试方法需要精心的设计。另一方面，这个整板测试要给人留出一个方便的接口，以便可以灵活调用到某一个测试。

于振南

2016-6-17 14:05:33

通过SHELL命令行方式对各功能模块进行灵活测试

原文出处：http://www.znmcu.cn/znx_51_alltest_shell_jieshao.html

可以看到，有一些测试是需要设定一些参数的，比如让TFT液晶以给定的颜色刷屏、从EEPROM给定的地址读写数据等等。这种情况，最合适的就是SHELL命令行方式。这种形式就像是DOS这样，一个命令对应一个测试程序，同时又可以传入一些参数。

这个SHELL命令行方式的整板测试，由振南历时10天完成开发和测试，一共包含近20个命令，可以对ZN-X开发板上的各功能模块进行全面的测试。振南使用它可以快速进行开发板的测试，提高批量化生产和发货速度；而用户使用它，可以在拿到板子后第一时间把板子玩转起来，初步领略到ZN-X的乐趣。起码可以快速的确定开发板硬件是否是完好正常的。

于振南

2016-6-17 14:08:20

ZN-X开发板各功能模块的测试方法

本文出处：http://www.znmcu.cn/znx_51_alltest_fangfa.html

测试方法的设计是一件比较有创造性的工作，振南对各个功能模块的测试方法是这样的

《ZN-X 整板测试各功能模块测试方案》：

功能模块	测试方法及说明
LED环测	说明：在ZN-X上有一圈LED，它们不光只是为了好看和趣味性，它们每一个LED都与板上的关键信号相连，LED的亮灭可以反映出单片机对这些关键信号的控制是否正常。测试方法：依次点亮这些LED，肉眼观察是否有不亮的。LED组成了一个环，振南把这种测试方法称为“环测”或者“环状流水灯”。“环测”通过之后，说明单片机与外围功能模块之间的关键信号的连接是OK的。
SD卡1测试	说明：对ZN-X上的第一个SD卡进行扇区读写测试。扇区读写是进一步进行文件系统移植和应用的基础，想使用振南的znFAT，这一测试必须通过。测试方法：先向SD卡1的999扇区写入512字节数据，然后再将此扇区数据读出，比较数据是否一致。注：不同的SD卡，在初始化的时候对SPI的速度要求不同，有的速度可以高一些，有的则不能太高。所以在测试中，可以对SD卡初始化的速度进行调节。
SD卡2测试	同上。注：ZN-X上有两个SD卡接口，可以同时插接两个SD卡模块。1、因为SD卡是振南开发板上的重头，它围绕文件系统znFAT有大量的应用实验。两个SD卡接口是为了防止其中一个损坏或另有它用之后，还有候补可用。2、两个SD卡之间可以作一些【跨卡】的实验，比如卡卡之间拷贝文件、znFAT同时挂载多张SD卡的实验，这样可以把znFAT和文件系统的应用作得更全面更深入。
VS1003 MP3播放/录音测试	说明：ZN-X上有一个MP3解码播放模块，同时它还可以进行录音。单片机只需要将MP3等音频文件的数据写入到VS1003中，即可实现播放；录音功能，VS1003可以将声音编码为ADPCM，单片机可读出存为WAV文件。测试方法：播放功能，如果要向VS1003写入MP3数据，我们就要去准备这个数据，涉及到数据存储，虽然可以把它存到SD卡或Flash中，但是这个步骤比较繁琐。我们使用VS1003内置的正弦音测试，它内部可以产生某一频率的正弦信号，让它通过解码，再通过模拟通道（音频DAC输出），最终播放出来，我们可以从耳机中听到频率对应的尖锐声音。通过这种方法可以简单测试解码播放功能。录音功能，VS1003在使能录音功能之后，可以从耳机中听到麦克所拾获的声音，这被称为 LOOPBACK。
TFT液晶测试	说明：ZN-X上是支持多种尺寸分辨率，多种接口的TFT液晶模块的。这里着重对ILI9325控制器的320X240分辨率的TFT模块进行测试。测试方法：首先分别测试竖屏与横屏模式下的刷屏，然后显示一幅简单的图片（图片数据内置于单片机ROM中）。测试中可以指定刷屏颜色，或者以色块方式刷屏。
