마마이이크크로로컨컨트트롤롤러러기기반반형형설설계계의의가가지지디디버버깅깅힌힌트트

88비비트트혹혹은은1166비비트트시시스스템템의의성성공공적적인인설설계계를를위위한한

2

힌힌트트11:: 포포착착이이어어려려운운글글리리치치추추적적문문제제

피크검출및딥메모리기능을활용하여

Motorola 68HC11K1을기반으로하는

디지털무전기의까다로운글리치를포착할수

있습니다.

힌힌트트22:: 아아날날로로그그--디디지지털털컨컨버버터터의의특특성성분분석석

경제적인가격대의오실로스코프, 임의파형

발생기, PC 기반형로직분석기를활용해

아날로그-디지털변환의문제를테스트합니다.

힌힌트트33:: 모모터터제제어어기기의의PPWWMM 데데드드타타임임검검증증

아날로그와디지털혼합채널을사용하여

Infineon C504를사용하는시스템의신호

타이밍이적절한지를검증합니다.

힌힌트트44:: II22CC 버버스스아아비비트트레레이이션션검검증증

Microchip PIC18CXXX마이크로컨트롤러의

I2C루틴을구현합니다.

힌힌트트55:: MMCCUU 디디버버깅깅을을위위한한

조조건건별별작작동동((wwhhaatt--iiff)) 테테스스트트

임의파형발생기를활용해PICmicro 16C84를사

용하는시스템이실제환경의신호에어떻게

반응하는지를예측할수있습니다.

힌힌트트66:: 하하드드웨웨어어//소소프프트트웨웨어어통통합합성성문문제제해해결결

NOHAU 8031 에뮬레이터와혼합신호오실로스

코프를사용하여하드웨어/소프트웨어간의통합

작업을어렵게하는이상현상들을추적해냅니다.

힌힌트트77:: CCAANN 제제어어기기내내에에서서소소프프트트웨웨어어와와

아아날날로로그그출출력력간간의의상상관관관관계계규규명명

아날로그와디지털측정의조합을이용하여

Philips 80C51을사용하는CAN(controller

area network) 시스템의구동프로그램코드를

디버깅합니다.

힌힌트트88:: MMCCUU를를사사용용하하는는CCCCDD 카카메메라라

제제어어기기의의디디버버깅깅

TV 트리거링, 아날로그스코프측정기술및

디지털타이밍측정기술을Philips 80C552

기반형카메라제어시스템에사용합니다.

MMCCUU 기기반반형형설설계계의의디디버버깅깅문문제제

오늘날에는마이크로컨트롤러를사용하지않는

전자제품이나기전시스템을설계하기란거의

불가능합니다. 이러한설계작업에는여러가지

흥미로운난제들이즐비하지만MCU(Microcon-

troller Unit)기반설계를위한디버깅툴은

그러한문제들을모두해결하기엔역부족이었습니다.

예를들어, 8비트혹은16비트MCU를사용하고

있다면일반적인범용도구(스코프)들과마이크로

프로세서를겨냥하여개발된전문적인장비

(로직분석기혹은에뮬레이터)들사이에서갈등을

느끼실것입니다. 뿐만아니라아날로그와디지털

신호가혼합되어있어, 스코프나로직분석기

하나만으로는반쪽의솔루션밖에는제공받으실수

없습니다.

더구나설계자들이이러한장비의전문가가

될만큼여유있는상황이아닙니다. 설계자는

아날로그하드웨어,디지털하드웨어,펌웨어등에

대해정통해야하고때로는세종류의기술모두를

알아야만합니다. 이와 더불어오늘날의시장

환경은보다치열해지고있고대상고객의층은

얇아지고있으며,고객들은MCU 기반형제품들에

대해서보다높은성능과더많은기능들을

요구하고있습니다. 현재설계자들의작업량은

엄청나서쉴틈조차없습니다.

이이제제애애질질런런트트가가도도와와드드리리겠겠습습니니다다

테스트와계측기분야의세계적인선두기업인

애질런트는이러한MCU 개발업무의어려움에

시달리고있는고객들을지원하기위하여끊임없이

노력해왔습니다.이러한노력의결실로본카탈로그

에서는개발자들을지원할수있는다양한방법들을

소개해드릴수있게되었습니다.

본자료에서소개되는방법들은다양한형태의

MCU 취급개발자들이제시하는힌트들로서다른

엔지니어들도지금당장활용할수있는디버깅

관련힌트들입니다. 여러분들은본자료를통하여

다른엔지니어들은최근에개발된MCU 디버깅

툴들을어떻게활용하여신제품의개발시간을

단축하고있는지알수있을것입니다.

Intel은 Intel Corporation의U.S. 상표입니다.

여러분이경험한MCU 개발에관련된

디버깅케이스를전세계동종업계의

엔지니어들과공유하지않으시겠습니까?

본자료에서소개하는것과유사한형태의

디버깅관련경험을알려주십시오. 여러분의

경험사례가앞으로발간되는응용사례집에

채택되어실릴경우, 감사의선물로애질런트

테스트장비(1,000달러상당)를드립니다. 관

심있으신분은E-mail을보내주시기

바랍니다. 많은성원부탁드립니다.

E-Mail : ddeeaarr--ssccooppiiee@@aaggiilleenntt..ccoomm

88가가지지디디버버깅깅힌힌트트

애애질질런런트트의의테테스스트트장장비비를를무무료료로로받받으으십십시시오오!!

3

간헐적으로발생되는예측불허형이벤트들은

트러블슈팅중에서도가장까다로운문제라고

할수있습니다. 저는최근에저전력데이터애퀴지션

장비를개발하면서이러한문제와씨름한적이

있습니다. 이시스템은무선계측시스템으로서

여러개의원격센서유닛과분산스펙트럼무선

트랜시버가사용되고있었습니다.(그림1 참조)

수집된데이터는컴퓨터에연결된네트워크

제어장치에서불러내활용할수있도록되어

있었습니다.

이시스템에는저전력클럭칩에인터럽트핀이

있어서매60초마다전원기동이벤트를트리거하는

구조입니다. 이벤트사이에는클럭과지원로직

부분만이전류를사용합니다(대략50㎂정도).

