Cracker-S1
Cracker-S1是一款专门针对嵌入式芯片的侧信道采集工具，单台设备即可实现高质量侧信道信号采集。支持UART、SPI、I2C、CAN（开发中）等常用通信协议，板载12bit高精度ADC芯片，采样率最高可达65MSamples/S，支持同步采样功能。设备采用网络接口方便组网和远程控制，设备支持PoE（Power over Ethernet）方式供电。
主要指标
-
Nut Socket：- UART、SPI、I2C、CAN
- 时钟信号，4MHz、8MHz、12MHz、24MHz
- 复位信号
- 供电电压2.0V至4.1V，步进0.1V
-
信号采集
- 板载12bit高精度双通道ADC芯片
- 采样率：65MHz、48MHz、24MHz、12MHz、8MHz，可同
Nut Socket时钟匹配实现同步采样 - 采样时钟相位调节：0°至360°，可同
Nut Socket时钟匹配实现精细化同步采样 - 通道A可外接电磁探头，用于采集电磁信号
- 通道B连接板载功耗采集电路，用于采集Nut功耗
-
触发
- Nut触发，通过Nut GPIO信号确定触发时刻
- 通信协议触发，在最后一个字节传输时触发
- 电平触发
-
千兆以太网控制接口
-
OLED显示
-
供电方式
- POE供电（推荐）
- 12V适配器供电
供电
Cracker-S1支持2种供电方式：
- 通过POE交换机供电。
- 通过DC接口插入12V 2A直流电源。
Nut Socket
Nut Socket用于接入待测芯片测试板，定义了各个接口功能。
| 标识 | 功能 |
|---|---|
| VCC | 连接DUT芯片VCC管脚，用于向DUT芯片供电，同时可采集DUT芯片的功耗变化。 供电电压变化范围2V至4.1V，步进0.1V。 |
| VCC | 同上 |
| VCC | 同上 |
| VCC | 同上 |
| NC | 未使用 |
| NC | 同上 |
| NC | 同上 |
| NC | 同上 |
| GND | 连接DUT芯片GND管脚 |
| GND | 同上 |
| GND | 同上 |
| GND | 同上 |
| RFU | 未使用 |
| CLK | 连接DUT芯片CLK管脚，用于向DUT提供时钟信号。 |
| RSTN | 连接DUT芯片RSTN管脚，用于复位DUT芯片。 |
| GP8 | 用户自定义管脚。 |
| GP7 | 同上 |
| GP6 | 同上 |
| GP5 | 同上 |
| GP4 | 同上 |
| GP3 | 同上 |
| GP2 | 同上 |
| GP1 | 同上 |
| RFU | 未定义 |
| U_TX | UART协议TX管脚，向DUT芯片发送数据。 |
| U_RX | UART协议RX管脚，接收DUT芯片发送数据。 |
| SPI_CS | SPI协议CS管脚，片选功能。 |
| SCK | SPI协议SCK管脚，通信时钟。 |
| MISO | SPI协议MISO管脚，接收DUT发送数据。 |
| MOSI | SPI协议MOSI管脚，向DUT芯片发送数据。 |
| SDA | I2C协议SDA管脚，同DUT芯片交互数据。 |
| SCL | I2C协议SCL管脚，通信时钟。 |
| CAN_L | CAN协议L管脚。 |
| CAN_H | CAN协议H管脚。 |
| RFU | 未定义 |
信号采集
Cracker-S1支持功耗信号、电磁信号采集功能，板载高精度ADC芯片支持2路信号输入：
- 通道A可连接电磁探头用于采集Nuts电磁信号。
- 通道B可采集Nuts功耗信号。
电磁信号采集
通道A用于采集电磁信号，电磁探头经信号放大器后接入通道A，通道A输入信号经可变增益放大电路进入ADC芯片，电磁探头可配合三轴定位台使用。
功耗信号采集
通道B用于采集功耗信号，Nut 电源VCC上的电压变化由功耗测量电路捕获，功耗信号经由固定增益放大电路和可变增益放大电路后进入ADC芯片。
通信
UART
uart_enable()
(status, none) = uart_enable(enable=False)
功能：
配置UART接口是否使能，如关闭，相应管脚配置为三态输入状态。
参数
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| enable | False | 是否使能UART接口。 True：使能UART接口； False：关闭UART接口，相应管脚配置为三态输入状态。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
注意
- 使能UART通信功能，需确保UART使能和对Nut芯片供电同时开启。
uart_reset()
(status, none) = uart_reset()
功能：
复位UART硬件。
参数
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| none |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
uart_config()
(status, none) = uart_config(baudrate=115200, bytesize=uart.EIGHTBITS, parity=uart.PARITY_NONE, stopbits=uart.STOPBITS_ONE)
功能：
配置UART接口参数。
参数
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| baudrate | 115200 | 串口通信波特率，支持速率：9600/ 19200/ 38400/ 57600/ 115200 | |
| bytesize | 8 | 串口通信数据位。 8 uart.FIVEBITS: 5 uart.SIXBITS: 6 uart.SEVENBITS: 7 uart.EIGHTBITS: 8 | |
| parity | uart.PARITY_NONE | 校验位 uart.PARITY_NONE: 0 uart.PARITY_EVEN: 1 uart.PARITY_ODD: 2 uart.PARITY_MARK: 3 uart.PARITY_SPACE: 4 | |
| stopbits | uart.STOPBITS_ONE | 停止位 uart.STOPBITS_ONE: 0 uart.STOPBITS_ONE_POINT_FIVE: 1 uart.STOPBITS_TWO: 2 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
uart_transmit_receive()
rxData = uart_transmit_receive(txData, rxCount, isTrigger=False, timeOutMs=10000)
功能：
通过UART接口发送数据，等待一段时间后，接收数据，根据用户配置决定是否产生Trigger信号。
参数：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| txData | none | 要发送数据，bytes或十六进制字符串。 | |
| rxCount | 0 | 要接收数据长度。 | |
| isTrigger | False | 接收完成时是否产生触发信号。 True：接收完成时，Trigger信号拉高 False：接收完成时，Trigger信号不变。 | |