按键测试	说明：ZN-X上有5个独立按钮，他们分别与P1端口的几个IO相连，可以用于作简单的控制和交互。测试方法：依次按下5个按键，以确认按键是否OK
摄像头测试	说明：ZN-X上有摄像头模块，它采用OV7670+FIFO的方式，这样就可以让51这种低端低速的单片机也可以获取到图像。测试方法：51读取摄像头的图像实时的显示在TFT液晶上。这种测试方法，有一定局限性，也就是必须要搭配TFT液晶才能完成。因此，振南设计了无需TFT的测试方法，51读取摄像头模块图像，转为BMP文件格式，直接通过串口上传给PC，PC存为图片，可直接打开看到图像。
DS18B20测试	说明：DS18B20是经典的初学者必学的温度传感器测试方法：读取温度值实时显示出来
PCF8563测试	说明：PCF8563是经典的RTC芯片，即实时钟，它可以为我们提供年月日时分秒时间信息测试方法：PCF8563常见的问题是晶振不起振，从而导致时间不走。所以，我们可以用程序检测时间秒是否变化，如果在5秒钟内，秒一直没有变化，则认识有问题。另外我们还可以读取PCF8563的时间信息显示出来，也可以向它设置新的时间。
AT24C64测试	说明：AT24C64是容量为8KB的EEPROM芯片，通常用于存储一些小数据量的信息，比如ID号、字符串等。测试方法：我们选取某一个地址，先向它写入一个字节，然后再读取这个地址，比较数据是否一致。很多时候我们需要把数据烧录到EERPOM中，比如一些字模、素材、声音、图片等等。所以在AT24C64的测试中，附加了这些烧录和读取数据的功能。可以通过串口将PC上的文件下载到AT24C64中，或者将AT24C64中的数据上传到PC。同时还可以随意查看某个地址上的若干字节的内容，或向指定的地址写入字节。
AT45DB161测试	说明：AT45DB161是容量为2MB的FlashROM，它的数据被组织成扇区或数据块的形式，通过ATMEL的缓冲技术，可以实现对它的单个字节的读写操作。测试方法：选取某一地址，向写入若干个字节，然后再从这个地址读取数据，比较数据是否一致。同样，对于AT45DB161也附加了数据的下载和上传功能。也可以向指定地址写入字节，或查看某个地址上的数据。
TLC549测试	说明：TLC549是一颗8位ADC。测试方法：不断读取ADC的值，调节电位器，观察ADC值是否相应变化。
TLC5615测试	说明：TLC5615是一颗10位DAC。测试方法：在DAC输出上产生一个锯齿波，观察LED的明暗变化。附加功能：产生一个给定的电压。
16X16点阵测试	说明：ZN-X的基础模块上有一个16X16的LED点阵屏。用它可以一些简单的字符图案的显示，以及滚动效果。测试方法：在点阵屏上显示一些简单的演示效果，观察是否显示正常。附加功能：可以随意点亮某一个或多个LED点。
数码管测试	说明：4位数码管，可以显示4位10进制数或浮点数。测试方法：在4位数码管的每一位上循环显示0-9这十个数。也可以显示指定的某一个数值。
触摸功能测试	说明：ZN-X上的TFT液晶是有触摸功能的，这样可以实现较为复杂的人机交互。测试方法：读取触摸芯片的坐标数据，实时地显示出来。观察数据变化是否与触摸的位置同步。
以太网控制器ENC28J60硬件测试	说明：ZN-X上是可以接以太网ENC28J60模块的，通过它网络的世界就此打开。测试方法：此测试不涉及TCP/IP方面的测试，只是对ENC28J60的接口和硬件进行基础的硬件测试，以确保芯片是完好的。
NRF24L01测试	说明：ZN-X是可以进行RF射频无线通信的，模块使用NRF24L01+芯片。测试方法：初步地进行硬件接口和芯片的测试。然后可进行简单的数据通信测试：一个为发射，一个为接收，完成一个数据包的收发和验证，即说明数据通信成功。

