逻辑分析仪一从入门到精通讲座（６）

1　引言

谈到触发功能，相信工程师们都已经很熟悉了，因为当前的多数测量仪器中，都拥有此功能，如示波器、逻辑分析仪等。触发功能的强弱，往往体现了仪器的价值；强大的触发功能及触发应用技巧可以减少工程师的调试时间，进而缩短产品的开发时间。逻辑分析仪凭借着其灵活多样的触发设置，在数字逻辑电路方面的分析能力，可谓是得天独厚。而数据队列触发功能，又是逻辑分析仪一大特色和显著优势，非示波器等传统测量仪器所能比拟。

首先，我们要先了解什么叫数据队列?它可以看成是一连串数据按照时钟节拍顺序依次传输的过程(如图1所示)。数据队列触发功能在调试与研制复杂数字系统中，做为一个强有力的调试手段，在工控、通讯等复杂数据传输的测试应用领域得到广泛应用。

2　队列触发在嵌入式数字系统中的应用

逻辑分析仪队列触发的应用，可以从数字通信、工业自动化系统两大领域进行逐一概述。

(1)数字通信系统应用领域

数字通信系统领域，逻辑分析仪的队列触发功能应用得最为广泛。按照数字信号码元排列方法不同，数字通信方式可分为串行传输和并行传输。以下将分别介绍逻辑分析仪队列触发在并行与串行数字通信系统中的应用。

①队列触发在并行通信中的应用

随着电子技术的发展，数据通信的速率越来越高，对于逻辑分析仪的队列触发功能的要求也就越高，只有能够满足高速的触发功能，才能充分体现仪器的价值。譬如广州致远电子有限公司的LAB6000系列逻辑分析仪，其队列触发功能可以对多级的500MHz的队列进行触发。下面以8051处理器通过总线与片外RAM交换数据的过程，介绍逻辑分析仪队列触发在并行通信中的应用。

如图2所示，是8051处理器访问片外RAM的读写时序示例图。访问地址依次是FFOA、FFOB、FFlc和FFBB(十六进制)。对这一连串地址进行访问操作，代表着处理器的一种控制功能，这跟编写的程序相关，由用户来决定。调试程序的时候只要把相应的访问地址队列设置成触发队列，就可以通过逻辑分析仪截获程序运行此指令的同步时序，进而观察8051各个控制端口的同步变化。

②队列触发在串行通信中的应用

逻辑分析仪对UART、SPI、12C等串行协议的分析解码，在通信应用领域中，占据重要地位。串行协议插件触发，是逻辑分析仪的一个技术难点，它不像并行通信数据那样可以直接读取总线数据，而需要先把一连串串行脉冲根据相应协议提取出有用数据后，再判断是否符合触发条件。因此，高速串行协议数据的队列触发对于仪器来说是一个难以逾越的鸿沟，就拿SPI协议插件触发来说，业界很多逻辑分析仪都不能达到100MHz的触发速度。

串行通信的数据传送速率要比并行通信快得多，例如高速SPI串行Flash器件，其传输速率可以高达200Mbps。这就意味着串行协议插件的队列触发速度要提升得更高，才能满足高速串行通信电子领域的需求。

高速率的串行通信设备，一般兼容低速模式，数据的通讯往往是先用低速模式进行握手，之后再切换到高速模式，如图3所示为一高低速模式切换的通信时序示意图。逻辑分析仪测量捕捉这种可变速率的数据流，一直以来，都是个相当棘手的问题。

·难点一：在逻辑分析仪存储深度有限的情况下，一般来说，要采集大量的低频数据，得先把采样频率降低，但这样就导致高速的数据采集不到而丢失；如果把采样频率提高了，则会导致所能采集数据量大大减少。

·难点二：假设低频率的数据量比高频率的数据量大得多，也就是说高频数据出现的概率很少，如果没有高速的队列触发功能，高频的数据的捕捉十分困难。

广州致远电子有限公司经过多年的努力和实践验证，改善算法，终于在LAB6000系列逻辑分析仪上跨过串行协议插件100MHz的技术门槛。对于SPI协议，能实现时钟高达200MHz的触发。使用高速队列触发功能和独有的Timing—State技术相结合，能够保持采样频率以最高的速度进行采样(LAB6052最高采样频率是500MHz)，不但可以准确捕捉高速数据流，还同时可以保持最大的记录时间，可谓是“鱼与熊掌两者兼得”。