| timeOutMs | 10000 | 超时时间，单位毫秒。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 | |
| rxData | none | 接收到的数据。 |
uart_receive_fifo_remained()
(status, size) = uart_receive_fifo_remained()
功能：
返回UART接收FIFO剩余未读字节数。
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 | |
| size | 0 | 当前UART接收FIFO中剩余未读的字节数。 |
uart_receive_fifo_dump()
(status, payload) = uart_receive_fifo_dump()
功能：
读取UART接收FIFO中剩余的所有数据。
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 | |
| payload | 0 | UART接收FIFO中剩余的所有数据。 |
uart_receive_fifo_clear()
(status, none) = uart_receive_fifo_clear()
功能：
清除UART接收FIFO中剩余的所有数据。
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
SPI
spi_enable()
(status, none) = spi_enable(enable=False)
功能：
配置SPI接口是否使能，如关闭，相应管脚配置为三态输入状态。
参数
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| enable | False | 是否使能SPI接口。 True：使能SPI接口； False：关闭SPI接口，相应管脚配置为三态输入状态。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
注意
- 使能SPI通信功能，需确保SPI使能和对Nut芯片供电同时开启。
spi_reset()
(status, none) = spi_reset()
功能：
复位SPI硬件。
参数
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| none |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
spi_config()
(status, none) = spi_config(speed=10000, cpol=spi.CPOL_LOW, cpha=spi.CPHA_LOW)
功能：
配置SPI接口参数。CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）与实际采样数据时刻如下图所示，其中蓝色线为采样数据的时刻，橙色线为SCK时钟信号。
参数
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| speed | 10,000 | 通信速率，默认10kHz，同CFG_PROTOCOL寄存器中PSC关系为：speed=(100×10^6)/(2*PSC) | |
| cpol | spi.CPOL_LOW | 时钟极性。 spi.CPHA_LOW: 0 spi.CPHA_HIGH: 1 | |
| cpha | spi.CPHA_LOW | 时钟相位 spi.CPHA_LOW: 0 spi.CPHA_HIGH: 1 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
spi_transmit()
(status, none) = spi_transmit(txData, isTrigger = False)
功能：
通过SPI接口发送bytes型数据txData，根据isTrigger决定在数据发送后是否产生触发信号。
参数：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| txData | 0 | 要发送数据，bytes或十六进制字符串。 | |
| isTrigger | False | 发送完成时是否产生触发信号。 True：发送完成时，Trigger信号拉高 False：发送完成时，Trigger信号不变。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
spi_receive()
(status, rxData) = spi_receive(rxCount, isTrigger=False)
功能：
通过SPI接口读取rCount个bytes型数据，根据isTrigger决定在数据接收后是否产生触发信号。
参数：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| rxCount | 0 | 要读取数据字节长度。 | |
| isTrigger | False | 接收完成时是否产生触发信号。 True：接收完成时，Trigger信号拉高 False：接收完成时，Trigger信号不变。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 | |
| rxData | none | 接收到的数据。 |
spi_transmit_delay_receive()
(status, rxData) = spi_transmit_delay_receive(txData, delay, rxCount, isTrigger=False)
功能：
通过SPI发送bytes型数据txData，等待delay后（单位10ns），读取rxCount长度数据
参数：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| txData | 0 | 要发送数据，bytes或十六进制字符串。 | |
| delay | 1000 | 发送和接收之间的延时，单位10纳秒。 | |
| rxCount | 0 | 要读取数据字节长度。 | |
| isTrigger | False | 发送完成时是否产生触发信号。 True：发送完成时，Trigger信号拉高 False：发送完成时，Trigger信号不变。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 | |
| rxData | none | 接收到的数据。 |
spi_transceive()
(status, rxData) = spi_transceive(txData, isTrigger=False)
功能：
通过SPI接口发送bytes型数据txData，同时返回与txData等长的数据rxData；
参数：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| txData | 0 | 要发送数据，bytes或十六进制字符串。 | |