클럭으로부터트리거신호가오면Motorola

68HC11K1 마이크로컨트롤러는작동을시작하여

온도데이터를수집하며, 트랜시버의동작을

관리하게됩니다. 트랜시버로부터데이터

리퀘스트신호가오면MCU는온도데이터를

송신해줍니다.

문제의글리치는이와같이시스템이동작하지않는

것으로설계된60초구간도중에발생하였습니다.

이와같은비정상적인현상을찾아내어분석하기

위해딥메모리(1Mbyte) 형의피크검출기능을

갖춘디지털오실로스코프를사용하였습니다.

그러나글리치는극단적으로나타나는간헐적인

현상이었기때문에처음에는스코프의타임베이스

를10sec/div로두어60초구간모두를한화면에

나타나도록하였습니다. 이와같은타임베이스

설정상태에서는피크검출기능이없으면대부분의

폭이좁은이벤트검출은불가능했을것입니다.

그러나그림2에서보는것처럼제가구성한

시스템의화면에서는글리치를손쉽게포착하고

관찰할수있었습니다. 피크검출기능으로알수

있었던것은클럭트리거이벤트가있은후

대략15초시점에서무언가비정상적인현상이

일어난다는것이었습니다.

설계시스템에서무엇인가비정상적인현상이

일어나고있다는것을확인한후에는, 스코프의

딥메모리기능을이용해글리치를확대해서

상세하게분석할수있었습니다.

그그림림11 : 무선계측시스템의개략도. 스코프의아날로그입력중하나는MCU의전원기동신호를모니터하며, 다른하나의입력은트랜시버(transciever)로공급되는반송파검출신호를모니터합니다.

그그림림22 : 초기에10 s/div의타임베이스로피크를검출해내는모양

그그림림33 : 글리치가파악되고난후좀더빠른타임베이스로줌인하여상세히검토하는모양

Oscilloscope

MotorolaMC68HC11K1

MCU

Spreadspectrum

transceiver

ADC

Clock

Temperaturesensors

포포착착이이까까다다로로운운글글리리치치추추적적문문제제Steven Schram, Invocon. Inc..

스코프의1 Mbyte 애퀴지션메모리를통해

10 s/div의초기포착파형을10 ms/div로

확대함으로써(그림3 참조) 파형의세부사항을

충분하게관찰할수있었습니다.

4

전자산업부문의디지털기술혁신으로아날로그-

디지털변환기(ADC)의사용이점차일반화되고

있습니다. ADC는독립형부품으로사용되거나

특수한I/O 주변장치로서마이크로컨트롤러내에

통합될수있습니다. 각사용자의MCU 기반

어플리케이션의아날로그입력정확도요구에따라,

시제품의생산개시에앞서특정한ADC 사양에

대해서는검증이요구될수있습니다. 이힌트에서는

저렴한가격대의오실로스코프, 임의파형발생기,

PC 기반형로직분석기를활용해아날로그-디지털

변환의문제를테스트하는방법을소개하겠습니다.

(그림1에제시된테스트셋업참조).

특히ADC의디지털코드누락과관련되어있는

특징적인비선형성에러에중점을두어설명을

진행할것입니다.

테테스스트트신신호호발발생생

일반적으로,아날로그-디지털변환기분석에

사용되는테스트신호는전압램프파입니다.

램프파의전압범위는컨버터에인가되는

아날로그입력범위입니다. 8비트ADC의

문제를테스트한이보기에서는작동범위가

0~5 V입니다. ADC 컨버터가연속적인

아날로그전압값을이산적인디지털코드

수치로변환하기때문에,변환(양자화)에러가

발생할것입니다.

이경우에는,256가지의가능한디지털출력

값이각각19.5 mV의아날로그입력의전압

범위를대표하게됩니다.

이보기에서는누락된디지털출력코드를

테스트합니다.ADC가주어진아날로그입력

값에정확한코드를출력할수있도록하기

위해우리는ADC가각디지털코드를최소한

4번출력될수있도록전압램프파를저속으로

발생시켰습니다. 입력전압변경은매4샘플

클럭당약19.5 mV입니다. 샘플클럭이

2kHz였기때문에4샘플주기는2 ms입니다.

전체5V 작동범위에걸쳐이러한전압변경을

적용하면램프파는1.95 Hz가됩니다.

또한,ADC입력에대한테스트신호노이즈도

고려할필요가있습니다.

50 mV의노이즈를가지는입력신호는ADC가

정확하게동작한다고하더라도ADC 출력코드를

누락시킬수있습니다. 그림2는Agilent 54622A

디지털오실로스코프를사용한측정치를나타낸

것입니다. 테스트신호는Agilent 33120A 펑션/

임의파형발생기를통해발생되었습니다.

펼쳐진신호구간을세밀하게살펴보면약10mV의

노이즈가있음을알수있습니다. ADC 코드의

누락을초래할만큼노이즈가크면복수의램프파를

적용할수있습니다. 노이즈가완전하게불규칙적

이면궁극적으로모든누락된코드들이관찰가능할

것입니다.

AADDCC 디디지지털털출출력력의의포포착착

대부분의로직분석기에는‘동기/상태분석’과

‘비동기/타이밍분석’이라는두가지동작모드가

있습니다. 비동기샘플링모드는타이밍파형을

발생하는것으로오실로스코프와매우유사합니다.

동기샘플링모드는대부분로직분석기에서수집된

데이터의상태리스팅을생성합니다. ADC의출력

코드를테스트하는데있어서는동기/상태모드가

선호되는샘플링방식입니다. 이동작모드에서,

분석기는테스트중인시스템에서공급하는클럭

에지에서디지털버스값을샘플링합니다.

이예의경우, 분석기의샘플클럭은ADC 샘플

클럭입니다.이러한데이터수집방법은비동기/

타이밍분석모드에비해데이터가안정적이고유효

할때에만샘플링한다는장점을가집니다.

동기/상태분석에서로직분석기가정확하게샘플링

하기위해서는데이터가안정적이어야합니다.

이러한안정화시간은로직분석기의셋업/홀드

윈도우로지칭됩니다. 샘플클럭의상승구간은

이전아날로그입력으로부터데이터를포착할수

있도록해줍니다. 보통ADC 데이터사양서에는

데이터출력에대해샘플클럭을기준으로한데이터

셋업및홀드요건이명시되어있습니다. 측정에

문제가없도록하려면ADC 셋업/홀드사양은

반드시로직분석기의셋업/홀드요건을초과해야

합니다.