可以看到，这是一个庞大的测试集合，每一个功能模块的测试都是精心设计的，而且还有一些附加功能，这是有一定实用价值的。

ZN-X开发板各功能模块的测试方法

本文出处：http://www.znmcu.cn/znx_51_alltest_fangfa.html

测试方法的设计是一件比较有创造性的工作，振南对各个功能模块的测试方法是这样的

《ZN-X 整板测试各功能模块测试方案》：

功能模块	测试方法及说明
LED环测	说明：在ZN-X上有一圈LED，它们不光只是为了好看和趣味性，它们每一个LED都与板上的关键信号相连，LED的亮灭可以反映出单片机对这些关键信号的控制是否正常。测试方法：依次点亮这些LED，肉眼观察是否有不亮的。LED组成了一个环，振南把这种测试方法称为“环测”或者“环状流水灯”。“环测”通过之后，说明单片机与外围功能模块之间的关键信号的连接是OK的。
SD卡1测试	说明：对ZN-X上的第一个SD卡进行扇区读写测试。扇区读写是进一步进行文件系统移植和应用的基础，想使用振南的znFAT，这一测试必须通过。测试方法：先向SD卡1的999扇区写入512字节数据，然后再将此扇区数据读出，比较数据是否一致。注：不同的SD卡，在初始化的时候对SPI的速度要求不同，有的速度可以高一些，有的则不能太高。所以在测试中，可以对SD卡初始化的速度进行调节。
SD卡2测试	同上。注：ZN-X上有两个SD卡接口，可以同时插接两个SD卡模块。1、因为SD卡是振南开发板上的重头，它围绕文件系统znFAT有大量的应用实验。两个SD卡接口是为了防止其中一个损坏或另有它用之后，还有候补可用。2、两个SD卡之间可以作一些【跨卡】的实验，比如卡卡之间拷贝文件、znFAT同时挂载多张SD卡的实验，这样可以把znFAT和文件系统的应用作得更全面更深入。
VS1003 MP3播放/录音测试	说明：ZN-X上有一个MP3解码播放模块，同时它还可以进行录音。单片机只需要将MP3等音频文件的数据写入到VS1003中，即可实现播放；录音功能，VS1003可以将声音编码为ADPCM，单片机可读出存为WAV文件。测试方法：播放功能，如果要向VS1003写入MP3数据，我们就要去准备这个数据，涉及到数据存储，虽然可以把它存到SD卡或Flash中，但是这个步骤比较繁琐。我们使用VS1003内置的正弦音测试，它内部可以产生某一频率的正弦信号，让它通过解码，再通过模拟通道（音频DAC输出），最终播放出来，我们可以从耳机中听到频率对应的尖锐声音。通过这种方法可以简单测试解码播放功能。录音功能，VS1003在使能录音功能之后，可以从耳机中听到麦克所拾获的声音，这被称为 LOOPBACK。
TFT液晶测试	说明：ZN-X上是支持多种尺寸分辨率，多种接口的TFT液晶模块的。这里着重对ILI9325控制器的320X240分辨率的TFT模块进行测试。测试方法：首先分别测试竖屏与横屏模式下的刷屏，然后显示一幅简单的图片（图片数据内置于单片机ROM中）。测试中可以指定刷屏颜色，或者以色块方式刷屏。
按键测试	说明：ZN-X上有5个独立按钮，他们分别与P1端口的几个IO相连，可以用于作简单的控制和交互。测试方法：依次按下5个按键，以确认按键是否OK
