致远电子技术专栏:逻辑分析仪的触发

1.引言

逻辑分析仪主要是用于定位系统运行出错时的特定波形数据，通过观察该波形数据来推断该系统出错的原因，从而有针对性地找出解决该错误的方案。

运用逻辑分析仪定位出错波形数据的方法主要有两种方式，一种是通过抓取运行过程中大量的数据，然后在这些数据中通过其他方法来查找出错误点的位置，该方法费时费力，而且受制于逻辑分析仪存储容量，并不一定每次都可以捕捉到目标波形数据；另一种是通过触发的方式在特定波形数据到来时开始捕捉数据，从而精准地定位目标波形数据。

触发的概念最初出现在模拟示波器上，示波器在设置的特定波形的信号到来时停止采集，并将波形绘制在屏幕上。逻辑分析仪用于分析数字系统时沿用了该概念。

数字系统在运行过程中，大多数情况下数据是连续不断的，逻辑分析仪要显示观测的数据必需被存储下来，而逻辑分析仪的储存深度毕竟有限，这相当于在传输带上抽取一定的数据，抽取的数据量取决于逻辑分析仪的存储深度。通过触发的方式，在特定波形数据信号产生的条件下，观测与其相关的信号在该条件产生的前或(和)后时刻的状态。直观表现就是触发位置的设置。如果触发位置设置为跟踪触发开始，则存储器在触发事件发生时开始储存采集到的数据，直到存储器满；如果选择跟踪触发结束，则触发事件发牛前存储器一直存储采集到的连续数据，直到触发时停止存储，当存储器满而触发事件尚未发生时新数据将自动覆盖最早存储的数据。

2.触发分类

触发方式主要分为以下几大类：

・边沿触发　・定时触发　・码型触发 ・协议触发　・综合触发　・立即触发

其中边沿触发、定时触发、码型触发以及立即触发属于简单触发的范畴，协议触发和综合触发属于复杂触发的范畴。

(1)边沿触发

边沿触发是由通道上的电平前后时刻出现某一跳变引起的触发，主要有上升沿触发、下降沿触发、边沿(上升沿或下降沿)触发等。

对电甲信号的跳变(不管是由低到高还是由高到低)事件进行触发称为边沿触发。 在使用示波器的边沿触发功能时，通过调节示波器上的触发电平旋钮来设置电压比较器的比较电平，示波器在输入电压超过该电平时触发，进行数据采集。逻辑分析仪的边沿触发与示波器的边沿触发类似，但触发电平预置成逻辑门限，高于该门限电压为高电平。低于该门限电压为低电平。尽管逻辑设备都与电平相关，但这些设备的时钟信号和控制信号通常是在有效边沿到来时才对系统起作用，它们一般对边沿敏感。例如通过边沿触发，用户可以在智能设备发出写信号的有效边沿时对总线数据进行采样，这样可以过滤掉操作过程中总线上的无效数据，而单一地针对写过程时信号的数据采集，以确定由智能设备送出的数据正确与否。

(2)定时触发

定时触发包括脉宽触发、延迟触发等。

脉宽触发即某一信号出现宽度大于(小于或等于)指定宽度的脉冲信号时产生触发。 在同步逻辑系统中，有一种非常典型的故障就是在信号通道上的速度较慢的外设引起的定时延迟。例如在一个数字电路中，某些总线因为某些电路设计缺陷的原因造成了总线问的串扰，在数据传输时产生许多错误的毛刺脉冲造成数字器件的误动作，这就有可能在电路中产生各种各样的时序问题。如果用户怀疑有这类问题的存在，则可将逻辑分析仪设置为脉宽触发，如果时钟脉冲为1μs，则可以将逻辑分析仪的触发条件设置为脉宽＜1μs时触发，如果确实存在这样的问题，逻辑分析仪将会捕捉到可能引起电路误动作的毛刺脉冲信号。

延迟触发指在数据流中检测到特定触发字的时候并不产生触发信号，而是等待指定的延时之后再产生触发。延迟触发有两种，一种是触发字到来时延时后触发，即在从检测到触发字开始计时到延时结束：另一种是触发字结束延时后触发，即在检测到的触发字结束后开始计时到延时结束。这两种功能可以有效利用有限的存储容量捕捉所需要的信息。

(3)码型触发

码型触发包括总线数据触发(电平触发)、队列触发等。

总线数据触发是指总线上出现特定数据时候产生触发，电平触发是总线数据触发在总线只有一个通道信号的情况下的特例。例如在数字系统设计中，出现某一寄存器的设置出现错误，就可以使用该功能，将特定寄存器的地址作为触发条件，捕捉对应的数据，查看该错误是否是由于发送数据本身的错误引起。

为使用户使用时更加方便，绝大多数的逻辑分析仪触发数据不仅可用二进制来设置，而且可用十进制、八进制、十六进制甚至ASCII字符设置。在查看4bit倍数宽度的总线时，使用十六进制的触发数据就会比教的方便。很明显如果用二进制设置触发数据，来捕捉32bit宽度的数据总线就没有十六进制表示来得简洁清晰。

