力学哥工程师分享：使用PicoScope4424示波器测量eMMC功耗 Datalight-PicoTech英国比克科技

力学哥工程师分享：使用PicoScope4424示波器测量eMMC功耗 Datalight-PicoTech英国比克科技

力学哥引言
Datalight 这家公司专门从事嵌入式系统相关的软件开发，他们有一套移动终端设备的数据存储方案，用来保证手机、笔记本、电脑医疗设备、汽车设备等等的数据安全。
Cameron Dahl，是一名华盛顿大学的电子工程系应届生，他在Datalight实习期间，参与了一项存储系统功耗对比的项目，本文是他自述的一段测试经历：使用PicoScope 4424示波器测试eMMC功耗的过程，并给出了测试结果。以下是Dahl提供的报告：
项目概览
Datalight开发了一种容错的文件系统，以及一些提升eMMC性能的驱动，供移动设备使用。最初我被分配的一项任务是：给好几种不同的eMMC闪存模块测量功耗，对比使用Datalight软件前后的提升，给市场部门提供一些图表方便宣传展示。

图1：PicoScope 4424 测试eMMC案例
收集数据
从一开始我就在想怎么从移动设备收集数据，有效地表征eMMC的功耗，为了模仿真实的应用，我先在使用Datalight文件系统的Linux上运行性能跑分软件，结果会在命令行或者图形界面里面显示出来。
然后，我再测试了一组使用标准Linux文件系统的情况，对比它和Datalight之间的区别。
eMMC卡通常使用一个很小的方形封装，它可以直接焊接到PCB上面，也可以跟USB-SD读卡器连接。封装的尺寸有3种，每种的读卡器都不相同，大部分的读卡器都没有把Vcc供电引脚印出来，他们基本上都是当作SD卡槽来用的。另外一些有Vcc引出的读卡器，会带有一个两针的跳线，他们就是专门用来测量eMMC功耗用的。
在测试过程中，我用到了两个读卡器的型号，MicronNumonyx 和SamDisk iNAND，他们都引出了Vcc信号，我在Vcc跳线的两根针之间插入一个1Ω的电阻，借此测量功耗。
通过这种方法，我测试了许多种不同的eMMC卡，并且把它们的功耗做了对比。
测量功耗
上面已经提到我用了1Ω电阻，测量两端的压差然后反算电流。实际测试时，我用两根示波器的表笔分别测量电阻两端的电压。当然，为了测试报告好看，最终的结果还需要换算成功率数值。eMMC的供电电压大约是3.315V，所以最终eMMC功耗是：Pr= i x 3.315 – i*i 其中i是电流值。
大量数据怎么办
刚开始我是用Excel来收集数据的，后来发现它最多只能存100万行左右，而我需要记录500万个数据点，直接把数据保存成Excel格式行不通。所以我用了一个开源软件CSVed，每次记录100万个数据，分5次记录，然后把它们拼起来。

图2：CSVed测试结果记录界面
测试设备方面，我曾尝试用自己熟悉的TektronixMSO/DPO 2000系列，把数据保存成csv格式，同时保留波形截图。但是很快就遇到了问题：
虽然我可以用Tektronix示波器抓到500万个数据点，但是不幸地是当我抓取这么长时间波形的时候，采样率就变得太低了。我理想的测试时长是15分钟甚至更长，在这个过程当中，我不但要记录整段的功耗波形，还需要放大去分析局部的一些细节，比如在eMMC进行读写操作的时候对应的功耗变化。换句话说我需要示波器在记录长时间波形的同时，采样率也足够高。

图3：Tektronix 波形截图
另外，每测量一组结果我都要把数据和截图用优盘导入到电脑上，这非常耗时，在后面进行大量测试的时候这会浪费很多时间，所以我开始调研有没有基于PC控制的示波器。
入手PicoScope
后来我查到了PicoTechnology，在官网上我浏览了各种PicoScope的型号，然后一个本地的代理商给我讲解了它们各自的特点和区别。在我的测试应用里面，Tektronix只能工作在12.5KS/s采样率下，归根结底是存储深度的限制。而PicoScope同档次的产品存储深度可以达到Tektronix的10倍以上，因此记录同样长度的时间，采样率也就能高出10倍。
我立刻向Datalight公司申请买一台PicoScope 4424, 一个星期就到货了。
PicoScope软件界面很好用，所以从硬件到软件都比Tektronix 那一台好太多了。我可以一次记录更长的时间，更多的波形，把数据保存到PC的过程也简便了许多。这一下子就解决了我之前遇到的所有问题。
用了PicoScope以后，在保证采样率足够的前提下，我的测试流程时间提高到了7-10分钟，这在原来的Tektronix示波器上是办不到的。并且PicoScope软件还提供了一个自动保存截图的功能，每一组测试完成，就会自动保存一张截图到硬盘，在运行过程中实时自动保存，保证数据、截图顺序依次存储，比手动保存可靠方便。

图4：PicoScope 波形截图
测试流程
我的Datalight性能测试流程有两种，分别叫FSStress（数据库仿真）和BDevTest（底层块传输性能工具），跑分软件在Linux平台上用的是IOmeter，Android上面用的是RLBenchmark.Android上面的测试要求更精细，需要分别测量每个eMMC模块的功耗以及整板的功耗。
此外我还测试了整板的供电压降，对于eMMC而言，一点小小的压降都会导致卡识别不出来。（因涉及公司商业秘密，未贴出电流测试对比图）
总结
PicoScope 成功地帮助我测量并整理了eMMC的功耗数据，这些结果直观准确地反映了Datalight对于eMMC的功耗提升。PicoScope让我能够长时间地记录准确的电流波形，软件强大的功能直接可以换算功率数值，不需要再等待Excel漫长的计算过程。所以于我而言，PicoScope真的是最理想的测试设备。我想将来我会一直用它，并且也强烈推荐给你们。