嵌入式平臺上的自動音頻接口測試
本文介紹一種常用的技術(shù),用于檢測音頻接口測試中與裝配相關(guān)的故障問題。
音頻接口如今已無所不在。應(yīng)用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIOT)的大多數(shù)單板計算機(SBC)上也有它們的身影。從模擬音頻到數(shù)字音頻端口,各種類型的接口層出不窮。每種類型的接口在設(shè)計和測試中都面臨自身的挑戰(zhàn)。在組裝和生產(chǎn)過程中,這些接口的測試涵蓋了整個路徑,從模擬或數(shù)字前端到處理單元的數(shù)字音頻輸入端口。
嵌入式平臺上的音頻前端和生產(chǎn)測試設(shè)置環(huán)境中的通用音頻數(shù)據(jù)流路徑如下所示(圖1):

圖1:嵌入式平臺的測試設(shè)置與音頻前端(來源:作者)
上圖顯示了數(shù)據(jù)路徑中的主要模塊/組件。其中接收器IC可以是模擬前端IC,例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),也可以是數(shù)字音頻接收器IC。IC的輸出可以是任何串行格式,如Inter-IC Sound Bus(I2S),該接口可以攜帶脈沖編碼調(diào)制(PCM)格式的原始音頻數(shù)據(jù)。
生產(chǎn)測試的目的在于確保整個音頻路徑的功能在各種故障下都被測試到。這些可能的故障包括:
前端接收器IC故障。
I2S總線的裝配相關(guān)故障,如卡在高電平(連接到電源)或卡在低電平(接地)或多路信號線之間的短路。
音頻接口測試只是比較大的生產(chǎn)測試系統(tǒng)的一部分,而整個生產(chǎn)測試系統(tǒng)將測試嵌入式電路板上的所有接口。
下面介紹一種常用的技術(shù),用于檢測音頻接口測試中與裝配相關(guān)的故障問題。對于前端接收器IC故障的檢測則需要使用不同的技術(shù),本文不做描述。
技術(shù)1:主觀測試
主觀測試是指捕獲音頻數(shù)據(jù)樣本幾秒鐘,將它們與聆聽測試中播放的實際音頻進行比較。該技術(shù)的缺點是需要人為干預(yù)并且耗時。比如,如果存在多個立體聲聲道,那么用戶需要聆聽并確認(rèn)每個聲道。
為克服這一缺點,我們提出一種創(chuàng)新的方法來測試音頻接口信號,并自動完成整個過程。
技術(shù)2 :自動化測試
要理解這種自動測試技術(shù),有必要先了解I2S接口的一些基本概念。
I2S總線有三個信號 BCLK(位時鐘)、WCLK(字時鐘)、DATA(數(shù)據(jù)信號)。如果BCLK或WCLK出錯(卡在高電平或低電平),則處理器音頻輸入端口將無法進行正常捕獲,從而顯示出相應(yīng)的時鐘故障。如果時鐘信號正常,那么無論DATA值為何,音頻都會被捕獲。如果DATA停留在1或0,則音頻數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中將包含每個16位樣本的所有FFFF或所有0000。因此,當(dāng)我們生成MD5校驗和時,將得到兩個相應(yīng)的值:MD5(FFFF)和 MD5(0000)。而對于音頻數(shù)據(jù)的每個其它值,其MD5校驗和的值都將不同。這個概念可用于自動化和檢查音頻捕獲信號。
這種測試方法是在適當(dāng)音頻被播放時才捕獲信號,靜音狀態(tài)時無法捕獲。這確保了僅捕獲我們的音頻文件而且緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)是正確的。一旦音頻數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存儲了大約100個樣本,就可以生成其MD5校驗和。如果DATA信號停留在高電平,則其MD5校驗和值與MD5(FFFF)相同;如果停留在低電平,則其MD5校驗和值將與MD5(0000)相同。如果DATA信號正常切換,則MD5校驗和將是其他任意隨機值。因此,根據(jù)MD5校驗和的值,我們可以判斷DATA信號是否存在故障。
I2S總線通常有多個數(shù)據(jù)信號。我們通過一個示例來說明,假定I2S有四個數(shù)據(jù)信號DATAx(x = 0,1,2,3)。我們在其中一個DATA信號上提供音頻數(shù)據(jù)而在所有剩余數(shù)據(jù)信號上提供0。然后生成所有DATAx(x = 0,1,2,3)信號上捕獲數(shù)據(jù)的MD5校驗和,并確認(rèn)MD5校驗和的值是否如預(yù)期。
如果僅在DATA0上提供音頻數(shù)據(jù),則DATA1-3信號的MD5校驗和應(yīng)該是MD5(0000),而DATA0的MD5校驗和應(yīng)為一些隨機值。如表1所示,羅列了分別對四個數(shù)據(jù)信號執(zhí)行該測試得到的迭代結(jié)果。
該技術(shù)的局限性在于它僅可用于識別上述故障。對于某些用例,它無法區(qū)分哪里存在故障。例如,如果多個信號線短路,則該技術(shù)可以檢測到存在此故障但不能清晰地說明具體哪些線路短路。
結(jié)論
上述方法已經(jīng)過驗證,目前已成功用于測試Ittiam開發(fā)的許多硬件板上的音頻輸入接口。 現(xiàn)在我們已經(jīng)看到,它可以減少音頻接口的整體測試時間,從而降低電路板測試成本。
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