距離MIPI alliance首次在中國大陸召開全體會員會議已經過去六年了，記得當時是2014年10月8/9日兩天在上海世茂皇家艾美酒店（Le Royal Meridien Hotel in Shanghai, China）舉行。隨著MIPI的很多技術規范和協議在業內的推廣，很多總線接口技術現在獲得了越來越多的產品應用，這些技術不僅僅用于移動終端領域，例如手機，也應用于消費類電子，汽車電子等領域。

本文就是在這些影響移動終端/消費類電子/車載電子的總線協議分析和測試工具做一個簡略的概述，期待對于大家未來開發/測試相關產品提供一定的幫助。

下面是針對各種移動總線接口的協議分析、測試工具的一個匯總導圖，方便快速查詢。

我們先從手機終端涉及的各種總線說起，先來看一張MIPI官方組織的圖片，我們來看一下手機上面涉及哪些總線接口需要進行分析和測試。

通過上圖我們可以看到手機上面主要涉及到如下總線接口

·SD 3.0

·eMMC 5.1

·UFS 2.0/3.0

·I3C

·SPMI

·RFEE

·QSPI

·USB

·Bluetooth

·WIFI

我們依次來看這些接口在研發測試過程中會用到哪些診斷、分析、測試工具。

（一）SD 3.0接口

SD 3.0是傳統手機最常用的接口之一，目前還有很多手機支持通過SD卡擴展存儲容量；另外SDIO 3.0是用于外接一個支持SDIO協議的SD卡，這類卡上一般有CPU可以實現SSL加密/解密等功能，抓包分析后我們看到例如HTTP over SDIO相關的流量。

下圖是一個Prodigy公司的SD 3.0 analyzer連接分析讀卡器的示意圖。中間的綠色的小板子是micro-SD interposer，待測的micro-SD卡從左側插到該interposer的卡槽，然后該interposer右側插入讀卡器，interposer實現將雙向流量通過藍色的線束旁路傳輸到協議分析儀主機，內部協議分析邏輯進行數據的抓取。當然很多情況下SD協議分析儀是分析手機的SD卡相關的問題。

下面的設備Prodigy公司的多合一協議分析儀，支持SD 3.0/SDIO 3.0/eMMC 5.1等各種總線，通過配置連接SD大卡或者micro-SD小卡interposer實現抓取分析SD協議，通過連接eMMC probe實現針對eMMC總線的協議分析。

下圖是抓取的micro-SD卡的協議解碼截圖，注意：SD卡上層采用SCSI指令集。

（二）eMMC 5.1存儲接口

2.1 eMMC 5.1協議分析儀

一些低端手機目前仍然采用eMMC 5.1接口作為內部存儲的主要總線，一般容量都在64G以內，如16G, 32G, 64G等。下圖是eMMC協議分析儀的連接方式，通過probe將信號拾取出來后傳輸到協議分析儀主機進行解碼分析。

下圖是eMMC的協議分析解碼界面。

下面協議分析儀分析后識別到的卡的相關信息以及Histogram圖。

2.2 eMMC 5.1測試設備

韓國EFTECH公司的eMMC測試工具提供了eMMC產品驗證部門一個方便易用的測試工具，韓國LG Mobile以及SK Hynix等知名公司都采用EFTECH的測試工具進行研發測試。它提供如下測試功能：

（三）UFS 3.0/3.1存儲接口

3.1 UFS 3.0/3.1協議分析儀

從前幾年開始很多中高端手機已經使用了UFS 2.0/2.1的接口，目前最新的手機，例如Huawei Mate 40已經在使用Kioxia等公司的UFS 3.0 device。速度也從UFS 2.0/2.1的5.8Gbps升級為UFS 3.0的11.66Gbps (Gear 4b)。目前最新的UFS 4.0 速度將達到23.32Gbps (取整為24Gbps)。

