一種板載X86測(cè)試系統(tǒng)研究

修惠文

（1.研祥智能科技股份有限公司，廣東 深圳，518057；2.國(guó)家特種計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心，廣東 深圳，518057）

一種板載X86測(cè)試系統(tǒng)研究

修惠文1，2

（1.研祥智能科技股份有限公司，廣東 深圳，518057；2.國(guó)家特種計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心，廣東 深圳，518057）

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境中，對(duì)專用計(jì)算機(jī)設(shè)備的抗震性、穩(wěn)定性、可維護(hù)性性，可測(cè)試性等要求頗高，因此計(jì)算機(jī)設(shè)備的測(cè)試自診斷是工業(yè)計(jì)算控制設(shè)備不可或缺的功能。本文提出一種基于X86架構(gòu)的固件基礎(chǔ)技術(shù)，及DOS操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的板載X86測(cè)試系統(tǒng)的方法，用以提高改善工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)設(shè)備的可測(cè)性以及穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)證明本文提出的板載X86測(cè)試系統(tǒng)可用做計(jì)算機(jī)主板、硬盤(pán)、內(nèi)存功能等檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)硬件穩(wěn)定性拷機(jī)、診斷、問(wèn)題定位等功能。亦可與系統(tǒng)交互，提供網(wǎng)絡(luò)測(cè)試報(bào)告，滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)快速診斷使用的需求。

固件；X86測(cè)試；自診斷

0 引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，以及X86硬件平臺(tái)的推廣與普及，基于X86架構(gòu)［1］的計(jì)算設(shè)備應(yīng)用到特殊行業(yè)領(lǐng)域逐漸增多，為保障這類(lèi)特種計(jì)算機(jī)設(shè)備能夠提供安全可靠穩(wěn)定的服務(wù)，需要構(gòu)建一套完整的，便捷的，可擴(kuò)展的測(cè)試診斷系統(tǒng)，以提高特種計(jì)算機(jī)設(shè)備的可測(cè)性、穩(wěn)定性等重要指標(biāo)。

目前，計(jì)算機(jī)設(shè)備的測(cè)試方法已經(jīng)很多且較全面，多數(shù)需要第三方專業(yè)軟件，有時(shí)還需搭配測(cè)試治具一起使用。但此類(lèi)測(cè)試方法操作較為復(fù)雜，不適合在工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行診斷檢測(cè)，且此類(lèi)測(cè)試沒(méi)有針對(duì)專用領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)，如開(kāi)關(guān)機(jī)穩(wěn)定性驗(yàn)證等。

DOS操作系統(tǒng)，伴隨著個(gè)人電腦發(fā)展至今已經(jīng)經(jīng)歷了30多年，其系統(tǒng)架構(gòu)的特性，使得對(duì)硬件操作極其方便快捷，且具備很強(qiáng)的兼容性，方便做寄存器級(jí)操作，因此頗受底層軟件開(kāi)發(fā)親來(lái)。尤其是對(duì)硬件測(cè)試方面，比其他操作系統(tǒng)更直觀簡(jiǎn)便，因此很多專業(yè)PC主板廠商測(cè)試檢測(cè)都是基于DOS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

在X86平臺(tái)中，固件BIOS（現(xiàn)在二代BIOS也稱作UEFI BIOS［1］）是不可缺少的重要組成部分，隨著技術(shù)的發(fā)展，BIOS的載體也由原來(lái)的FWH逐漸過(guò)渡到SPI Flash［2］，固件載體的容量也在成倍地增長(zhǎng)，從256KB到512KB到1M，2M，甚至32MB的Flash。“足夠大的容量”為我們提供了各種擴(kuò)展功能的可能。固件虛擬磁盤(pán)就是一例。本文將主要介紹基于固件虛擬磁盤(pán)，和DOS［3］操作系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)X86板載測(cè)試系統(tǒng)，便于特種計(jì)算機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)板載自檢功能，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1 板載X86測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

為實(shí)現(xiàn)板載X86測(cè)試系統(tǒng)，需要利用主板BIOS固件和DOS系統(tǒng)啟動(dòng)菜單配置的幾項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，分別是固件虛擬磁盤(pán)、DOS啟動(dòng)界面配置、DOS漢化等。

1.1 固件虛擬磁盤(pán)

固件虛擬磁盤(pán)是在BIOS Flash中預(yù)留一段連續(xù)空間作為存儲(chǔ)媒介，并通過(guò)板載PCI設(shè)備的Option ROM 提供虛擬磁盤(pán)［4，5］的初始化及安裝讀寫(xiě)中斷服務(wù)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其特點(diǎn)是磁盤(pán)固化在主板BIOS Flash芯片中，支持內(nèi)存鏡像訪問(wèn)操作，數(shù)據(jù)不易丟失或篡改，可以按指定操作固化保存虛擬磁盤(pán)內(nèi)容。操作系統(tǒng)下，可以通過(guò)固件虛擬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)讀寫(xiě)操作。如圖1所示，主板上的BIOS Flash芯片中，燒錄的BIOS可執(zhí)行代碼，即BIOS固件，在BIOS固件中，通過(guò)RomHole等技術(shù)預(yù)留的空間作為固件虛擬磁盤(pán)在此虛擬磁盤(pán)中，可以預(yù)制FreeDOS系統(tǒng)，在基于FreeDOS系統(tǒng)上放入板載測(cè)試系統(tǒng)，設(shè)置成自動(dòng)運(yùn)行，這樣在系統(tǒng)啟動(dòng)后，可以通過(guò)固件虛擬磁盤(pán)引導(dǎo)，然后可以自動(dòng)運(yùn)行板載測(cè)試系統(tǒng)。