Agilent 54622AOscilloscope

Agilent 33120AArb Generator

8-BitMCU

8

88-Bit ADC

Agilent LogicWaveLogic Analyzer

PPCC 기기반반형형로로직직분분석석기기를를이이용용한한아아날날로로그그--디디지지털털컨컨버버터터의의특특성성분분석석Steve Warntjes, Agilent Technologies

그그림림11 : ADC 테스트셋업

그그림림22 : 애질런트33120A로발생시킨ADC 테스트신호를오실로스코프로측정

5

그림3은로직분석기의ADC출력디스플레이(상태리스팅)

를나타낸것입니다. 기본창에는로직분석기가ADC의

첫번째00H 출력에서트리거링한것을볼수있습니다.

ADC 출력레벨이00H 값에서부터계수된다는점을

주목하십시오.또한,맨오른쪽줄에표시된절대시간도

눈여겨봐야합니다. 마커X와O사이의시간은ADC

출력값이2였을때수집된4개샘플을나타냅니다.

누락된ADC 코드를찾을때에는로직분석기의트리거

기능이매우유용합니다. 로직분석기를43H 같은특수한

ADC 코드에대해트리거하도록설정합니다. 로직분석기

에트리거가전혀없으면, 그ADC 출력은발생하지않았

다고확신할수있습니다. 연속적인입력램프파들에

특수한로직분석기트리거조건을적용함으로써, ADC

입력에대한노이즈가위의설명처럼ADC 스텝보다

크더라도누락된코드가있을경우이를신속하게검출할

수있습니다.

포포착착된된데데이이터터분분석석

일단데이터가포착되면, MicrosoftⓇ Excel 등의툴을

이용해간단하게처리할수있습니다.

애질런트LogicWave 로직분석기(그림3 참조) 내에서

포착된데이터를저장하고Excel 형식으로쉽게변환

시킬수있습니다. 포착된데이터를일단Excel 형식으로

변환한후에는이상적인전압램프파와대비시켜도표를

작성할수있습니다. 그림4는이상적인전압과ADC

출력을비교하는전압램프파부분을나타낸것입니다.

ADC 코드가일부누락되어특질적인비선형에러가

초래되고있음을알수있을것입니다. PC 소프트웨어를

이용하면오실로스코프파형도포착하여표시할수

있습니다. 램프파, 이상적인램프파, 오실로스코프로

측정한램프파, 로직분석기로측정한ADC 출력등을

비교관찰하는것또한ADC 변환을분석하는좋은방법이

될수있습니다.

Microsoft는MicrosoftⓇ Corporation의U.S. 등록상표입니다.

Oscilloscope

MotorolaMC68HC11K1

MCU

Spreadspectrum

transceiver

ADC

Clock

Temperaturesensors

그그림림33 : 애질런트LogicWave의ADC 출력코드동시포착화면

그그림림44 ::이상적인ADC 전압램프파와Excel에서도표화한ADC 출력을비교한모습

6

마이크로컨트롤러가데드타임을갖는형태로

PWM 출력신호를만들어내도록프로그램한후,

다음단계는파형의형태와타이밍을시험해보는

일입니다. 4채널스코프를사용하면기본적인

측정은가능하겠지만혼합신호스코프를사용할

수만있다면여러개의아날로그신호와디지털

신호를동시에관찰하고복잡한로직트리거를

설정해줄수있으므로훨씬나은방법이될것

입니다.

그림2는안전하게PWM 스위칭을하기위해

프로그램해넣은데드타임이충분한지확인하는

과정을나타낸것입니다. 이렇게줌인한화면을

보면데드타임이파워스위치MOSFET의아날로그

게이트소스전압에미치는영향이얼마나큰지를

확인할수있습니다. 스코프의커서는타이밍측정

과정을단순화시키고회로특성을정확하게분석

하는데도움을줍니다.

아날로그와디지털측정채널이결합되어있으므로

여섯개의PWM신호와위상전류모두를손쉽게

모니터할수도있습니다. 그림3은2상전류와

그에따른디지털PWM 패턴을보여주고있습니다.

시간조건으로설정된트리거모드는스코프의

디스플레이를잘정의된위상각기준의가변형

펄스폭에동기시키는데사용됩니다.

MCU를사용하여펄스폭변조신호(PWM)를

만들어내는것은정현파형전류를사용하는

AC 모터를제어하는방법으로많이사용되고

있습니다. 일반적으로8비트MCU를응용하는

방법은3상유도드라이브를오픈루프(open-loop)

형식으로가변속제어하는것입니다.

그러나MCU로직접유도모터를구동할수없으므

로우선은3상신호를증폭해야합니다. 아날

로그증폭기를사용하는것보다는,

MOSFET나 IGBT와같은파워스위치로

PWM 출력을디지털증폭하는것이

더효율적입니다. 그림1은3상인버터가

이러한기능을수행하고있음을보여줍니다.

인버터의각단계별하드웨어는두개의

파워스위치(상측과하측)가푸쉬-풀(push-

pull) 방식으로구성되어있습니다. 그러나

이런방식으로시스템을구성하다보면

스위치에대한제어신호가정확히보수

(complement)관계에있을경우에는심각한

문제를야기할수도있습니다. PWM 스위칭

도중양측의파워스위치는트랜지스터의

기동과정지잠복시간(latency)의차이로

인해순간적으로동시에통전될수있습니다.

이렇게되면고전류의합선현상이발생하여

인버터에손상이가해질수도있습니다. 따라서,

모터의제어용으로최적설계되어있는

Infineon C504(일종의8051 파생모델)나

C164(16비트아키텍처)와같은MCU를

사용해야합니다. 이모델들은모두소프트

웨어를사용하지않고하드웨어작업만으로도

PWM 출력의데드타임을프로그램해넣을수

있는기능이있습니다.데드타임이있으면

두개의스위치가동시에통전하는일은

없습니다.