Prodigy公司的UFS 3.0協議分析儀是目前唯一可以長時間使用的，不丟包的協議分析儀，例如Huawei Mate 40在研發、測試中就依賴Prodigy UFS 3.0協議分析儀診斷/分析相關UFS問題。業內其它的UFS分析儀在真實的大流量下丟包異常嚴重，基本完全無法使用。Prodigy UFS 3.0協議分析儀可以運行幾天幾夜都沒有問題，因為有些問題復現要5個多小時。

所以，UFS 3.0分析儀市場似乎出現了一個非常奇怪的現象，就是能用和不能用的問題。Prodigy是目前市場上唯一不丟包的、可用的UFS 3.0/3.1 analyzer，對于分析數據讀/寫不一致等需要長時間、抓取大數據量的場景是唯一的選擇。

下面是已經購買Prodigy UFS 3.0協議分析儀的部分典型客戶。

·Qualcomm -- 全球第一臺購買了Prodigy。

·Micron -- 上海，美國，歐洲多地

·Samsung Korea -- 韓國總部在2018年購買Prodigy

·SK Hynix Korea -- 韓國總部在2019年購買Prodigy

·KIOXIA -- 日本，韓國，中國等多地購買Prodigy，

·Panasonic

·Bosch

·Huawei/Hisilico

·Longsys,

·UNIC

·...

下圖是UFS 3.0協議分析儀的解碼圖片。SCSI, UFS, UniPro各個層面可以聯動同步分析，對于底層的PACP提供非常直觀的解碼分析，同時支持非常豐富的trigger condition設置。

3.2 UFS 3.0/3.1測試工具

韓國LG Mobile和SK Hynix的UFS測試采用EFTECH的測試工具，EFTECH提供的UFS 3.0的測試工具的產品概述和功能如下。

另外，不論手機使用eMMC 5.1 device還是UFS 2.0/3.0 device，EFTECH還可以結合用戶的需求定制開發如下的功能：

1.在android手機里面常駐一個agent，通過EF-STAN軟件檢測追蹤每一個讀寫命令，包括地址，block size和延遲；參見下面的左圖。

2.如果android系統不論因為什么原因無法引導、啟動，則可以將其鏡像通過EF-parser軟件導入Windows進行分析，找到crash點；參見下面的右圖。

（四）I3C總線接口

I3C作為I2C的升級版本，目前在各個領域獲得眾多的應用，例如僅在上海，就有眾多知名公司，例如Bosch，Intel, AMD，Pixelworks等知名公司開發相關芯片或者在其產品上應用I3C作為基本的總線接口，I3C涵蓋了汽車電子，計算，消費類電子各個方面。下面我們看一張圖，可以更加清楚地看到，實際上我們離不開的各種sensor也都通過I3C實現信息的互通和傳輸。

在2020年MIPI alliance的I3C分委員會的會議上，有將近300多位與會者就I3C在maser/slave在互通，互作性和兼容性上面進行了熱烈討論。Prodigy公司作為I3C分委員會的有突出貢獻的會員，起草了關于I3C兼容性測試的規范，日前，MIPI已決定使用Prodigy公司的analyzer和exerciser以及CTS測試軟件進行兼容性認證。

下面是I3C analyzer和exerciser的解碼和編程腳本截圖。

下圖是針對I3C協議的trigger condition設置。

（五）SPMI總線接口

SPMI總線是System Power Management Interface的縮寫，顧名思義就是處理和power相關的管理、配置等。Prodigy通過獨立的協議分析儀實現針對該總線流量的抓取和解碼。

下面是SPMI總線分析儀圖片和協議解碼圖片。

Prodigy針對SPMI是實現了exerciser功能，如下圖。

（六）RFFE總線接口

RFFE是RF Front End，表面意思很清晰，即射頻前端總線接口，處理RF信號進來之后的一些管理和配置。Prodigy通過獨立的協議分析儀實現針對該總線流量的抓取和解碼。

下面是RFFE總線分析儀圖片和協議解碼、exerciser圖片。

（七）QSPI總線

該總線顧名思義為Quad SPI，簡單認為是SPI的高速版。Prodigy公司的QPSI協議分析儀和SPMI, RFFE等類同，也可以實現協議分析，exerciser仿真發包等功能。