摄像头测试	说明：ZN-X上有摄像头模块，它采用OV7670+FIFO的方式，这样就可以让51这种低端低速的单片机也可以获取到图像。测试方法：51读取摄像头的图像实时的显示在TFT液晶上。这种测试方法，有一定局限性，也就是必须要搭配TFT液晶才能完成。因此，振南设计了无需TFT的测试方法，51读取摄像头模块图像，转为BMP文件格式，直接通过串口上传给PC，PC存为图片，可直接打开看到图像。
DS18B20测试	说明：DS18B20是经典的初学者必学的温度传感器测试方法：读取温度值实时显示出来
PCF8563测试	说明：PCF8563是经典的RTC芯片，即实时钟，它可以为我们提供年月日时分秒时间信息测试方法：PCF8563常见的问题是晶振不起振，从而导致时间不走。所以，我们可以用程序检测时间秒是否变化，如果在5秒钟内，秒一直没有变化，则认识有问题。另外我们还可以读取PCF8563的时间信息显示出来，也可以向它设置新的时间。
AT24C64测试	说明：AT24C64是容量为8KB的EEPROM芯片，通常用于存储一些小数据量的信息，比如ID号、字符串等。测试方法：我们选取某一个地址，先向它写入一个字节，然后再读取这个地址，比较数据是否一致。很多时候我们需要把数据烧录到EERPOM中，比如一些字模、素材、声音、图片等等。所以在AT24C64的测试中，附加了这些烧录和读取数据的功能。可以通过串口将PC上的文件下载到AT24C64中，或者将AT24C64中的数据上传到PC。同时还可以随意查看某个地址上的若干字节的内容，或向指定的地址写入字节。
AT45DB161测试	说明：AT45DB161是容量为2MB的FlashROM，它的数据被组织成扇区或数据块的形式，通过ATMEL的缓冲技术，可以实现对它的单个字节的读写操作。测试方法：选取某一地址，向写入若干个字节，然后再从这个地址读取数据，比较数据是否一致。同样，对于AT45DB161也附加了数据的下载和上传功能。也可以向指定地址写入字节，或查看某个地址上的数据。
TLC549测试	说明：TLC549是一颗8位ADC。测试方法：不断读取ADC的值，调节电位器，观察ADC值是否相应变化。
TLC5615测试	说明：TLC5615是一颗10位DAC。测试方法：在DAC输出上产生一个锯齿波，观察LED的明暗变化。附加功能：产生一个给定的电压。
16X16点阵测试	说明：ZN-X的基础模块上有一个16X16的LED点阵屏。用它可以一些简单的字符图案的显示，以及滚动效果。测试方法：在点阵屏上显示一些简单的演示效果，观察是否显示正常。附加功能：可以随意点亮某一个或多个LED点。
数码管测试	说明：4位数码管，可以显示4位10进制数或浮点数。测试方法：在4位数码管的每一位上循环显示0-9这十个数。也可以显示指定的某一个数值。
触摸功能测试	说明：ZN-X上的TFT液晶是有触摸功能的，这样可以实现较为复杂的人机交互。测试方法：读取触摸芯片的坐标数据，实时地显示出来。观察数据变化是否与触摸的位置同步。
以太网控制器ENC28J60硬件测试	说明：ZN-X上是可以接以太网ENC28J60模块的，通过它网络的世界就此打开。测试方法：此测试不涉及TCP/IP方面的测试，只是对ENC28J60的接口和硬件进行基础的硬件测试，以确保芯片是完好的。
NRF24L01测试	说明：ZN-X是可以进行RF射频无线通信的，模块使用NRF24L01+芯片。测试方法：初步地进行硬件接口和芯片的测试。然后可进行简单的数据通信测试：一个为发射，一个为接收，完成一个数据包的收发和验证，即说明数据通信成功。