| isTrigger | False | 发送完成时是否产生触发信号。 True：发送完成时，Trigger信号拉高 False：发送完成时，Trigger信号不变。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 | |
| rxData | none | 接收到的数据。 |
I2C
i2c_enable()
(status, none) = i2c_enable(enable=False)
功能：
配置I2C接口是否使能，如关闭，相应管脚配置为三态输入状态。
参数
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| enable | False | 是否使能I2C接口。 True：使能I2C接口； False：关闭I2C接口，相应管脚配置为三态输入状态。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
注意
- 使能UART通信功能，需确保UART使能和对Nut芯片供电同时开启。
i2c_reset()
(status, none) = i2c_reset()
功能：
复位I2C硬件。
参数
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| none |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
i2c_config()
(status, none) = i2c_config(devAddr=0x00, speed=i2c.STANDARD_100K)
功能：
配置I2C接口参数。
参数
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| devAddr | 0x00 | I2C通信设备地址，低7bit有效。 | |
| speed | i2c.STANDARD_100K | 通信速率。 i2c.STANDARD_100K: 0i2c.FAST_400K: 1i2c.FAST_PLUS_1M: 2i2c.HIGH_SPEED_3400K: 3i2c.ULTRA_FAST_5M: 4 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
i2c_transmit()
(status, none) = i2c_transmit(txData, isTrigger = False)
功能：
通过I2C接口发送N个bytes型数据txData，设备地址使用i2c_config()配置的地址。
参数：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| txData | 0 | 要发送数据，bytes或十六进制字符串。 | |
| isTrigger | False | 发送完成时是否产生触发信号。 True：发送完成时，Trigger信号拉高 False：发送完成时，Trigger信号不变。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 |
i2c_receive()
(status, rxData) = i2c_receive(rxCount, isTrigger = False)
功能：
通过I2C接口接收bytes型数据rData。
参数：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| rxCount | 0 | 要读取数据字节长度。 | |
| isTrigger | False | 接收完成时是否产生触发信号。 True：接收完成时，Trigger信号拉高 False：接收完成时，Trigger信号不变。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 | |
| rxData | none | 接收到的数据。 |
i2c_transmit_delay_receive()
(status, rxData) = i2c_transmit_delay_receive(txData, delay, rxCount, isTrigger=False)
功能：
通过I2C接口发送bytes型数据txData，等待delay后（单位10ns），读取rxCount长度数据。
参数：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| txData | 0 | 要发送数据，bytes或十六进制字符串。 | |
| delay | 1000 | 发送和接收之间的延时，单位10纳秒。 | |
| rxCount | 0 | 要读取数据字节长度。 | |
| isTrigger | False | 发送完成时是否产生触发信号。 True：发送完成时，Trigger信号拉高 False：发送完成时，Trigger信号不变。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 | |
| rxData | none | 接收到的数据。 |
i2c_transceive()
(status, rxData) = i2c_transceive(txData, rxCount, isTrigger=False)
通过I2C接口发送bytes型数据txData，读取rxCount长度数据。
参数：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| txData | 0 | 要发送数据，bytes或十六进制字符串。 | |
| delay | 1000 | 发送和接收之间的延时，单位10纳秒。 | |
| rxCount | 0 | 要读取数据字节长度。 | |
| isTrigger | False | 发送完成时是否产生触发信号。 True：发送完成时，Trigger信号拉高 False：发送完成时，Trigger信号不变。 |
返回：
| 参数 | 默认值 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| status | 0 | 执行状态。 | |
| rxData | none | 接收到的数据。 |
开发
核心板
核心板采用芯驿电子科技（上海）有限公司的AC7Z020。
| 指标 | 参数 |
|---|---|
| 核心板 | AC7Z020 |
| FPGA 型号 | XA7Z020-1CLG400I / XC7Z020-2CLG400I |
| 内核 | 双核 ARM Cortex-A9 |
| 内存 | DDR3 1GB，32bit 总线，数据速率 1066Mbps |
| 芯片级别 | 工业级，工作温度 -40°C~85°C |
| 逻辑单元数 | 85K |
| 查找表 | 53,200 |
| 触发器 | 106,400 |
| DSP slice | 220 |
| Block RAM | 4.9Mb |
| PS MIO | 48个 |
| PLIO | 120个 |
JTAG
核心板JTAG管脚，可以用于核心板功能开发和调试。
USB Mini
核心板PS串口输出，用于监测设备运行状态，串口配置参数。
| 波特率 | 数据位 | 校验位 | 停止位 |
|---|---|---|---|
| 115200 | 8 | None | 1 |