（八）USB 3.0/3.1總線

8.1 協議分析，發包仿真，兼容性測試，PD測試

USB 3.0在手機上已經獲得了廣泛應用，不僅用于USB PD進行充電，也可以實現數據導入、導出等傳輸功能。

Ellisys是總部位于瑞士的專業協議分析儀廠商，傳統強項為藍牙Bluetooth，USB，WIFI，DP協議分析和測試，幾年前收購了SerialTek以后產品線進一步擴充到計算、存儲領域的總線分析，其最新的革命性的PCIeGen4協議分析儀Kodiak以及最新的PCIe Ge 5 x16協議分析儀在英國倫敦研發、設計、生產、制造，徹底顛覆了傳統協議分析儀的設計架構，大大提高了問題診斷和故障分析的效率，成為Intel, AMD, Broadcom, Micron，Microsoft，Phison以及國內如浪潮Inspur, MemBlaze, 大普Dputech，YMTC等知名公司的首選產品，其Gen4/5協議分析儀無論抓取多大數據（例如144GB），解碼時間為1秒鐘，即，在1秒鐘左右可以實現所有的PCIe協議層（DLLP/TLP）以及NVMe層的全部解碼，同時其專利技術的信號處理方式以及無需抓取boot trace即可實現解碼分析等功能使得用戶可以實現之前老的協議分析儀產品無法達到的功能。

關于PCIe Ge 4/5協議分析儀，可以查詢SSDfans之前的文章“2020-09-13 沒想到PCIe Ge 4協議分析儀原來功能這么強大！”、“2020-09-19 SerialTek PCIe Ge 4協議分析儀開箱以及安裝使用演示”。Apple公司在2013年謠傳的iPhone手機內部使用NVMe SSD，以及現在NVMe SSD逐漸擴展應用到汽車電子、航空/航天領域，所以這部分內部本文檔不會單獨介紹，需要的朋友可以聯系我們，我們將提供“PCIe Gen 4 NVMe SSD測試環境搭建和常用工具圖解_ver3.1”詳盡文檔供，以及各種實拍實驗室視頻供參考，涉及PCIe Gen 4協議分析，性能/功能/協議兼容性/IOT測試，熱插拔自動化測試，掉電測試，高低溫測試，以及如何構建PCIe Gen 4 NVMe SSD測試環境，從Gen 4主板選型開始，涉及PCIe Gen 4 NVMe SSD三類接口（M.2, U.2, AIC）的端口擴展，各種常用的主機卡，轉接卡，盤柜，延長線的選擇等，以及考慮到測試便利性使用的主板托架和實驗室批量測試機架等解決方案。

Ellisy USB 3.0, 3.1協議分析儀是USB IF官方組織指定的CTS供應商，包括link layer以及PD（power delivery）兼容性測試，Ellisys分析儀提供analyzer, exerciser和CTS測試套件。

該分析儀也應用于Wireless USB以及WiMediaUWB相關其它協議。下圖是Ellisys公司的USB 3.0/3.1協議分析儀圖片以及WiMediaUWB相關邏輯框架圖和針對WiMedia的解碼圖。

Ellisys USB協議分析儀支持如下的USB Class類：

·Audio

·Video

·Hub

·Human Interface Device

·WUSB Wire Adapter

·Mass Storage

·Communication

·Wireless Mobile Communication

·Still Image

·Printer

·Bluetooth HCI

·Smart Card

·Test & Measurement

·Media Transfer Protocol

下面是Ellisys USB 3.0、3.1協議分析儀的一些主要功能簡述。

Supported Protocols

Power Delivery 2.0 (FSK and Baseband)

USB 1.0 / USB 1.1 (1.5 and 12 Mbps)

USB 2.0 (1.5, 12 Mbps and 480 Mbps)

USB 3.0 (5 Gbps)

USB 3.1 (10 Gbps)

