應用筆記

介紹
Datalight開發并支持軟件，以促進嵌入式計算機的可靠，響應和經濟高效的運行。它們為智能手機，移動計算機，醫療設備，汽車和各種類型的嵌入式系統提供無風險的移動數據解決方案。 作為比較使用Datalight軟件時功耗差異的試點項目的一部分，來自華盛頓大學的高級電氣工程專業學生Cameron Dahl被聘為實習生。在本文中，Dahl描述了他使用PicoScope 4424系列PC示波器作為測試設備的一部分以及他收集的數據的過程和經驗。

該項目
Datalight開發容錯文件系統和驅動程序，旨在提高eMMC組件的性能，以便在移動設備中使用。最初要求我使用示波器測試和詳細描述各種eMMC閃存組件的功耗，以顯示Datalight可以提供的改進并提供營銷團隊所需的可視數據。

收集數據
最初，我對如何從移動設備收集數據進行了大量研究，以顯示eMMC閃存組件的功耗。為了模仿用戶應用程序，我使用Datalight運行廣泛的基準測試，以便比較不同組件的性能。結果嚴格基于代碼，可通過Linux GUI或命令窗口中顯示的數字進行比較。 然后，我需要測試一個基于Linux的標準平臺，并將其與Datalight文件系統版本進行比較，并顯示它們之間的性能差異。 eMMC部件是一個小矩形芯片，可以通過焊接到PCB或通過USB SD適配器讀取。eMMC組件有三種尺寸，每種尺寸都有特定的適配器類型。我發現大多數適配器都沒有包含單獨的V CC引腳用于測試; 它們主要用于連接SD卡插槽，以便用作閃存設備。包含獨立V CC引腳的適配器包含一個雙引腳跳線。這些引腳用于測試插入適配器時eMMC部件使用的電壓。 我使用了兩種特定的適配器類型 Micron Numonyx和SanDisk iNAND。每個都有獨立的V CC引腳，我可以添加一個1歐姆（1Ω）電阻跳線并測量線路上的功率。 作為次要任務，我必須描述和跟蹤進入公司的不同組件，然后根據制造商和尺寸測試每個系列的基本性能。然后我制作了圖表來比較運行的特定測試之間的組件。

圖1：使用PicoScope 4424 PC示波器

測量功耗
可以操縱V = IR的電壓方程以求解電流。我使用兩個示波器探頭測量電路內的功率，以獲取電阻兩側的電壓（在V CC引腳之間），然后除以電阻以計算電流。得到的等式變為 。為了在eMMC部件使用時讀取實際電流，我使用了一個非常小的1Ω電阻。 接下來，電流與功率方程有關，以計算eMMC部件使用的功率。執行的操作是P = IV = I 2 - [R 。為了測量負載的功率，我使用eMMC部件運行的3.315 V，并使用P R = i×3.315 - i 2 ×1，其中i是我計算的電流。通過取P R值的平均值，我能夠計算eMMC在特定測試運行期間使用的電荷和能量。

數以百萬計的數據點
最初我使用Microsoft Excel來收集數據。但是，這些電子表格最多只能容納1,048,576行，因為我的數據通常達到500萬點，因此效率低下。任何直接轉移到Excel都會導致數據點丟失。 為了解決這個問題，我發現了CSVed，一個可以容納大量數據的開源免費軟件程序。通過這個程序，我能夠一次記錄和傳輸數據100萬個點，然后重復這個過程，直到我有5列100萬個。通過收集最大量的數據，我能夠最準確地讀取整個測試過程中消耗的電荷和能量。

圖2：CSVed，一個開源免費軟件程序

初步經驗
對于第一輪數據采集，我使用了我熟悉的雙通道示波器，來自Tektronix MSO / DPO 2000系列。有了這個，我可以獲取數據并將其保存為.csv文件，用圖像表示并將屏幕截圖保存到閃存設備。這些功能是描述數據結果和整體性能改進的優先事項，因此Datalight同意在項目期間租用此范圍。

泰克問題
不幸的是，雖然我可以使用泰克示波器輕松獲得500萬點數據，但我無法長時間記錄詳細數據。隨著測試時間的延長，示波器的密度和采樣率下降，我需要運行基線測試長達15分鐘或更長時間。因此，為了獲得能夠捕獲eMMC芯片上的小型讀寫操作的詳細數據，我需要能夠保持高采樣率并在較長時間內收集數據的東西。 原始范圍的其他問題是每次測試期間一次只保存一個屏幕截圖的限制，以及通過閃存驅動器將數據從示波器傳輸到PC所花費的時間。隨著測試變得更加廣泛并且需要更高的精度，我開始研究基于PC的示波器。

圖3：Tektronix截圖

初步經驗
對于第一輪數據采集，我使用了我熟悉的雙通道示波器，來自Tektronix MSO / DPO 2000系列。有了這個，我可以獲取數據并將其保存為.csv文件，用圖像表示并將屏幕截圖保存到閃存設備。這些功能是描述數據結果和整體性能改進的優先事項，因此Datalight同意在項目期間租用此范圍。

使用PicoScope
這些調查讓我進入了Pico Technology的網站。當地代表能夠幫助我更多地了解可用范圍的多樣性。使用Tektronix，我一直使用12.5 kS / s的采樣率，僅占PicoScope全功率的10％。Datalight同意訂購4424 PicoScope，并在一周內運到辦公室。 我能夠輕松操作PicoScope。與租用的Tektronix相比，新范圍的好處是驚人的。我能夠在更長的時間內獲取更多更詳細的數據。將數據保存到PC上的磁盤也更方便。這消除了我以前在舊范圍內遇到的所有問題，使PicoScope成為明顯的改進。 通過PicoScope，我能夠在對它們進行大量測試后描述eMMC部分內的變化，并捕獲改進的數據和圖像以顯示公司。整個測試延長到7到10分鐘的過程，這在舊的范圍內是不可能的。PicoScope使我能夠在一個有組織的文檔中自動保存多個屏幕截圖。這消除了導致不切實際的數據結果的測試之間的任何混淆或延遲。使用PicoScope，我可以演示真實的測試，輕松收集信息，并創建數據所需的每種類型的文件; 按順序保存CSV，PNG和數據文件很容易。

圖4：PicoScope截圖

測試概述運行
我運行的測試包括兩個Datalight性能測試; FSStress（數據庫模擬）和BDevTest（低級塊性能工具）。比較外部測試包括Linux上的IOmeter和Android上的RLBenchmark。在可能的情況下，使用Android OS進行測試是收集eMMC組件和SD卡基本性能數據的首選。在運行這些測試時，我還測量了零件級和板級的功耗。USB適配器和PandaBoard上的電源適配器都需要1Ω電阻。 我還嘗試拆分和重新焊接電源適配器，以測量電路板級的電壓降。有趣的是，電路板電源線上的最小電壓降使eMMC部件在插入SD卡插槽時無法識別。這意味著我無法直接看電路板電源，因為它干擾了插入Pandaboard的新設備的喚醒電壓過程。

摘要
總的來說，PicoScope非常成功地展示了Datalight可以為其客戶提供的結果和改進。當前的圖形表示非常有助于顯示文件系統之間的差異。PicoScope幫助我獲取內部文檔的計算數據非常易于使用。我沒有等待Excel處理百萬點（存儲中大約120到200 MB）的子集，而是能夠實時處理數據。PicoScope通過以較低的成本提供比競爭對手更好的功能，無疑向Datalight證明了其價值。 范圍是一個很好的工具，我強烈推薦給其他公司。我將在以后的職業生涯中再次使用它作為電氣工程師。