모모터터제제어어기기의의PPWWMM 데데드드타타임임검검증증Technical staff, Infineon Technologies

Mixed signaloscilloscope

Three-phasemotor

Threephases

PWMsignals

Asynchronousserial link

Three-phaseinverter

InfineonC504MCU

Userinterface

(PC)

그그림림11 ::안전한PWM 신호를생성하여3상모터를제어하는

오픈루프시스템의구성도

그그림림22 ::상하위측PWM 출력신호간데드타임의검증

그그림림33 ::상하위측스위치에서의PWM 신호여섯개와위상전류의모니터링

그그림림33 : 마스터2에의한아비트레이션유실

그그림림22 : PIC18CXXX에서의I 2C아비트레이션

I2C™ 버스는복수의마이크로컨트롤러가하나의

통신채널을통해리소스들을공유할수있도록

해줍니다. I2C는동기식, 양방향성의다중장치

통신버스입니다. I2C의실제적인강점은두가닥의

선:데이터(SDA)와클럭(SCL)만있으면가능

하다는것입니다. 복수의장치들을연결할수있기

때문에연결이간편해집니다. 그러나,이러한장점이

있는반면버스상의통신의복잡성을가중시킨다는

단점도있습니다. 문제는두장치가동시에통신을

하려할때나타납니다.

I2C 프로토콜은마스터/슬레이브방식으로셋업

됩니다. 마스터가모든통신을초기화하고클럭

신호를제어합니다.일단한마스터가통신을시작

하면나머지모든마스터들은통신개시를유보

합니다.그러나,둘이상의마스터가동시에통신을

개시하려할때는문제가발생할수있습니다.

다행인것은I2C가프로토콜내에구축된자체

아비트레이션(arbitration)이라는방법을포함하고

있다는점입니다.

SCL과SDA 라인은모두오픈컬렉터wired-AND

방식으로구성되어있습니다. 이는‘0’을출력하는

디바이스가‘1’을출력하려하는다른모든디바이스

에우선하게됨을의미합니다. 버스상의마스터는

SCL및SDA라인들의실제상태를모니터하고,

출력이시도되고있는비트들과비교합니다.

만약불일치가발생하는경우, 그마스터는버스

상에다른마스터가있다는것을감지하여통신

시도를중지합니다.

내장형(embedded) 시스템을취급하는많은

엔지니어들은I2C 펌웨어설계에아비트레이션을

추가하기위해서고심해왔습니다. 모든경우를

반영한다는것은골칫거리일뿐더러펌웨어의

크기와복잡성을급속도로증가시키는요인이

되었습니다.Microchip은신제품PIC18CXXX

마이크로컨트롤러제품군을통해이러한부담을

줄일수있었는데,이는하드웨어SSP(synchronous

serial port)에서수행된I2C 버스를위한완전

마스터지원을포함하고있습니다.SSP를이용해

I2C통신을제어함으로써I2C 아비트레이션이라는

가장까다로운문제들을해결할수있습니다.

그림1은마스터모드아비트레이션이작동중인

전형적인시스템을보여줍니다. 여기서양마스터는

I2C 버스를공유하여EEPROM이나온도센서로

언제든지통신을시도할수있습니다. 아비트레이션

이없었다면데이터가유실되었을것입니다.

그러나, PIC18C452제어기는버스의충돌

(collision)이발생되었음을나타내는플래그를

제공해줍니다. 이비트를활용하기위한펌웨어

작성은비교적간단합니다. 비트가세트상태이면

다른마스터가버스제어권을가지게되며제어기는

모든I2C 동작을중지시킨상태가됩니다.

I2C 버스가자유로워지면시스템은다시통신을

시도할수있습니다. 그림2는이러한작업과정이

수반되는코드구간(fragment)을나타낸것입니다.

I2C 버스를경유해EEPROM과통신할때전송되는

첫째바이트는A0H입니다.이와비슷하게온도센서로

전송되는첫째바이트는90H입니다.한마스터가

EEPROM으로그리고다른마스터가온도센서로

동시에통신을시작하면EEPROM에명령하는

제어기는첫째바이트의3번째비트에대한아비

트레이션을유실하게됩니다.버스의wired-AND

설정으로인해제어기가아비트레이션을유실하게

되는것입니다. (3번째비트는EEPROM에대해

서는‘1’이고온도센서에대해서는‘0’입니다.)

애질런트의신제품54622D 혼합신호오실로스코프

(MSO)를사용하면그림2에제시된시스템의

아비트레이션과정을손쉽게검증해볼수있습니다.

오실로스코프의I2C 트리거기능을사용하여개시

조건을트리거함으로써I2C 통신의시작을포착할

수있습니다. 그림3은마스터1이온도센서와

통신을개시하고,마스터2가EEPROM에통신을

개시하는것을포착한내용입니다. 마스터2는

자신의BCLIF 비트가세트상태로될때마다I/O

핀을두번토글합니다.애질런트54622D MSO의

디지털채널D1이이러한I/O를표시합니다.

그림3에나타난것처럼마스터2는자신의BCLIF가

그그림림11: I 2C시스템

SCL SDA

Master 1*PIC18C452

EEPROM*24LC01B

SCL SDA

Master 2*PIC18C452

Temperature Sensor*DS1621

7

II22CC 버버스스아아비비트트레레이이션션검검증증David Brobst, Solutions Cubed

Collision_Monitorbtfss PIR2,BCLIF ;If collision, wait till overgoto Collision_Monitor_end

Collision_Waitbtfss SSPSTAT,P ;Bus is idle when a stop bit is

detectedgoto Collision_Waitbcf SSPSTAT,P ;No spurious future stop bit

detectionbcf PIR1,SSPIF ;Stop condition sets SSPIF so

clear

I2C 통신의3번째비트동안세트중임을표시하여

아비트레이션의유실은물론BCLIF 가더이상

I2C 버스상에있지않음을알려줍니다. 이때

마스터2는마스터1의통신이완료될때까지I2C

버스에대한접근을시도하지말고대기해야합니다.

I2C 버스는두개의I/O 라인만이사용되기때문에

내장형설계에사용할때매우유용한툴입니다.

Microchip의신제품PIC18CXXX마이크로컨트롤러

제품군을이용하면I2C 루틴구현에필요한펌웨어

작성작업에대해더이상위압감을느끼실필요가

없습니다.

I 2C는Philips Corporation의등록상표입니다.

8

설계자로서겪는가장큰문제점들중의하나는

복잡다단한실제세계의환경에서도실험실에서처럼

장치들이양호하게작동되는가입니다.

이러한문제는설계에서예측불가능한아날로그신호를

다루어야할경우에특히중요합니다.