The availability of the protocols depends on the edition

Supported modes

Analyzer: non-intrusive protocol analyzer

Generator: traffic generator for emulating host, device, sink, source

Examiner: compliance tester

The availability of the modes depends on the options

Analyzer Capabilities

Concurrent capture of USB 2.0, USB 3.x,

Power Delivery, Vbus and logic signals

Multiple-unit synchronizatio capability

Automatic terminatio detection

Pre-capture traffic filtering

Generator Capabilities

Emulate USB host or device

Emulate PD sink or source

Precise and reproducible timings

Ability to emulate low-level issues as well as high-level behaviors

USB 1.x / 2.0 Capabilities

Support of Low, Full and High-speed

Automatic speed detection

Precise tracking of line states

Non-intrusive probing

Timing resolution of 16.7 ns

USB 3.x Capabilities

Support of 5 Gbps and 10 Gbps

Automatic speed detection

Automatic termination detection

Non-intrusive signal reshaping

Flexible front-end with adaptive equalization and configurable emphasis and swing

Timing resolution of 400 ps

USB Power Delivery Capabilities

Non-intrusive probing

Support of FSK and Baseband PHY

Support of Type-C CC via custom cable

Measurement of FSK carrier frequency, amplitude and bit rate

Configurable FSK amplitude generator mode

Vbus Capabilities

Measurement of Vbus from 0 to 25V

Measurement of Ibus from -5 to +5A

Generatio of Vbus from 4 to 20V

下面是兩種典型應用的測試拓撲，左邊是作為協議分析儀，右邊是作為USB Host仿真。

下面是協議解碼截圖。

8.2 自動化測試工具 – 線纜插拔，自動化切換

8.2.1 USB線纜插拔自動化測試

在測試手機，電視或者其它消費電子設備上面的USB端口的時候，經常需要對于連接了USB線纜的鏈路作插拔測試，如果采用人工插拔，效率低下不說，還容易出錯，問題也不容易復現，同時也不可能進行多達上萬次這樣的測試，這個時候需要使用英國Quarch公司的USB Call Pull線纜插拔模塊進行自動化測試，產品圖片如下，提供type-c 和標準USB A/B口。

測試的時候該USB Cable Pull模塊將串接在USB cable中間，通過在控制電腦端使用Test Monkey圖形化軟件或者Python腳本實現自動化測試，可以提供如下這些測試功能。

該USB Cable Pull模塊可以模擬如下的USB測試功能或者故障：

§模擬USB線纜的熱插拔

§模擬USB線纜熱插拔過程中導致的pin bounce接觸不好的情況

§模擬USB線纜某些針腳斷掉

§模擬USB線纜某些針腳長通

§模擬USB線纜某些針腳上面有信號毛刺

§物理毛刺的多少？注入一次毛刺，還是一直有毛刺？間隔時間多長？

§毛刺的高低，疏密，持續的時間長短

§模擬USB線纜某個Lane中的某些差分信號有毛刺，或者某個Lane不通

§模擬非常快速的USB線纜通/斷測試

下圖是Windows下面的圖形化軟件Test Monkey的主控制界面。可以在上面非常方便的實現針對USB Cable的快速插拔自動化測試，也可以注入信號毛刺等。

下圖是針對USB線纜的任意針腳可以作通斷，或者導入信號毛刺測試，該毛刺設置可以在USB鏈路層導入bit error或者CRC error模擬USB連接在信號不好情況下對于傳輸性能、或者功能的影響。

下圖是針對USB call插拔過程中針腳接通順序的設置，同時也可以設置某一組針腳接通的瞬間是否會出現“抖針”這種現象，即模擬插拔瞬間某些針腳接觸不穩定的情況。

8.2.2 USB測試自動化切換測試

在各種使用USB接口的產品，例如手機測試過程中，有的時候需要針對不同的USB device作測試，但是由于只有一個USB口，怎么辦呢？這個時候會用到USB自動化切換設備（或者稱為物理層交換機 – Physical Layer Switch），參見下圖，即中間的USB口連接手機端，左右總計8個USB口連接USB外設，這樣通過腳本控制可以實現手機在任何時候可以自動切換到某一個外設進行測試。一般在實驗室測試情況下必須使用這種設備而不是USB HUB，因為USB HUB會導致收件可以看到所有的外設，對于測試無法實現隔離。但是使用USB切換設備的時候某個時刻手機只是物理上連接到某個USB外設，完全物理隔離，和使用一個USB cable連接是同一個效果。如果8個端口不夠也可以二次級聯。