如图4所示，是LAB6052测量FPGA与100MHz高速SPI Flash通信过程的时序，下面以此为例，介绍如何通过逻辑分析仪队列触发功能，解决大量的多速率串行通信数据流分析的问题。

FPGAXtSPI Flash操作时钟不是恒定的，写入与擦除的时候速度比较慢，传输时钟频率介于500KHz到IMHz左右，而读取数据时速度则快得多，在快读模式下达到100MHz。快读操作的时间非常短，调试时问题往往出现在高速通讯模式下，即要捕捉这段短暂的高速数据流的时候。图4中的放大显示部分就是SPI Flas通信的快读模式，可以看到，低频数据段与高速数据段分隔十分明显。图中着重标记“0x00000102"是Flash向FPGA反馈的应答信号，它是100MHz高速数据流。逻辑分析仪采集数据时只要dox00000102作为触发条件即可。

逻辑分析仪强大的触发和插件分析功能，尽管已经大大减轻了用户工作量，但随着电子测量技术的发展，测量仪器领域对逻辑分析仪的队列触发功能，提出一个新的要求与挑战一一实现协议数据帧的队列触发。所谓协议数据帧，就是经过插件解码后的数据组合成一个触发数据队列。如图S所示，是I²C的解码图，解出来的数据包依次是0xF0，0x00，0x01，0x02，0x03，……把这些数据组合在一起，就成了数据帧。在不久的将来，类似的高级队列触发将会出现。

(2)工业自动化领域的应用

在工业自动化领域的混合信号传输系统中，涉及到很多数据队列检测的问题，通过使用逻辑分析仪的触发功能捕捉变化数据流，有时候会给调试带来不少的便利。

如图6所示，是用于控制工厂生产流水线系统的混合信号，通常由DAC直接产生。一般来说，正弦波是平稳工作时输出信号，时间相对会比较长，从数分钟到半小时左右不等，方波常用于白检测硬件。锯齿波常用作电机速度调节的信号，如图6所示的信号变化时间，是工业中比较典型的值。生产线出现不稳定时，最容易出现问题的地方，往往就用锯齿波对电机速度进行变换的那一瞬间，所以捕捉到信号向锯齿波切换的那一段波形进行分析，将是解决问题的关键所在。

如果只是使用示波器，不难想象，是无法设置锯齿波区别于正弦波的触发条件。那么如何定位锯齿波信号呢?我们可以换个角度去思考，虽然不能通过模拟波形信号的方式设置触发条件，但是可以从产生模拟信号的DAC数据端入手，正弦波与锯齿波的DAC前端数据流有着明显区别。而对于检测维修系统的工程师来说，系统的运行时序和DAC输出数据流变化，都会了解得比较清楚。这样工程师就可以通过逻辑分析仪的队列触发功能，找出锯齿波的位置。可参考如下操作方法步骤：

①生产流水线系统电路控制主板的DAC数据端引出，接到逻辑分析仪的探头；

②用户根据自己产生的锯齿波数据流的特征设置触发条件，如“254-255-O-1-2”或其它条件作为的队列触发的条件；

③运行逻辑分析仪，等待触发；

④触发采集完成，观察数据。

如图7所示，是逻辑分析仪通过队列触发方式采样生产流水线系统控制信号的模型图，图中，D/A表示采集回来的队列数据。通过逻辑分析仪独有的A/D插件分析功能，可以把数据还原以模拟波形的方式显示。由逻辑分析仪采样回来的结果可知，在正弦波与锯齿波转换的瞬间，信号产生了短暂的振荡。

3　结束语

通过上面的了解，相信您对逻辑分析仪队列触发功能与应用已经了然于胸。不过，队列触发也只是逻辑分析仪强大功能的冰山一角。逻辑分析仪作为数据域测试仪器中最有用、最有代表性的一种仪器，性能与功能日益完善。随着数字集成电路迅猛发展，熟悉逻辑分析仪的使用技巧，就像熟悉示波器和信号发生器等通用仪器一样，是电子工程师不可或缺的工作技能。

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