可以看到，这是一个庞大的测试集合，每一个功能模块的测试都是精心设计的，而且还有一些附加功能，这是有一定实用价值的。

于振南

2016-6-17 14:10:15

SHELL命令平台的搭建（超级终端的使用方法）

本文出处：http://www.znmcu.cn/znx_51_alltest_shell_pingtai.html

PC端的串口终端软件有很多种，比如我们经常用的串口助手、Windows自带的超级终端，还有SecureCRT，它们都可以实现串口命令和数据的发送和接收。但是我们这里选用超级终端，备选SecureCRT。为什么？因为它们可以实现SHELL系统中的按键发送功能（一般的串口助手需要在输入框里输入要发送的字符或数据，然后按“发送”按钮，这不符合SHELL命令行的习惯和风格。我们需要键盘输入，即时发送，回车后命令立即运行！）

超级终端虽然是WINDOWS内置的原生串口工具，但是很多人并不了解它。这里振南对它进行一个介绍。

超级终端在“开始-程序-附件-通讯”中，第一次使用的时候，它会让你填写区别什么的，你填1即可。

随便输入一个名称。

我们选择一个串口号（ZN-X配送了USB转串口模块，正确安装驱动之后，即可得到一个虚拟串口，这里就选择这个虚拟串口的串口号即可，在振南的电脑上是COM7）

振南开发的整板测试实验中使用的波特率为115200bps，所以超级终端也设置为115200，数据流控制选择无。

点击“属性”按钮。

如图中进行设置。OK，接下来，我们就可以开始对ZN-X进行SHELL整板测试了！！（前提ZN-X开发板已经烧录了振南的整板测试程序）

开发板正确连接之后，上电即可看到上面的内容。

振南的这个整板测试，已经作得比较完善，是有完备的帮助信息的，你可以输入“？”或“h”或“help”去查看关于某个命令的详细介绍以及范例。比如下图：

我们甚至可以看到这个系统中所有命令集合：

为什么要选SecureCRT作为备选软件，因为有些用户对于超级终端的界面可能有些不太习惯，或者觉得有些乱，窗口小。

至于SecureCRT的设置和使用方法，振南会在别的文章和教程中进行介绍。

好，接下来，振南要分若干个章节来讲解通过SHELL中的命令对ZN-X上的功能模块进行测试的方法。

SHELL命令平台的搭建（超级终端的使用方法）

本文出处：http://www.znmcu.cn/znx_51_alltest_shell_pingtai.html

PC端的串口终端软件有很多种，比如我们经常用的串口助手、Windows自带的超级终端，还有SecureCRT，它们都可以实现串口命令和数据的发送和接收。但是我们这里选用超级终端，备选SecureCRT。为什么？因为它们可以实现SHELL系统中的按键发送功能（一般的串口助手需要在输入框里输入要发送的字符或数据，然后按“发送”按钮，这不符合SHELL命令行的习惯和风格。我们需要键盘输入，即时发送，回车后命令立即运行！）

超级终端虽然是WINDOWS内置的原生串口工具，但是很多人并不了解它。这里振南对它进行一个介绍。

超级终端在“开始-程序-附件-通讯”中，第一次使用的时候，它会让你填写区别什么的，你填1即可。

随便输入一个名称。

我们选择一个串口号（ZN-X配送了USB转串口模块，正确安装驱动之后，即可得到一个虚拟串口，这里就选择这个虚拟串口的串口号即可，在振南的电脑上是COM7）

振南开发的整板测试实验中使用的波特率为115200bps，所以超级终端也设置为115200，数据流控制选择无。

点击“属性”按钮。

如图中进行设置。OK，接下来，我们就可以开始对ZN-X进行SHELL整板测试了！！（前提ZN-X开发板已经烧录了振南的整板测试程序）

开发板正确连接之后，上电即可看到上面的内容。

振南的这个整板测试，已经作得比较完善，是有完备的帮助信息的，你可以输入“？”或“h”或“help”去查看关于某个命令的详细介绍以及范例。比如下图：

我们甚至可以看到这个系统中所有命令集合：

为什么要选SecureCRT作为备选软件，因为有些用户对于超级终端的界面可能有些不太习惯，或者觉得有些乱，窗口小。

至于SecureCRT的设置和使用方法，振南会在别的文章和教程中进行介绍。

好，接下来，振南要分若干个章节来讲解通过SHELL中的命令对ZN-X上的功能模块进行测试的方法。

于振南

2016-6-17 14:13:54

测试板上所有LED(LED环测，环状流水灯)

本文出处：http://www.znmcu.cn/znx_51_alltest_shell_allled.html

这里振南使用SHELL命令系统对ZN-X上的LED环进行测试。

说明：ZN-X开发板上有一圈LED，很多人都觉得这种设计很新奇，我们可以作一个环状流水灯，这比传统的、我们早已玩腻的直线流水灯更有意思。这一圈LED的作用还只于此，每一个LED都与板上关键的信号相连（主要是一些片选、中断以及使能信号），它的亮灭代表了信号的变化。这样就可以很直观地知道某一个信号是否有问题。

SHELL平台测试命令：

于振南

2016-6-17 14:16:13

测试板上第一个SD卡(扇区读写与数据校对)

本文出处：http://www.znmcu.cn/znx_51_alltest_shell_sd1.html

这里振南使用SHELL命令系统对ZN-X上的第一个SD卡进行测试。

说明：振南的ZN-X开发板上有两个SD卡模块的接口，可同时插接两个SD卡。这里我们对第一个SD卡进行测试。

具体测试方法请见《ZN-X各个功能模块的测试方法》 http://www.znmcu.cn/znx_51_alltest_fangfa.html

SHELL平台测试命令：

SD卡这种东西，对于初始化时的SPI时钟比较敏感。所以振南设计可调节初始化时SPI速度的参数。这个DELAY其实就是驱动程序中SPI时钟上的一个延时，这个DELAY我们设置的最大，SPI越慢。初始化时SPI越快，我们测试的过程越长，但是SD卡初始化成功的机率越大。到底DELAY与SPI时钟速度之间的关系是怎样的？振南可以给出一个参考值，当DELAY=20时，SD卡初始化时的SPI时钟频率大约是5KHz左右。