应用笔记

介绍
Datalight开发并支持软件，以促进嵌入式计算机的可靠，响应和经济高效的运行。它们为智能手机，移动计算机，医疗设备，汽车和各种类型的嵌入式系统提供无风险的移动数据解决方案。 作为比较使用Datalight软件时功耗差异的试点项目的一部分，来自华盛顿大学的高级电气工程专业学生Cameron Dahl被聘为实习生。在本文中，Dahl描述了他使用PicoScope 4424系列PC示波器作为测试设备的一部分以及他收集的数据的过程和经验。

该项目
Datalight开发容错文件系统和驱动程序，旨在提高eMMC组件的性能，以便在移动设备中使用。最初要求我使用示波器测试和详细描述各种eMMC闪存组件的功耗，以显示Datalight可以提供的改进并提供营销团队所需的可视数据。

收集数据
最初，我对如何从移动设备收集数据进行了大量研究，以显示eMMC闪存组件的功耗。为了模仿用户应用程序，我使用Datalight运行广泛的基准测试，以便比较不同组件的性能。结果严格基于代码，可通过Linux GUI或命令窗口中显示的数字进行比较。 然后，我需要测试一个基于Linux的标准平台，并将其与Datalight文件系统版本进行比较，并显示它们之间的性能差异。 eMMC部件是一个小矩形芯片，可以通过焊接到PCB或通过USB SD适配器读取。eMMC组件有三种尺寸，每种尺寸都有特定的适配器类型。我发现大多数适配器都没有包含单独的V CC引脚用于测试; 它们主要用于连接SD卡插槽，以便用作闪存设备。包含独立V CC引脚的适配器包含一个双引脚跳线。这些引脚用于测试插入适配器时eMMC部件使用的电压。 我使用了两种特定的适配器类型 Micron Numonyx和SanDisk iNAND。每个都有独立的V CC引脚，我可以添加一个1欧姆（1Ω）电阻跳线并测量线路上的功率。 作为次要任务，我必须描述和跟踪进入公司的不同组件，然后根据制造商和尺寸测试每个系列的基本性能。然后我制作了图表来比较运行的特定测试之间的组件。

图1：使用PicoScope 4424 PC示波器

测量功耗
可以操纵V = IR的电压方程以求解电流。我使用两个示波器探头测量电路内的功率，以获取电阻两侧的电压（在V CC引脚之间），然后除以电阻以计算电流。得到的等式变为 。为了在eMMC部件使用时读取实际电流，我使用了一个非常小的1Ω电阻。 接下来，电流与功率方程有关，以计算eMMC部件使用的功率。执行的操作是P = IV = I 2 - [R 。为了测量负载的功率，我使用eMMC部件运行的3.315 V，并使用P R = i×3.315 - i 2 ×1，其中i是我计算的电流。通过取P R值的平均值，我能够计算eMMC在特定测试运行期间使用的电荷和能量。

数以百万计的数据点
最初我使用Microsoft Excel来收集数据。但是，这些电子表格最多只能容纳1,048,576行，因为我的数据通常达到500万点，因此效率低下。任何直接转移到Excel都会导致数据点丢失。 为了解决这个问题，我发现了CSVed，一个可以容纳大量数据的开源免费软件程序。通过这个程序，我能够一次记录和传输数据100万个点，然后重复这个过程，直到我有5列100万个。通过收集最大量的数据，我能够最准确地读取整个测试过程中消耗的电荷和能量。

图2：CSVed，一个开源免费软件程序

初步经验
对于第一轮数据采集，我使用了我熟悉的双通道示波器，来自Tektronix MSO / DPO 2000系列。有了这个，我可以获取数据并将其保存为.csv文件，用图像表示并将屏幕截图保存到闪存设备。这些功能是描述数据结果和整体性能改进的优先事项，因此Datalight同意在项目期间租用此范围。

泰克问题
不幸的是，虽然我可以使用泰克示波器轻松获得500万点数据，但我无法长时间记录详细数据。随着测试时间的延长，示波器的密度和采样率下降，我需要运行基线测试长达15分钟或更长时间。因此，为了获得能够捕获eMMC芯片上的小型读写操作的详细数据，我需要能够保持高采样率并在较长时间内收集数据的东西。 原始范围的其他问题是每次测试期间一次只保存一个屏幕截图的限制，以及通过闪存驱动器将数据从示波器传输到PC所花费的时间。随着测试变得更加广泛并且需要更高的精度，我开始研究基于PC的示波器。

图3：Tektronix截图

初步经验
对于第一轮数据采集，我使用了我熟悉的双通道示波器，来自Tektronix MSO / DPO 2000系列。有了这个，我可以获取数据并将其保存为.csv文件，用图像表示并将屏幕截图保存到闪存设备。这些功能是描述数据结果和整体性能改进的优先事项，因此Datalight同意在项目期间租用此范围。

使用PicoScope
这些调查让我进入了Pico Technology的网站。当地代表能够帮助我更多地了解可用范围的多样性。使用Tektronix，我一直使用12.5 kS / s的采样率，仅占PicoScope全功率的10％。Datalight同意订购4424 PicoScope，并在一周内运到办公室。 我能够轻松操作PicoScope。与租用的Tektronix相比，新范围的好处是惊人的。我能够在更长的时间内获取更多更详细的数据。将数据保存到PC上的磁盘也更方便。这消除了我以前在旧范围内遇到的所有问题，使PicoScope成为明显的改进。 通过PicoScope，我能够在对它们进行大量测试后描述eMMC部分内的变化，并捕获改进的数据和图像以显示公司。整个测试延长到7到10分钟的过程，这在旧的范围内是不可能的。PicoScope使我能够在一个有组织的文档中自动保存多个屏幕截图。这消除了导致不切实际的数据结果的测试之间的任何混淆或延迟。使用PicoScope，我可以演示真实的测试，轻松收集信息，并创建数据所需的每种类型的文件; 按顺序保存CSV，PNG和数据文件很容易。

图4：PicoScope截图

测试概述运行
我运行的测试包括两个Datalight性能测试; FSStress（数据库模拟）和BDevTest（低级块性能工具）。比较外部测试包括Linux上的IOmeter和Android上的RLBenchmark。在可能的情况下，使用Android OS进行测试是收集eMMC组件和SD卡基本性能数据的首选。在运行这些测试时，我还测量了零件级和板级的功耗。USB适配器和PandaBoard上的电源适配器都需要1Ω电阻。 我还尝试拆分和重新焊接电源适配器，以测量电路板级的电压降。有趣的是，电路板电源线上的最小电压降使eMMC部件在插入SD卡插槽时无法识别。这意味着我无法直接看电路板电源，因为它干扰了插入Pandaboard的新设备的唤醒电压过程。

摘要
总的来说，PicoScope非常成功地展示了Datalight可以为其客户提供的结果和改进。当前的图形表示非常有助于显示文件系统之间的差异。PicoScope帮助我获取内部文档的计算数据非常易于使用。我没有等待Excel处理百万点（存储中大约120到200 MB）的子集，而是能够实时处理数据。PicoScope通过以较低的成本提供比竞争对手更好的功能，无疑向Datalight证明了其价值。 范围是一个很好的工具，我强烈推荐给其他公司。我将在以后的职业生涯中再次使用它作为电气工程师。