Automatisieren von Audioschnittstellentests auf eingebetteten Plattformen

Das Audio-Interface ist heutzutage allgegenwärtig. Es ist auf den meisten Single Board Computern (SBCs) für das industrielle Internet der Dinge (IIOT) verfügbar. Es stehen mehrere Arten von Schnittstellen zur Verfügung, die von analogen Audio- bis hin zu digitalen Audioanschlüssen reichen. Jeder Typ dieser Schnittstelle hat seine eigenen Herausforderungen beim Design und beim Testen. Das Testen dieser Schnittstellen während der Montage und Produktion umfasst den kompletten Weg vom analogen oder digitalen Frontend bis zu den digitalen Audioeingängen einer Verarbeitungseinheit.

Das Audio-Front-End auf einer eingebetteten Plattform und der generische Fluss des Audiodatenpfads in einer Produktionstestumgebung sind unten dargestellt (Abbildung 1).

Abbildung 1:Testaufbau und Audio-Frontend für eine eingebettete Plattform (Quelle:Autor)

Das obige Diagramm zeigt die wichtigsten Blöcke/Komponenten, die im Datenpfad vorhanden sind. Der vorhandene Empfänger-IC kann ein analoger Front-End-IC wie ein Analog-Digital-Umsetzer (ADC) oder auch ein digitaler Audio-Empfänger-IC sein. Die Ausgabe des ICs kann in einem beliebigen seriellen Format wie Inter-IC Sound Bus (I2S) erfolgen. Diese Schnittstelle kann rohe Audiodaten im Pulse-Code-Modulation (PCM)-Format übertragen.

Ziel des Produktionstests ist es, sicherzustellen, dass der gesamte Audiopfad auf alle Arten von Problemen funktional getestet wird. Mögliche Probleme können folgende sein:

• Front-End-Empfänger-IC-Fehler.

• Assembly-bezogene Probleme auf I2S-Leitungen wie Stuck-at-High (verbunden mit Versorgung) oder Stuck-at-low (verbunden mit Masse) oder Kurzschluss zwischen mehreren Signalleitungen.

Dieser Audioschnittstellentest wird Teil eines größeren Produktionstestsystems sein, das alle Schnittstellen auf einem eingebetteten Board testet.

Im Folgenden ist eine gängige Technik aufgeführt, die zum Erkennen von Problemen im Zusammenhang mit der Montage beim Testen von Audioschnittstellen verwendet wird. Bei einem Ausfall des Front-End-Empfänger-ICs muss eine andere Technik verwendet werden, aber diese Techniken würden den Rahmen dieses Dokuments sprengen.

Technik 1 – Subjektives Testen

Subjektive Tests beinhalten die Aufnahme von Audiodatenproben für einige Sekunden und deren Vergleich mit dem tatsächlichen Audio, das bei der Hörinspektion abgespielt wird. Der Nachteil dieser Technik besteht darin, dass sie menschliches Eingreifen erfordert und zeitaufwändig ist. Wenn beispielsweise mehrere Stereokanäle vorhanden sind, muss der Benutzer nacheinander anhören und bestätigen.

In Anbetracht der Nachteile der oben genannten Technik haben wir eine innovative Methode entwickelt, um die Audio-Interface-Signale zu testen und den gesamten Prozess zu automatisieren.

Technik 2 – Automatisierte Tests

Um diese automatisierte Testtechnik zu verstehen, ist es wichtig, einige grundlegende Konzepte der I2S-Schnittstelle zu verstehen.

I2S hat drei Signale – BCLK (Bittakt), WCLK (Worttakt), DATA (Datensignale). Wenn BCLK oder WCLK nicht richtig sind (auf High/Low hängenbleiben), dann wird der Audioeingangsanschluss des Prozessors nicht erfassen und ein entsprechendes Ergebnis liefern, das einen Taktfehler anzeigt. Wenn diese Signale in Ordnung sind, erfolgt die Audioaufnahme unabhängig vom Wert von DATA. Wenn nun DATA bei 1 oder 0 hängen bleibt, enthält der Audiodatenpuffer alle FFFF oder alle 0000 für jedes 16-Bit-Sample. Wenn wir also die MD5-Prüfsumme generieren, erhalten wir zwei entsprechende Werte:MD5(FFFF) und MD5(0000). Für jeden anderen Wert von Audiodaten ist die MD5-Prüfsumme anders. Dieses Konzept kann verwendet werden, um die Audioaufnahmesignale zu automatisieren und zu überprüfen.

Das Verfahren für diese Methode besteht darin, das Audio aufzunehmen, wenn das richtige Audio abgespielt wird und nicht stummgeschaltet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass unsere Audiodatei nur erfasst wird und die Daten im Puffer korrekt sind. Sobald ein Audiodatenpuffer etwa 100 Samples erfasst hat, kann seine MD5-Prüfsumme generiert werden. Wenn das DATA-Signal auf High hängen blieb, ist sein MD5-Prüfsummenwert derselbe wie MD5(FFFF) und wenn es auf Low hängen blieb, dann ist sein MD5-Prüfsummenwert derselbe wie MD5(0000). Wenn das DATA-Signal umschaltet, ist der MD5-Prüfsummenwert ein beliebiger anderer Zufallswert. Basierend auf dem MD5-Prüfsummenwert können wir daher zu einer Schlussfolgerung kommen, ob das DATA-Signal Probleme hat.

Normalerweise haben diese I2S-Leitungen mehrere Datensignale. Dies können wir am folgenden Beispiel eines I2S-Bus mit vier Datensignalen DATAx (x =0,1,2,3) demonstrieren. Dies kann durch die Angabe von Audiodaten für eines der DATA-Signale und 0 für alle verbleibenden Datensignale erfolgen. Auf diese Weise können wir die MD5-Prüfsumme der erfassten Daten aller DATAx (x =0,1,2,3) generieren und bestätigen, dass die MD5-Prüfsummenwerte wie erwartet sind.

Wenn wir nur Audiodaten für DATA0 angegeben haben, sollte die MD5-Prüfsumme für DATA1-3 Signale MD5(0000) und für DATA0 ein zufälliger Wert sein. Dies kann für alle vier Datensignale nacheinander in vier Iterationen erfolgen, wie in Tabelle 1 gezeigt.

Klicken für größeres Bild

Tabelle 1:Iteration des Audiotests (Quelle:Autor)

Die Einschränkung dieser Technik besteht darin, dass sie nur verwendet werden kann, um die oben beschriebenen Probleme zu identifizieren. Für einige Anwendungsfälle kann es nicht zwischen den Problemen unterscheiden. Wenn beispielsweise mehrere Signalleitungen kurzgeschlossen sind, kann die Technik erkennen, dass ein Problem vorliegt, kann jedoch nicht eindeutig sagen, welche Leitungen miteinander kurzgeschlossen sind.

Schlussfolgerung

Die oben genannten Methoden wurden getestet und werden derzeit erfolgreich verwendet, um Audioeingangsschnittstellen auf vielen von Ittiam entwickelten Hardwareplatinen zu testen. Wir haben festgestellt, dass die Testzeit von Audio-Interfaces insgesamt verkürzt wurde, was zu geringeren Kosten für Board-Tests führte.

Ayusman Mohanty ist Produktarchitekt mit Schwerpunkt auf dem Bau von Hardware für Video- und Audioübertragungs- und Überwachungssysteme. Er ist über Linkedin erreichbar.