디지털무전기의일종인디지털원격제어기

(그림1참조)는노이즈가있는환경에서나, 훼손된신호

상에서도작동합니다. 따라서수신기에내장된데이터수

신소프트웨어는수신강도신호표시기(RSSI)에나타

나는다양한신호조건들을처리할필요가있습니다. 그

러나, 실험실내의짧은거리에대해테스트하면결과가

너무양호하여, 보통랜덤비트에러만이나타납니다, 또

한발생하는에러역시거의반복성이없습니다.

우리는시간/전압쌍으로표시할수있는거의

모든파형을생성할수있는임의파형발생기에서해법

을찾았습니다. 첫번째단계는양호한디지털데이터패

킷을나타내주는깨끗하고검증된파형을디지타이징하는

작업입니다.우리는디지털-아날로그혼합신호를포착해야

하기에딥메모리,혼합신호

스코프(MSO)를사용하였지만사실이작업은

디지털스코프로도수행할수있습니다.

두번째단계는분석하고자하는에러상태들을

유도하기위해포착된파형을편집하는작업입

니다. Agilent BenchLink나LabVIEWⓇ

같은소프트웨어를사용하면스코프의데이

터를PC로보내

간단하게편집할수있습니다. 우리는

애질런트33120A 임의파형발생기를사용

했기때문에, BenchLinch Arb

패키지를사용하여편리하게편집

작업을할수있었습니다.

편집툴덕분에우리는실제환경의다양한조건

들을모방하여, 노이즈추가를통한노이즈전송

조건의시뮬레이션, 데이터비트제거를통한

비트에러시뮬레이션,신호진폭감소를통한경로

손실시뮬레이션등을수행할수있었습니다.

세번째단계는수정된파형을임의파형발생기로

다운로드하고이것을정상적인RSSI 신호대신

회로내에주입하는작업입니다. 이러한작업이

끝나면특정수신기별로에러의검출과정정여부를

확인할수있습니다. 또한, 비트에러가발생할때

까지소량의노이즈를손쉽게추가할수있기때문에

노이즈에대한각모델의감도를특성화할수도

있습니다. 나아가, 모든위치에서의에러검출이

가능하도록특정한비트또는비트세트를편집하는

일도임의파형발생기를통해해결할수있습니다.

Comparator

MicrochipPIC16C84

MCU

Receiversubsystem

Deep memoryoscilloscope

Arbgenerator

PCGPIB GPIB

RSSI

MMCCUU 디디버버깅깅을을위위한한조조건건별별작작동동((wwhhaatt--iiff)) 테테스스트트Jim Clark, LPA Designs

그그림림11 : 수신신호의특성을나타내는RSSI 신호를보여주는전형적인디지털수신기회로

9

파형의시퀀스가프로세스를예시하는데도움을

줄것입니다. 그림2는수신기서브시스템에서

얻어질수있는RSSI 신호를나타낸것입니다.

그림3은MSO에서포착되어PC로전송된다음

임의파형발생기를통해재생되는RSSI 신호가

나타나있습니다. 2개의그림을비교해보면확인

할수있습니다.

이제, 테스트시스템을작동하여조건별작동

(what-if)테스트의수행을위한파형수정을시작

할수있습니다. 그림4에서, 노이즈성RSSI

시뮬레이션은비교기임계값을초과함으로써원래

디지털신호에서는나타나지않는비교기출력과도를

트리거합니다. 이와같은테스트를통해노이즈환경

에서의비교기감도를측정할수있습니다.

수행해야할다른공통테스트로서는비트누락,

우발적인발생및위치변경등에대한수신기

응답성을검사하는작업이있습니다. 그예로써

그림5에는에뮬레이션된RSSI신호에비트에러가

삽입되어있습니다.

유연성있는임의파형발생은이러한유형의조건별

작동(what-if) 테스트는거의한계가없고테스트

중인회로의특성에의해서만다소제한됩니다.

LabVIEWⓇ는National Instruments Corporation의

U.S.등록상표입니다.

그그림림22 : 양호한RSSI 신호와상응하는비교기출력에의한재구성된수신직렬데이터스트림

그그림림33 : 임의파형발생기에서재생된양호한RSSI 신호

그그림림44 ::비교기임계신호를초과하는노이즈성신호(화면의오른쪽부근)로인한비교기의스퓨리어스과도현상

그그림림55 : 임의파형발생기를통해삽입된비트에러가MCU 입력상에불량데이터패킷으로서나타납니다

10

MCU의디버깅에서가장자주일어나는문제는

비정상적인현상이하드웨어에의한것인지

아니면소프트웨어에의해일어나는현상인지를

구분하는일입니다. 이러한문제는하드웨어와

소프트웨어모두를한사람의엔지니어가개발한다

해도까다로운데, 심지어하나의설계팀이개입된

다면그어려움은몇배로커지게됩니다.

일반적으로하드웨어설계자들은 소프트웨어로

인해문제가발생되었다는것을입증하기위해

오실로스코프와로직분석기를사용하고, 소프트웨어

설계자들은반대로하드웨어때문에문제가생겼

다는것을에뮬레이터를통해입증하려합니다.

이렇게한쪽입장에서만문제를파고들다보면

불행하게도문제가분명히있다는점만을확인하는

정도에서끝납니다. 그렇지만진정

으로필요한일은하드웨어와소프

트웨어에어떤문제가발생하는지

를확인하는일입니다.

로직분석기와에뮬레이터를동시에

활용하는것도도움은될수있지만

이들시스템을구성하고연결하는

것자체만으로도큰일이아닐수

없습니다. 대부분의MCU 기반

설계에보다빠르고쉽게적용할수

있는대안은에뮬레이터의파형및

트리거기능을사용하여혼합신호

오실로스코프를트리거하는방법

입니다.이와동시에, 에뮬레이터는

의심가는소프트웨어명령만을

선택적으로저장할수도있습니다.

저는최근에디버그작업을하면서

NOHAU 8031에뮬레이터와

혼합신호스코프를사용하여

8031 Port1에서발생되는타이밍

신호들에생긴문제와이들신호와

하나의아날로그신호사이에어떤

관계가있는지를알아냈습니다.

셋업과정이라야기판에서세개의신호를뽑아

에뮬레이터에연결하고신호하나는스코프에

연결한다음,에뮬레이터와스코프사이에트리거를

연결한것이전부였습니다.

그림1에서보는것처럼, 에뮬레이터는스코프를

트리거하는동안문제의사이클을포착하였습니다.