下圖是Test Monkey的一個主控界面，可以很方便實現USB Host (A口)切換到任意一個USB外設。切換的時候還可以設置一個延遲時間。

如果需要對于切換的鏈路的信號質量做一些調整，可以在下面的界面進行配置。

英國Quarch公司的所有測試工具全部支持完善的Python腳本開發，以上面USB切換設備為例，參見下面的腳本例程。

（九）Bluetooth藍牙總線

Ellisy公司的藍牙協議分析儀是業內最知名的藍牙問題診斷工具，可以分析下面相關應用。

§Bluetooth Classic (2x, BR / EDR2 / EDR3, all 79 channels concurrently)

§Bluetooth Low Energy (2x, 125k / 500k / 1M / 2M, all 40 channels concurrently)

§Wi-Fi IEEE 802.11a/b/g/n/ac (3x3, 20 / 40 / 80 MHz) [ENT]

§WPA IEEE 802.15.4 (all 16 2.4GHz channels concurrently) [ENT]

§2.4 GHz Spectrum Energy [PRO]

§USB HCI (1 port), UART HCI (2 ports) and SPI HCI (2 ports) [PRO]

§Generic UART, SPI, I2C and SWD [PRO]

§Logic signals [PRO]

§Audio I2S [PRO]

§Wireless Coexistence Interface 2 (WCI-2) [PRO]

下面是藍牙協議分析儀主機的圖片，以及連接測試拓撲。

下面是協議分析解碼截圖。

另外，IEEE 802.15.4提供了針對高層協議規范例如Thread, Zigbee, 6LoWPAN以及RF4CE的底層支持，該Low-Rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN) 技術已經被應用于手機，模組，SoC等使用藍牙或者WIFI的場景中，Ellisys藍牙協議分析儀可以捕獲16個2.4GHz WPAN通道，包含相關的RF視頻特征，參見下圖截圖。

（十）WIFI無線

Ellisys公司的基于硬件加速的WIFI協議分析儀可以實現packet-loss的抓包分析，參見下圖的解碼分析截圖。

（十一）Display Port總線接口

11.1Display Port協議分析儀

Ellisys公司的Type-C Tracker analyzer在2019年9月宣布支持USB4.0（40G）以及Display Port 2.0測試。

Type-C Tracker analyzer for Type-C, PD, DP, TB, USB4

USB-IF通過USB4將帶寬提高一倍

USB4規范是2019年9月初由USBIF論壇（www.usb.org）發布的。USB4使用兩通道方法將帶寬從以前的USB標準提高了一倍，達到40Gbps。USB4基于Intel的Thunderbolt規范，該規范是USB Promoter Group的貢獻。USB4將僅使用Type-C連接器。Ellisys公司對于Type-CTracker支持USB 4的支持將完美支持Type-C連接器上的USB Power Delivery的alternate mode協議和sideband控制信令。

“USB Type-C互連標準帶來了各種高速通信技術，復雜的供電方法以及各種sideband控制協議的融合，盡管這種靈活性為最終用戶帶來了特別的便利，但它給應用帶來了巨大的挑戰，包括產品設計和測試。” ASTC首席技術官Rod Whitby說道，ASTC是USB Power Delivery規范以及TurkeyUSB-C和PD應用體系結構和交付方面的全球領導者。“Ellisys的Type-CTracker分析工具通過其多協議捕獲功能和同步的electrical層面的分析功能，為我們的團隊提供了更多的選擇，由于它將許多工具整合到一個非常緊湊的產品中，它也使得我們寶貴的臺式工作空間變得更加整潔。”

