Jean-François FOURCADIER
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Utilisation d'un analyseur logique dans le domaine amateur

Découverte de l'analyseur logique HP 16500B

 

Les systèmes de gestion à microprocesseurs et à microcontrôleurs deviennent omniprésents dans les domaines de la radio, de la télévision, de la métrologie, etc... On ne peut plus aujourd'hui imaginer de système de synthèse de fréquence, de télécommande, d'affichage, qui n'ait pas recours à de tels systèmes. Lors des phases de développement et de mise au point le travail est grandement facilité si l'on dispose d'un outil permettant d'examiner les échanges entre le processeur et les divers éléments périphériques : l'analyseur logique. Les erreurs logicielles peuvent être tracées, les signaux logiques erratiques détectés, la performance d'ensemble mesurée.

De plus l'analyseur logique est l'outil de choix pour effectuer un travail de "reverse engineering". Sur un équipement ancien, sans documentation, il devient possible d'étudier dans le détail les échanges entre l'unité centrale et ses périphériques. Le développement de nouvelles cartes compatibles avec le matériel ancien pourra ainsi être facilité.

Nous décrirons ici un analyseur logique un peu ancien, mais très performant, le HP 16500B fabriqué au début des années 1990 par la société Hewlett Packard (aujourd'hui Agilent). Il peut rendre de grands services à l'amateur intéressé par le développement de systèmes à microcontrôleurs.

 

Quelques généralités sur les analyseurs logiques

L'analyseur logique peut être comparé à un gros oscilloscope multivoies à mémoire, spécialisé dans la capture et la visualisation de signaux logiques. Comme l'oscilloscope il présentera l'évolution de niveaux logiques en fonction du temps. Cependant la grandeur présentée ne sera pas une tension, mais seulement une donnée binaire résultant d'une comparaison à un seuil de tension. Par exemple, si la tension présente sur une entrée est supérieure à 2,5 V sur une entrée, l'analyseur logique présentera un niveau 1, dans le cas contraire un niveau 0. Les niveaux intermédiaires ne seront pas représentés.

Il faut souligner deux points forts des analyseurs logiques :

- ils peuvent visualiser l'évolution des niveaux logiques de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de sources simultanément. Les données entrantes peuvent être groupées pour être présentées sous des formes diverses, par exemple sous forme d'octets,
- le déclenchement de l'analyseur peut s'effectuer, au choix de l'utilisateur, selon des critères très élaborés: fronts, apparition d'un octet ou d'un mot donné, d'une séquence quelconque, d'une conjonction d'évènements, faire intervenir des temporisations, etc...

Deux modes d'utilisation peuvent être sélectionnés:

- le mode "timing" qui s'apparente beaucoup au mode de fonctionnement d'un oscilloscope classique. L'axe horizontal représente simplement le temps.

- le mode "state" où la base de temps est fournie par l'horloge du système observé. Les données présentées sont celles capturées aux instants précis des transitions du signal d'horloge. Ce mode de fonctionnement permet de ne mettre en mémoire que les seules données pertinentes d'un système logique, d'optimiser l'utilisation de la mémoire et de faciliter ensuite le travail d'interprétation.

Les données et la configuration peuvent généralement être archivées sur un disque dur interne à l'appareil. Les fichiers de données peuvent ensuite être exportés à des fins de traitement externe.

Présentation de l'analyseur logique HP 16500B

Pour un usage amateur, nous ne considèrerons que des matériels d'occasion raisonablement anciens et proposés à prix modérés. Parmi les plus grands fabricants mondiaux d'analyseurs logiques, dont les matériels sont présents aujourd'hui sur le marché de l'occasion, on peut citer HP/Agilent, Tektronix et Philips/Fluke. Tektronix, avec ses modèles 1240 et 1241, Philips avec sa série PM 3580, ont fabriqué d'excellentes machines qui ont connu une large diffusion. Nous nous arrêterons toutefois sur la production de HP/Agilent leader incontesté du marché, avec sa famille HP 16500 qui a été son produit phare des années 1990.

Dans la famille HP 16500 trois modèles sont apparus successivement: le HP16500A qui ne comporte pas de disque dur et où les fichiers système sont contenus sur une disquette, le HP16500B comportant un disque dur de 85 Mo et le HP16500C où la capacité du disque dur a été portée à 540 Mo. Le système d'exploitation de cette famille d'appareils s'apparente à MS-DOS. A noter sur le HP16500C quelques améliorations de détail : en standard appareil communiquant grâce à un port Ethernet, périphériques (souris, clavier) PS/2 au lieu de HIL, commande de cible (target control), etc....

Comme les autres membres de cette famille, l'analyseur logique HP 16500B est un appareil évolutif et modulaire. Il se compose d'un chassis comportant le système de visualisation et l'alimentation, avec à l'avant un écran tactile couleur, un gros bouton de sélection de fonctions et un lecteur de disquettes 3,5". On trouve à l'arrière cinq logements pouvant accueillir différents types de cartes: cartes d'acquisition, mais aussi carte oscilloscope numérique, générateur de séquence,...