(타임스탬핑을주목하십시오)스코프는쓰기명령이

포트에페치되는것에의해트리거하며비정상적인

이벤트(P1-1과P1-0 라인의느린속도의전이부분)와

문제의아날로그신호를포착하여하드웨어에의한

문제임을나타내고있습니다. 이러한결과는

그림2의스코프화면을보면알수있습니다.

문제의원인이소프트웨어에의한것이었다면,

소스와프로그램윈도우에동기하여프로그램

코드를에러이벤트와상관관계가형성되도록

하면서파형버퍼를스크롤해볼수있었을것

입니다.

동일포트로프로그램을쓰는프로그래머가한명

이상있다면이와같은방법은문제가되는소프트

웨어모듈을찾아내는데있어비용과시간을엄청

나게절약할수있을것입니다. 또한, 하드웨어

엔지니어들도에뮬레이터의트리거출력과두번째

아날로그프로브를계속적으로사용할수있으므로

문제의원인이되는부분을좀더세부적으로분리해

낼수있을것입니다.

하하드드웨웨어어//소소프프트트웨웨어어통통합합단단계계에에서서의의문문제제해해결결Charlie Howard, Embedded Technologies Associates, Inc.

그그림림11 : 에뮬레이터의파형버퍼에에뮬레이터가스코프를트리거하는포인트(t=0)가나타나있다.

그그림림22 :: P1-1과P1-0 라인에신호의지연이나타나있는상세한스코프화면

11

특성을정확하게비교할수있습니다. 또한딥메모리

기능은송신프레임전체를모두(약300 ms) 샘플링

할수있도록해주며동시에마이크로컨트롤러코드를

충분할정도로상세히조사할수있기때문에(약150ns)

큰장점으로작용합니다.

기존의테스트장비들로도이러한문제들을해결할

수는있겠지만, 딥메모리기능을갖춘하이브리드

아날로그-디지털솔루션이있었기때문에상당시간을

절약할수있었습니다.

아날로그신호와MCU 코드간의타이밍관리가

정확하게이루어져야하는혼합신호제품의문제

해결은최근까지도몹시까다로운일이었습니다.

이러한문제들이발생하면로직분석기와오실로

스코프를결합한테스트시스템을동일한타임

베이스와동시트리거등을사용하는방법으로

일부분만해결하였습니다. 하지만두계측기간의

타임베이스가다르면잘못된결과를얻게됩니다.

더구나메모리에차이가있는경우에는문제가

더욱복잡해집니다. 그대안으로써하이브리드

스코프/로직분석기를쓰는방법이있습니다.

이와같은계측기시스템은교차영역측정정확도를

개선하고혼합신호설계의디버깅시간을단축

합니다.

저의경우는Philips 80C51 MCU와 82C200

CAN(Controller Area Network) 제어칩이서로

작동하여홈오토메이션제품들사이에저속도

데이터통신망을구축하는것이었는데, 문제가

발생될때마다그원인을찾는일이쉽지않았습니다.

여기서는원격장치하나에데이터를보내려는중에

발생한문제에대해소개하려고합니다. 표면적인

현상은몇바이트정도의데이터가목적장비에

도달되지않는것처럼보였습니다.

우선디지털입력을MCU 데이터비트에연결하고

아날로그입력은송신라인에연결하였습니다.

(그림1 참조) 그런다음패턴트리거링으로측정

결과와82C200의특정한송신리퀘스트코드워드

를동기시켰습니다. 다음단계는계측시스템이

해당코드워드와원하는송신프레임이동시에

나타났을때트리거하도록하였습니다. 이러한

과정을통해소프트웨어에문제가있다는것을금방

알게되었고코드를전체적으로재검토하였습니다.

테스트결과를통해알게된문제의원인은처음

예상했던것과는달리데이터손실은송신라인에서

발생한것이아니라,MCU와CAN 제어기사이에서

일어났던것입니다.(그림2참조).

이처럼스코프와로직채널을결합하여활용하면,

아날로그신호와디지털발생기(MCU 코드)간의

Hybridscope/logic analyzer

Philips80C51MCU

82C200CAN

controller

Linetransceiver

CANH

CANL

CCAANN 제제어어기기의의아아날날로로그그출출력력과과소소프프트트웨웨어어간간의의관관계계Pascal Mestdagh, EUROCORPS, Telecommunications Division

그그림림11 :: CAN 제어기셋업의디버깅시스템의연결도

그그림림22 ::송신리퀘스트코드워드와아날로그송신프레임이동시에발생한것을관찰해본결과제소프트웨어코드에일관성이없었음을알수있었습니다. MCU가CAN 제어기의상태레지스터에“송신종료”비트를검증하지않아일부바이트가목적지에도착하지않았던것입니다.

12

많은종류의MCU 기반형제품들과마찬가지로

우리가설계한CCD 카메라시스템도디지털과

아날로그신호를동시에측정해야하고때로는

복잡한트리거도필요합니다.

그림1에나타난것처럼수평동기펄스는가장

먼저영상신호와분리됩니다. 위상동기루프

(PLL)에서는Hsync 펄스를사용하여10MHz의

ADCLK 신호를발생합니다.ADCLK의하강에지는

TV 신호를ADC로샘플링해보내고상승에지는

ADC 출력을업데이트합니다. 프로그래머블로직

디바이스(PLD)는ADCLK를변환하여WR 신호를

발생합니다.WR의상승에지는데이터를ADC에서

FIFO메모리에기입하면여기에는하나의TV

라인을디지털화한신호가들어있게됩니다.

Philips 80C552 MCU는FIFO에서데이터를읽어

카메라의위치나줌등을조정하는피드백제어

데이터를계산합니다. 이와유사한시스템은보통

객체를추적하고시각적으로측정해야하는항해

시스템이나비접촉계측시스템에서자주사용됩니다.

싱글샷TV 트리거모드와 혼합신호스코(MSO:

MixedSignal Scope)의Autostore기능을활용

하는과정에서우리는25 ns의에지불안정성이나

ADCLK 신호에발생되는지터도발견해낼수

있었습니다.MSO덕분에20 ms의TV 화상절반의

흐름정보를50 MSa/s로포착하여차후의데이터

처리나분석에활용할수있었습니다.(그림2참조)

그림3은데이터를ADC에서메모리로입력시킬때의

임계시간을보여주고있습니다. 메모리를데이터에

저장할때5ns로는충분치않음을알수있었습니다.