11.2 DP測試自動化切換測試

和USB 3.0切換設備設備一樣，Display Port也有類似的切換設備，用于在1個upstream和8個downstream之間進行切換，對于測試一些DP host端需要配合各種外設端的功能測試比較有幫助。參見下圖的產品圖片，以及Test Monkey關機界面上切換控制，以及信號設置的界面。

12. 100Base-T1總線分析儀

100Base-T1是IEEE前幾年一個新的規范和標準，主要應用于汽車內部總線。下圖是一張汽車系統內部各個主要組件的連接圖。Saniffer提供當前汽車電子使用所有總線協議分析工具，包括：

·CAN/CAN-FD（Fast Data）

·LIN

·FlexRay

·100Base-T1

·TTE – Time Triggered Ethernet

·TSN – Time Sensitive Network

·USB

·eMMC /UFS

·SATA

·PCIe/NVMe

傳統上汽車上面有超過75+以上的ECU是通過傳統的CAN/LIN/FlexRay總線互聯，參見下圖。

下面是各種ECU通常采用哪些總線技術進行通訊。我們可以看到一些需要高速互聯的場景采用Ethernet互聯。

下面是未來汽車總線互聯的架構和應用的相關總線技術。

在2020年9/14-16,上海世博展覽中心舉行的Automotive Testing Expo上面，我們看到汽車電子總線除了傳統的CAN, CAN-FD，LIN, FlexRay技術之外，隨著現在新能源車企的壯大，新的技術也越來越多的用到新的車型，目前非常熱的一個技術是100Base-T1，使用傳統100M以太網（當然也可以使用千兆以太網）傳輸一些原本ECU之間需要大數據傳輸的場景（CAN總線默認是1Mbps），有些特殊車型采用TTE時間觸發以太網。另外，汽車后備箱數據中心使用的TSN技術是基于千兆以太網，汽車信息娛樂導航系統則從傳統的eMMC或者SATA SSD存儲轉移到UFS和NVMe SSD存儲。

下圖是100base-T1協議棧和ISO 7層模型的對應關系。

下面是Prodigy公司的100base-T1協議分析儀產品圖片，連接方式以及協議解碼截圖。

13. UFS 3.0等總線測試相關輔助工具

UFS 3.0等測試過程中經常需要用到如下的一些負責工具或者夾具，Saniffer公司提供相應的產品或者定制服務。

13.1 UFS 3.0, LPDDR4X interposer

如果需要將UFS, LPDDR4X上面的信號引出來接入協議分析儀或者邏輯分析儀進行分析，那么需要購買或者定制相應的interposer，由于將信號引出必須埋阻，所以國內的生產工藝次品率較高，一般需要國外專業的工廠進行加工。

下面是一些長見的LPDDR4Xinterposer類型。

13.2 UFS 3.0socket

下圖是UFSsocket以及如何連接。

除了類似于上面的帶蓋板的UFS 3.0device socket之外，在研發、測試階段有的時候需要將UFS 3.0 device從socket里面取出來進行firmware升級或者替換試驗，這個時候就需要用到一種特別的socket，即(nearly) zero footprint socket。

使用上述socket的時候，需要先將原來的UFSdevice取下，將基板清理植球清理干凈，然后安裝好該socket，然后將UFS 3.0device放入該socket即可。取下來的時候只要稍微用指甲翹一下即可取出更換，對于開發/測試非常方便。

13.3 UFS 3.0 HAST測試母板

HAST (Highly Accelerated Stress Test)

HAST是加速老化測試，例如：在較高溫度（例如115度）下面進行1000小時測試。下面是簡單的關于HAST的簡介。

A typical THBtesttime would be1000 hours.HASTuses increasedtesttemperatures of 110 to 130 ?C which decreases thetesttime to as low as 96hourscompared to a THBtest. ...HASTutilizes a positive pressure inside thetestchamber along with temperatures above 100 ?C and controlled humidity。

Saniffer可以結合用戶的需求定制開發各種HAST測試母板。

原文標題：移動終端/消費類電子/汽車電子等相關總線的協議分析和測試工具概述

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責任編輯：haq