1.2 DOS啟動(dòng)配置文件

DOS系統(tǒng)應(yīng)用中可以通過(guò)DOS啟動(dòng)配置文件config.sys實(shí)現(xiàn)多菜單選項(xiàng)，但多為相對(duì)簡(jiǎn)單的選擇項(xiàng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多選、復(fù)選、選擇組、選項(xiàng)關(guān)聯(lián)控制等功能，而板載X86測(cè)試系統(tǒng)，目標(biāo)是簡(jiǎn)化測(cè)試，方便用戶自由配置，因此上述的菜單功能需要其他工具實(shí)現(xiàn)，目前DOS下實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)菜單較為流行的第三方啟動(dòng)配置工具有ConfigP，confect，ConMenu等，本文采用ConfigP實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)配置選擇菜單界面，如圖2所示。

系統(tǒng)配置菜單分為7部分

（1）主菜單選項(xiàng)

用于配置測(cè)試全局模式和功能

①AUTOTEST，即自動(dòng)測(cè)試功能，基于原來(lái)的測(cè)試步驟繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試。

②NEWTEST，即全新測(cè)試，開(kāi)始全新的自動(dòng)化測(cè)試選項(xiàng)。

③VIEWRESULT，即查看測(cè)試結(jié)果。

④UNSTALL，卸載測(cè)試，不跑本測(cè)試配置界面。

（2）功能測(cè)試選項(xiàng)

各項(xiàng)測(cè)試功能選擇，PCHECK，GPIO，VTBIOS，WDT，HWMONITOR，MEMORY，HDD DISK，QTPRO測(cè)試。

圖1 主板固件虛擬磁盤(pán)及板載測(cè)試系統(tǒng)Fig. 1 The mainboard firmware virtual disk and on-board test system

（3）開(kāi)機(jī)測(cè)試選項(xiàng)

RTC開(kāi)關(guān)機(jī)測(cè)試，測(cè)試次數(shù)設(shè)置

Reboot測(cè)試，測(cè)試次數(shù)設(shè)置

POWERON測(cè)試，測(cè)試次數(shù)設(shè)置

POWEROFF測(cè)試，測(cè)試次數(shù)設(shè)置

（4）考機(jī)測(cè)試選擇

考機(jī)測(cè)試軟件選擇

a. STRESS b. MEMTEST86+

（5）BYPASS

BYPASS測(cè)試選項(xiàng)，BYPASSC當(dāng)前測(cè)試BYPASSR重啟測(cè)試 BYPASSW寫(xiě)測(cè)試

（6）REPORT記錄形式

①COM通過(guò)串口

②USB通過(guò)USB盤(pán)記錄

③EDISK通過(guò)記錄到EDISK中

（7）電源選擇

①ATX電源

②AT電源

1.3 測(cè)試系統(tǒng)功能模塊

板載X86測(cè)試系統(tǒng)，需要包括如下測(cè)試模塊CPU，內(nèi)存，硬盤(pán)，Cache，PCI Bus，KBC Controller，CMOS，RTC，Video，Reboot，開(kāi)關(guān)機(jī)模塊，串口，并口，Beep，Lan Controller等。各測(cè)試功能模塊可以根據(jù)實(shí)際情況選擇已有成熟的測(cè)試軟件或自行開(kāi)發(fā)，本文目前采用的是PC-Check7.06與自行開(kāi)發(fā)的Reboot、GPIO等軟件相結(jié)合組成的測(cè)試系統(tǒng)。參考圖3，相關(guān)測(cè)試模塊。

2 測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本原理

板載X86測(cè)試系統(tǒng)［6］，是在固件虛擬磁盤(pán)上安裝DOS（FreeDOS）系統(tǒng)，并將各測(cè)試模塊及DOS啟動(dòng)菜單配置工具一同存儲(chǔ)到固件虛擬磁盤(pán)上，并通過(guò)DOS批處理腳本將DOS啟動(dòng)菜單與各測(cè)試模塊關(guān)聯(lián)，并予以特定的測(cè)試流程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)診斷測(cè)試功能，參考圖3。具體測(cè)試流程如下：

1）主板啟動(dòng)，BIOS通過(guò)虛擬磁盤(pán)引導(dǎo)進(jìn)入板載測(cè)試系統(tǒng)；

2）判斷是否為首次啟動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，若是，執(zhí)行3）；否則執(zhí)行7）；