이와같은문제는기존방식의스코프로는확인할수

없었지만하이브리드스코프/로직분석기를사용했을

때는간단히확인할수있었습니다.이러한결과를

바탕으로PLD를재프로그램하여 문제를해결할

수있었습니다.

MSO를TV신호로트리거할수있기때문에MCU

소프트웨어루틴을디버그하는일도용이합니다.

아날로그와디지털애퀴지션의결합으로비교적

복잡한우리제품의동작특성을완벽하게파악할

수있었습니다.

Jan Fisher와Petr Kovourek는Czech 공과대학에근무하고

있으며, Petr Navratil은애질런트계측기사업부문고객센터에

근무합니다.

MMCCUU기기반반형형CCCCDD 카카메메라라제제어어기기의의디디버버깅깅Jan Fischer, Petr Kocourek, and Petr Navratil

Mixed signal scope

TV inADC

PLL ADCLK WR

PLD

DataBus

HSYNC

FIFOPhilips80C552MCU

Syncseparator

그그림림11 ::아날로그/디지털테스트를위한CCD 카메라제어기의연결관계를보여주는구성도

그그림림22 : CCD 카메라의아날로그출력과이와관련된제어시스템내의디지털신호. ADC 출력은0-7 라인에나타나며ADCLK 신호는10 라인, WR 신호는11 라인에나타납니다.

그그림림33 : 디스플레이마커가ADCLK와WR 간의타이밍관계를강조해서표시하고있습니다.

13

애질런트의펑션/임의파형발생기에내장된깨끗하고

안정적인파형을이용해테스트와검증작업을개선

할수있습니다. 표준신호가충분하지않을때에는

여러분의요구에맞는고유임의파형을만들어실제

환경의신호를시뮬레이션할수도있습니다.

애질런트33120A및33250A펑션/임의파형발생기는

매우경제적인가격임에도다양한기능과성능을제공

합니다. 표준출력기능으로는정현파,구형파,램프파,

노이즈, sin(x)/x, dc 전압등이포함되어있습니다.

AM, FM및FSK기능을이용하면별도의소스

유무에관계없이쉽게파형을변조할수있습니다.

33250A에서는50 MHz까지의간단한펄스발생도

가능합니다. 뿐만아니라컬러디스플레이와친숙한

전면판을채용하여복잡한작업이라도손쉽게처리

할수있습니다.

시스템어플리케이션을위해GPIB와RS-232 인터

페이스를기본으로제공하며, SCPI 명령을이용한

프로그램기능도지원합니다.

여러분의어플리케이션요구에적합한모델을선택

하여사용하십시오.

AAggiilleenntt 3333112200AA

•15 MHz까지의정현파및구형파발생

•40 MSa/s의속도로임의파형을발생하여

16,000 포인트의파형을4개까지저장

AAggiilleenntt 3333225500AA

•80 MHz까지의정현파및구형파발생

•200 MSa/s의속도로임의파형을발생하여

64,000 포인트의파형을4개까지저장

•가변적인상승/하강시간과함께50 MHz의

펄스파형발생

저저렴렴한한가가격격대대의의가가장장깨깨끗끗하하고고안안정정적적인인파파형형

MCU Debugging Tools

3333112200AA 3333225500AA

장장비비데데모모등등보보다다역역동동적적인인자자료료가가필필요요하하시시면면wwwwww..aaggiilleenntt..ccoomm//ffiinndd//wwaavveeffoorrmm을을방방문문해해보보시시기기바바랍랍니니다다..

14

모모델델 5544662211AA 5544662211DD 5544662222AA 5544662222DD 5544662244AA

채채널널수수 2 2+16 로직 2 2+16 로직 4

스스코코프프

대역폭 60 MHz 60 MHz 100 MHz 100 MHz 100 MHz

샘플링속도 200 MSa/s

메모리깊이 채널당2 MB

로로직직

최대샘플링속도 n/a 400 MSa/s n/a 400 MSa/s n/a

최대메모리 n/a 4 MB/ch n/a 4 MB/ch n/a

디디스스플플레레이이 32레벨그레이스케일의고해상도디스플레이, 1,000 포인트수평해상도

디디스스플플레레이이업업데데이이트트속속도도 채널당최대2,500만벡터/초

타타임임베베이이스스(디비전당) 5 ns ~ 50 s

트트리리거거 에지, 펄스폭, 패턴, I2C, TV, 시퀀스, 주기

피피크크검검출출 5 ns

측측정정 피크, 평균, RMS, 최대, 최소, 주파수, 주기, 펄스폭,

상승/하강시간, 듀티사이클

파파형형연연산산 감산, 승산, FFT, 적분, 미분

메메모모리리 내장형1.4 M 플로피디스크

연연결결기기능능 RS-232, 병렬표준; 옵션GPIB, 옵션통합프린터키트옵션

내내장장도도움움말말 9개언어로지원

보보증증기기간간 기본적으로3년제품보증, 옵션으로5년까지연장가능

애질런트54600 시리즈스코프는내장형8비트

또는16비트마이크로컨트롤러가포함된설계를

검증하고디버깅하기위해필요한최적의기능들을

통합하였습니다.

•각채널당2MB의MegaZoom딥메모리기술로

비반복적인긴신호포착, 높은샘플링속도유지

및관심구간의신속한줌인이가능합니다.

•초고속응답의고해상도디스플레이로더욱

확실한계측을수행할수있습니다. 이를통해

이전에는볼수없었던미세한부분까지도관찰이

가능해졌습니다.

•유연성있는트리거기능으로아날로그-디지털

혼합설계상의 복잡한신호와고장상태를손쉽게

분리하여분석합니다.

다다양양한한요요구구에에맞맞춘춘복복합합적적인인구구성성

혼혼합합신신호호스스코코프프:: 2개의아날로그채널과16개의

디지털채널을가진이스코프는세밀한신호분석

기능에로직분석기의멀티채널타이밍측정을

조합시킨제품으로, 고속의디지털제어신호와

느린아날로그신호를동시에테스트하고분석할수

있습니다.

44채채널널스스코코프프::여러분의설계에아날로그비중이

높을때에는100 MHz 54624A가디버그와검증

작업을편안하게수행할수있도록채널카운트

기능과측정성능을제공합니다.