Les commandes s'effectuent au moyen de menus déroulants, accessibles à partir de l'écran tactile ou plus aisément d'une souris. Attention, sur l'analyseur logique HP 16500B, la souris est un modèle spécifique, type HIL.

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A l'allumage de l'appareil, la configuration matérielle apparaît à l'écran sous la forme d'un synoptique:

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Les caractéristiques essentielles des cartes d'acquisition les plus répandues sont les suivantes:

carte
fréquence d'échantillonnage max
nombre d'entrées
par carte
taille
mémoire
mode state
mode timing
HP 16510A
(la plus ancienne)

25 MHz

100 MHz

80

1 k

HP 16550A
100 MHz
250 MHz / 500 MHz
102
8 k / 4 k
HP 16555A
110 MHz
250 MHz / 500 MHz
68
2 M / 1 M
HP 16555D
110 MHz
250 MHz / 500 MHz
68
4 M / 2 M

 

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la carte HP 16550A qui comporte 102 entrées
un logement équipé de la carte HP 16555A

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Comme son nom l'indique, une carte d'acquisition permet de capturer les signaux présents sur ses entrées et de les conserver en mémoire. Les signaux d'entrée peuvent au besoin être associés par groupe de 8, pour être visualisés sous forme d'octets dans leur représentation hexadécimale, ou bien par groupe de 16 pour être présentés sous forme de mots de 16 bits.

Comme nous l'avons vu, le déclenchement de l'analyseur peut s'effectuer, au choix de l'utilisateur, selon des critères très élaborés: fronts, apparition d'un octet ou d'un mot, temporisations, séquence quelconque, conjonction d'évènements,... Un ensemble de macro-instructions facilite la tâche de l'utilisateur. L'ensemble est très convivial, l'utilisation intuitive. De plus les notices d'utilisation sont encore présentes sur le site de Agilent.

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un exemple simple de définition des entrées
un exemple simple de séquence de déclenchement

Le processus interne de mémorisation étant continu, il est bien sûr possible de visualiser les signaux apparaissant après l'instant de déclenchement, mais aussi avant ! Cette possibilité est très intéressante pour comprendre l'origine d'un problème. Bien entendu, la taille mémoire conditionne la durée de l'historique qui est mémorisé.

Enfin, il est possible d'imprimer les images sur une imprimante externe ou bien de sauvegarder celles-ci au format TIF soit sur une disquette, soit sur le disque dur de l'analyseur. Les copies d'écran qui figurent dans le présent article ont été obtenues au moyen de cette fonctionnalité.

 

Un exemple simple d'utilisation

A titre d'exemple, connectons notre analyseur logique sur les connecteurs internes à un émetteur-récepteur Alcatel ATR2680 afin d'observer les signaux transmis par le microcontrôleur d'origine à la platine synthétiseur:

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Paramètrons ensuite l'analyseur: entrées logiques utilisées, seuils, affectation d'étiquettes aux signaux, critère de déclenchement:

 

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A l'allumage de l'émetteur-récepteur, la séquence d'initialisation des synthétiseurs émission et réception apparaît ! Muni de la documentation du circuit intégré PLL, le spécialiste pourra facilement déterminer les fréquences de fonctionnement de l'appareil !

 

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On observera à droite une représentation dilatée, avec présence des curseurs temporels qui permettent d'effectuer des mesures de temps précises.

 

Où se procurer un analyseur logique ?

Les analyseurs logiques sont des systèmes qui évoluent rapidement (fonctionnalités, vitesse) et qui connaissent donc, chez les industriels exigeants, une durée de vie courte. Il existe un déséquilibre important entre l'offre et la demande de matériel de deuxième main. Comme on peut l'observer sur les sites de vente en ligne, le marché de l'occasion est particulièrement déprimé. Conséquence immédiate: les prix de vente ne représentent qu'une très faible fraction de leur prix neuf et les prix sont au bout du compte principalement déterminés par les acheteurs.

Avec les précautions d'usage, on pourra aisément se procurer un analyseur logique à prix modéré sur les grands sites d'enchères en ligne (EBay, ...). A considérer également les magasins traditionnels de vente de matériel d'occasion qui proposent souvent d'excellentes machines. Attention aux accessoires ! Il faut dans tous les cas privilégier les offres incluant, outre le chassis de base, les cartes d'acquisition, nappes de liaison, pods, dispositifs de connexion, etc... Vérifier également la présence des logiciels système. Leur recherche ultérieure pourrait s'avèrer problématique et interdire le fonctionnement de l'appareil.

 

Conclusion

L'analyseur logique est un instrument très utile pour tous ceux qui développent des applications à microprocesseurs ou à microcontrôleurs. Il permet de détecter et de corriger rapidement les anomalies, d'améliorer les temps de conception et au bout du compte de développer des systèmes plus performants.

 

allumons nos fers à souder !

73 de Jean-François Fourcadier, F4DAY

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