3）啟動(dòng)當(dāng)前單元測(cè)試模塊，記錄并發(fā)送當(dāng)前測(cè)試狀態(tài)；其中包括圖3所示的各單元模塊；

圖2 ConfigP實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)啟動(dòng)配置界面Fig. 2 ConfigP implementation of the test system to start the configuration interface

圖3 板載測(cè)試系統(tǒng)流程及相應(yīng)測(cè)試單元模塊Fig. 3 The test system of the board and the corresponding test unit module

4）更新測(cè)試狀態(tài)；

5）判斷單元測(cè)試是否完畢，若是，執(zhí)行6）；否則執(zhí)行3）；

6）記錄單元測(cè)試報(bào)告；

7）檢測(cè)當(dāng)前測(cè)試狀態(tài)；

8）判斷是否全部測(cè)試完畢，若是，執(zhí)行9）；否則執(zhí)行3）；

9）結(jié)束板載測(cè)試，根據(jù)配置設(shè)置確定是否運(yùn)行Memtest拷機(jī)程式，顯示最終測(cè)試報(bào)告。

3 板載X86測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用

本文設(shè)計(jì)的板載測(cè)試系統(tǒng)，可以在無(wú)任何存儲(chǔ)設(shè)備的情況下對(duì)主板做全功能及穩(wěn)定性的測(cè)試驗(yàn)證，確保提供更安全可靠的特種計(jì)算設(shè)備，由于其獨(dú)特的板載特性，可以保障測(cè)試環(huán)境不被破壞，方便及時(shí)驗(yàn)證測(cè)試維護(hù)，為節(jié)約成本，提供系統(tǒng)的可測(cè)性，提供了良好的解決方案。并可以在此基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)配置解決的設(shè)置進(jìn)行測(cè)試功能刪減，或增加客戶連接的專屬設(shè)備檢查程式，以便實(shí)現(xiàn)測(cè)試自檢擴(kuò)展功能。

通過(guò)本文描述的測(cè)試平臺(tái)整合，良好地解決測(cè)試方法操作較為復(fù)雜的情況，解決在工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行診斷檢測(cè)的需求，且此方法的測(cè)試方案是針對(duì)工控專用領(lǐng)域，尤其是針對(duì)開(kāi)關(guān)機(jī)穩(wěn)定性驗(yàn)證等。

鑒于DOS操作系統(tǒng)比其他操作系統(tǒng)更直觀簡(jiǎn)便，開(kāi)機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)速度快，可以快速啟動(dòng)測(cè)試程序，本文采用固件虛擬磁盤(pán)實(shí)現(xiàn)X86板載測(cè)試系統(tǒng)，便于特種計(jì)算機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)板載自檢功能，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)比不同測(cè)試方案驗(yàn)證主板測(cè)試程序，本文提供的測(cè)試方法可以大大減少人為干預(yù)的動(dòng)作，提升測(cè)試效率30%，為加快驗(yàn)證問(wèn)題，復(fù)現(xiàn)機(jī)率性問(wèn)題提供了良好的解決方案。

4 總結(jié)

本文提出一種基于X86架構(gòu)的固件基礎(chǔ)技術(shù)，及DOS操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的板載X86測(cè)試系統(tǒng)的方法，用以提高改善工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)設(shè)備的可測(cè)性以及穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)證明本文提出的板載X86測(cè)試系統(tǒng)可用做計(jì)算機(jī)主板、硬盤(pán)、內(nèi)存功能等檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)硬件穩(wěn)定性拷機(jī)、診斷、問(wèn)題定位等功能。較好地解決測(cè)試方法操作較為復(fù)雜的情況，解決在工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行診斷檢測(cè)的需求，且此方法的測(cè)試方案是針對(duì)工控專用領(lǐng)域，尤其是針對(duì)開(kāi)關(guān)機(jī)穩(wěn)定性驗(yàn)證等。

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Research of an Onboard X86 Test System

XIU Hui-wen1，2
（1.EVOC Intelligent technology co.， LTD， Shenzhen， Guangdong 518057， China； 2.National Special Computer Engineering Technology Research Center， Shenzhen， Guangdong 518057， China）

Special computer equipments are required to have high vibration resistance， high stability， maintainability and high testability in industrial field application environment. Therefore self-diagnosis of computer equipments is indispensable to industrial computing control equipment. This paper presents a firmware-based technology based on X86 and a method of onboard X86 test system realized in DOS Operating system， in order to improve the testability and stability of the industrial field of computer equipment. The result shows that the test system is used to detect motherboard， hard disk and memory function， in order to realize hardware stability pagers， diagnostics， positioning problem. At the same time， it can interact with the system，provide network test report and meet the needs of rapid diagnostic in the industrial field.

Firmware； X86 test； Self-diagnosis

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.09.015

XIU Hui-wen. Research of an Onboard X86 Test System［J］. The Journal of New Industrialization， 2016，6（9）： 87-90.

修惠文（1982-），男，碩士學(xué)位，研祥智能股份有限公司研發(fā)中心BIOS工程師。研究方向?yàn)椋汗た貦C(jī)底層固件開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)