22채채널널스스코코프프:: 2채널스코프를이용하면긴시간

간격에대해서도높은샘플링속도를유지할수있어

설계상의미세한부분까지관찰할수있습니다.

22주주간간의의무무료료체체험험기기회회

백문이불여일견!유능한엔지니어는자신의

설계환경하에서계측기의작동을확인하는것이

가장좋은방법이라는것을알고있습니다.

2주간무료체험을원하시면고객정보센터

(전화: 02-2004-5114)로연락바랍니다.

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MegaZoom의장점들을확인하실수있습니다.

아아날날로로그그--디디지지털털혼혼합합설설계계에에서서발발생생하하는는문문제제들들을을손손쉽쉽게게파파악악할할수수있있습습니니다다

Agilent 54600 시리즈스코프

신신뢰뢰도도가가높높고고,, 번번거거로로움움없없는는미미세세피피치치IICC 접접속속

애질런트웨지(Wedge)프로브팁어댑터는

스코프나로직분석기를미세피치TQFP

(Thin Quad Flat Pack)및PQFP(Plastic

Quad Flat Pack)표면실장형IC에연결

하는데사용합니다. 이것은인접해있는

IC 레그(leg) 사이에압축가능한이중

컨덕터를삽입함으로써가능해집니다.

탄력성있는컨덕터를각레그의크기와

모양에맞게견고히맞춘후, 스코프나

로직분석기를간단히웨지에연결시킬수

있습니다.

웨지는인접레그에대한단전없이각각의

레그에안전하게중복접촉되도록독특하게

설계되었습니다. 또한, 물리적으로도

테스트중인장치(DUT)에손상을입힐

염려가없습니다.

애질런트웨지는0.5 및0.65 mm IC

패키지용으로3,8 및16leg형이있습니다.

애질런트웨지는신뢰도가높고, 번거로움없는미세피치IC 접속을제공합니다.

15

애질런트LogicWave PC 기반형로직분석기는

짧은시간내에측정이가능하도록합니다.

친숙한Windows 방식인터페이스로셋업과

사용이간편하면서도중요한로직분석에적합한

속도와성능을제공합니다.

LogicWave는34개의로직분석채널(32개상태

채널), 100MHz 상태분석,250 MHz 타이밍분석

기능을최대128K의메모리와함께제공합니다.

신뢰성, 신호충실도, 기타특성들역시전형적인

PC 기반로직분석기를능가합니다.

또한, 개인용분석기로사용할수있을만큼가격이

저렴하기때문에기본로직분석기를여러사람이

공유하는설계팀에특히유용합니다.

경경제제적적인인가가격격대대의의편편리리한한로로직직분분석석기기

지금까지보지못했던너무도편리한사용법을

경험해보십시오.사용자인터페이스소프트웨어를

LogicWave 웹사이트

wwwwww..aaggiilleenntt..ccoomm//ffiinndd//LLooggiiccWWaavvee를통해

무료로다운로드하거나,

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무료 CD-ROM을보내드립니다.

모모델델 AAggiilleenntt LLooggiiccWWaavvee((EE99334400AA))

상태/타이밍채널 34

최대상태클럭 100 MHz

최대타이밍샘플링속도 250 MHz

메모리 타이밍채널128 K, 상태채널64 K

사용자인터페이스 Windows 95/98/NT, PC 기반(Pentium 또는그이상의PC나

노트북에서하나의어플리케이션으로서실행됨)

“WYDIWYC”타이밍트리거 “What You Draw Is What You Capture”방식의타이밍트리거

프린터 사용중인PC와공유, PC가지원하는개인또는네트워크프린터에인쇄가능

프로빙 애질런트특허보유, 100 kΩ, 1.5 pF

크기 291 mm W x 228 mm D x 63 mm H

실중량 2.1 kg

I/O 포트 개선된병렬PC 접속으로빠른디스플레이갱신속도실현, trigger

IN/OUT BNC

MCU Debugging Tools

본본사사주소│서울시영등포구여의도동25-12

여의도우체국사서함633호전화│1588-5522 팩스│080-772-5522

계계측측기기고고객객정정보보센센터터전화│02)2004-5114 팩스│02)2004-5115수신자부담│080-769-0800

기기술술지지원원부부((SSSSUU))

어어플플리리케케이이션션및및교교육육관관련련문문의의전화│02)2004-5212 팩스│02)2004-5217

AA//SS관관련련문문의의전화│02)2004-5800 팩스│02)2004-5809

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현대해상화재보험빌딩8층전화│042)602-2200~5 팩스│042)602-2288

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영남타워18층1호전화│053)740-4900 팩스│053)740-4989

구구미미전화│054)452-0886

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5980-0943ENK

애애질질런런트트테테크크놀놀로로지지스스는는HHPP의의모모체체인인계계측측기기와와

반반도도체체,, 의의료료기기,, 분분석석기기사사업업부부가가독독립립하하여여설설립립한한

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한한국국애애질질런런트트테테크크놀놀로로지지스스((주주))

계계측측기기사사업업부부문문애애질질런런트트의의서서비비스스와와지지원원

애질런트테크놀로지스는여러분의가치를최대화하고위험부담과문제는최소화시켜드리는것을목표로하고있습니다. 여러분이올바른제품을선택하고선택한제품을유용하게사용할수있도록도움을드리고있습니다.당사에서판매하는모든계측기나시스템에대해전세계적인보증을받으실수있으며,제품단종후에도최소5년동안은지원이제공됩니다. 애질런트지원정책의핵심을이루는두가지개념은“당사의약속(Our Promise)”과고객의편익(Your Advantage)”입니다.

애애질질런런트트의의약약속속(Our Promise)은애질런트의계측장비가광고한대로의성능과기능을발휘하도록보장함을의미합니다. 장비의적절한동작여부의검증, 제품사용에대한도움, 그리고지정된기능에대한기본적인측정지원등을추가비용없이제공해드립니다. 많은자체지원형툴들도이용할수있습니다.

고고객객의의편편익익(Your Advantage)은애질런트가부가적인전문계측서비스를제공함을의미합니다. 교정, 추가비용업그레이드, 보증외수리,현장교육,전문엔지니어링서비스등에대해당사에문의하시면문제를보다효과적으로해결할수있습니다.

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