(4)协议触发

随着逻辑分析仪的功能不断完善，协议分析与触发在现代的数字设计中得到飞速发展和广泛应用。协议触发是协议分析的伴随产物，简单地说，它根据某一特定的协议的一个特定触发字而进行的触发。

以UART(Universal Asynchronous Receiver／Transmitter,即通用异步收发传输器)协议触发为例。UART协议是数据链路层的协议，可以使用多种不同的物理层协议来传输数据，包括RS-232、RS-422、RS-485串口通信或红外(IrDA)等等。UART协议作为一种低速通信协议，广泛应用于通信领域等各种场合。

异步串口通信协议作为UART的一种，工作原理是将传输数据的每个字符移位传输。图1给出了其工作模式：

其中各位的意义如下：

起始位：先发出一个逻辑“0”的信号，表示传输字符的开始。

数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码，从最低位开始传送。

奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。

停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。

空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。

当需要捕捉UART开始传输的第一个数据就可以使用UART协议中的起始位作为触发条件。当UART开始传输数据时总线上的状态由空闲位变为起始位，表明数据传输开始，逻辑分析仪在该时刻触发，用户就能捕捉到传输的第一个数据。

在虚拟仪器不断发展的今天，协议触发在基于通用PC平台和可编程器件的虚拟仪器上得到了很好地发展，可以分析的协议包括UART、高速SPI、SSI、I2C、MODBUS、Wiegend、1-Wire等，由广州致远电子有限公司生产的系列逻辑分析仪更是支持了包括所有以上非常实用的协议。通过不断地更新现有的PC端的用户软件，生产厂商可以及时解决协议分析触发功 能的bug，不断增强完善旧有的协议触发功能，同时开发新的协议触发功能以适应新的需要，而用户只需要花费很少地代价通过Internet下载生产厂商提供的用户软件，取得授权后使用新的功能而不需要改动硬件设备。

(5)综合触发

综合触发根据逻辑分析仪的设计，实现难度较大。一般分为两类，一类是组合触发，另一类是多级触发。

组合触发是结合多个条件同时满足时进行触发。在触发具有复杂关系信号的时候，通过组合多个条件可以更为精确地捕捉到所需要的数据。例如在数字设计中要捕捉微处理器写入某个地址的数据，就可以组合边沿触发与码型触发，将写信号设置为有效边沿触发，同时设置地址线为特定地址触发，就可以捕捉到所需要的数据。

如果说单独用一个触发字是最简单的触发方式，那么多级触发就是能适应多种触发要求的复杂触发方式。通常可以把上一级触发结果作为下一级触发事件，各触发事件相连构成触发序列，甚至可以在每个事件中使用组合触发。用这种触发序列进行触发，能跟踪更加复杂的程序，无论是对于分析程序的分支、跳转、嵌套和循环还是对于分析其他复杂系统都带来很多方便。

多级触发一般具有复位功能，以便在某种情况下重新开始辨认触发事件序列，多级触发也可以和计数、计时功能配合应用，完成计数统计事件次数和计算响应时间、程序执行时间等。

(6)立即触发

立即触发是一种人工强制触发，也称为手动触发。立即触发是一种无条件的触发，在使用该触发方式时，逻辑分析仪不会搜索任何触发字，只要启动采样就即进行触发，一般是在逻辑分析仪存储器满的时候自动停止采样或有在存储器还未存满的时候有用户手动停止采样，然后并显示数据。由于该方式下观察窗口在数据流中的位置没有规律随机出现的，也有称该触发方式为随机触发。

3.LAB系列逻辑分析仪触发优势

广州致远电子经过了几年的艰苦摸索，出品的LAB系列逻辑分析仪除了拥有以上所有的触发功能以外，更是拥有了自己独到的触发新特性，在逻辑分析仪触发设计上形成了自己强有力的独特行业优势。在定时触发中实现了范围触发，可以限定一个时间范围来触发，触发功能不再局限于单一的等于某个时间宽度，可以实现=、、≤、≥以及相互组合的触发：在码字触发和部分协议触发方面实现了模糊触发，可以运用“?”作为通配符匹配无关的信号；在综合触发领域实现了触发不仅可以进行组合，也可以利用外部信号来控制触发起停，在触发暂停的时候只记录时间而不记录数据，更加有效地利用了有限的存储空间；高速队列触发可以对40级的500MHz的队列进行触发：对于SPI协议最高可以触发到40位(自定义SPI)的200MHz的SPI信号；除此以外，更是独创了可视触发，在波形显示界面，对已经出现过的波形，只需用鼠标框选该波形，并设置为触发条件，软件即会自动设置正确的触发条件，在该波形再次到来时进行触发。

4.结束语

随着数字技术不断进步，软件功能不断增强，更多新技术的出现使得逻辑分析仪的功能日渐强盛，逻辑分析仪必然会在未来的数字设计中占据越来越显要的地位。