Teste sistemas USB Type-C com USB Type-C ConnEx

Artigo
07/08/2024

Este tópico fornece diretrizes para automatizar o teste de sistemas, dispositivos, encaixes com conectores USB Type-C e sua interoperabilidade com o sistema operacional Windows. Você pode testar hardware que pertence a uma das seguintes categorias:

Sistema: desktops, laptops, tablets, servidores ou telefones que executam um SKU de uma versão do sistema operacional Windows com uma porta USB Type-C exposta.
Dock: qualquer dispositivo USB Type-C que exponha mais de uma porta.
Dispositivo: qualquer dispositivo USB com uma porta Type-C que pode ser conectada a um sistema ou dock. Essa categoria inclui dispositivos USB tradicionais, bem como dispositivos que dão suporte aos modos acessório e alternativo, conforme definido na especificação USB Type-C.

Especificações e procedimentos

Procedimentos de teste de interoperabilidade xHCI

A placa de hardware MUTT Connection Exerciser Type-C (USB Type-C ConnEx) é uma blindagem personalizada para a placa Arduino. O escudo fornece um switch quatro para um para automatizar testes de interoperabilidade para cenários USB Type-C.

Requisitos de hardware

Para executar os procedimentos de teste de interoperabilidade USB Type-C usando o USB Type-C ConnEx versão 2, você precisa:

Sistema em teste (SUT)

Desktops, laptops, tablets, servidores ou telefones com pelo menos uma porta USB Type-C exposta.
USB Type-C ConnEx

O dispositivo tem uma porta USB Type-C macho (rotulada J1) à qual o SUT está conectado. O dispositivo também possui quatro outras portas USB (rotuladas como J2, J3, J4, J6) às quais podem ser conectados dispositivos que atuam como periféricos ao SUT. O dispositivo monitora a amperagem e voltage sendo extraídos do SUT. Você pode comprar o hardware necessário no MCCI.
Dispositivos USB periféricos

Qualquer dispositivo USB com uma porta USB Type-C que possa ser conectada ao SUT. Essa categoria inclui dispositivos USB tradicionais e outros dispositivos que dão suporte aos modos acessório e alternativo, conforme definido na especificação USB Type-C.
Cabo Micro-USB para USB A

Você usará este cabo para conectar seu USB Type-C ConnEx a um PC para alimentação e comunicação (se o seu SUT tiver uma porta USB A, é aqui que você o conectará).
Controlador de proxy

O USB Type-C ConnEx pode ser controlado usando um proxy para executar os testes se o SUT não tiver uma porta USB A. O controlador proxy deve ser um PC desktop secundário ou um laptop.

O controlador proxy se comunica (com um SUT móvel) com o microcontrolador para carregar o firmware usando uma porta USB secundária.

Requisitos de hardware para versões mais antigas

Para executar os procedimentos de teste de interoperabilidade USB Type-C usando o USB Type-C ConnEx versão 2, você precisa:

Sistema em teste (SUT)

Desktops, laptops, tablets, servidores ou telefones com pelo menos uma porta USB Type-C exposta.
Arduino Mega 2560 R3

O Arduino Mega 2560 R3 é usado como microcontrolador para a configuração de teste.
Adaptador de energia para o microcontrolador Arduino Mega 2560 R3.
USB Type-C ConnEx

A blindagem tem uma porta USB Type-C macho (rotulada como J1) à qual o SUT está conectado. O escudo também possui quatro outras portas USB (rotuladas como J2, J3, J4, J6) às quais podem ser conectados dispositivos que atuam como periféricos ao SUT. A blindagem monitora a amperagem e a tensão sendo extraídas do SUT. Você pode comprar esta placa na MCCI ou JJG Technologies.
Cabo USB A-to-B

Você usará este cabo para conectar um PC ao microcontrolador para atualizar o firmware no microcontrolador para executar testes.
Dispositivos USB periféricos

Qualquer dispositivo USB com uma porta USB Type-C que possa ser conectada ao SUT. Essa categoria inclui dispositivos USB tradicionais e outros dispositivos que dão suporte aos modos acessório e alternativo, conforme definido na especificação USB Type-C.
Carregador USB

USB Type-C que dá suporte aos requisitos atuais do USB Type-C e, opcionalmente, ao USB Power Delivery. Você também precisa de um carregador USB Micro-B para J6.
Controlador de proxy

O USB Type-C ConnEx pode ser controlado usando um proxy para executar os testes. O controlador proxy pode ser uma destas entidades:
- PC de mesa secundário ou laptop.
  
  O controlador proxy se comunica com um SUT móvel, o microcontrolador para carregar o firmware.
- SUT usando uma porta USB secundária.
- SUT usando um conector de áudio de 3,5 mm.
  
  Nesta configuração, você precisa:
  - Blindagem DTMF para executar testes em SUTs com uma única porta USB Type-C. O DTMF fornece a capacidade de controlar a blindagem de um dispositivo de porta única com um conector de áudio após a conclusão do flash inicial do firmware.
  - Cabo de áudio macho-macho de 4 pinos usado para conectar a blindagem DTMF ao SUT. Isso permite que o SUT controle a blindagem USB Type-C durante o teste.

Requisitos de software

Certifique-se de atender a estes requisitos:

Seu SUT deve ter a versão do sistema operacional Windows com a qual você deseja testar a interoperabilidade.
O controlador proxy deve estar executando Windows 10.
Baixe e instale o pacote de software MUTT mais recente no controlador proxy. O pacote é um conjunto de ferramentas usadas para executar testes com USB Type-C ConnEx. Inclui utilitários para atualizar o firmware, alternar entre as portas periféricas e enviar solicitações para simular casos de teste. Ele também contém pacotes de driver de teste que testam a funcionalidade dos barramentos, seu controlador e dispositivos conectados ao barramento.
Para sistemas baseados em UCSI, recomendamos testar com algumas configurações adicionais para ajudar a descobrir bugs de firmware UCSI. Essa configuração tornará os problemas de firmware UCSI detectáveis e é altamente recomendada apenas para fins de teste. Consulte Depuração de falhas de firmware USCI nesta postagem do blog.
A instalação das ferramentas de teste requer uma janela de comando elevada.

Para abrir uma janela de comando com privilégios elevados, o usuário deve ser membro do grupo Administradores no controlador de proxy. Para abrir uma janela elevada do Prompt de Comando, crie um atalho na área de trabalho para Cmd.exe, selecione e segure (ou clique com o botão direito do mouse) no atalho Cmd.exe e selecione Executar como administrador.

Ferramentas USB Type-C ConnEx

Aqui estão as ferramentas no pacote de software MUTT que são específicas para USB Type-C ConnEx

Ferramenta	Descrição
ConnExUtil.exe	Ferramenta de linha de comando para exercitar os recursos USB Type-C ConnEx.
CxLoop.cmd	Conecta e desconecta cada porta uma vez.
CxStress.cmd	Roteiro de estresse aleatório.
CxPower.cmd	Captura dados de energia (tensão e amperagem) durante um período de tempo e envia a saída para um arquivo CSV.

Para obter informações sobre todas as outras ferramentas, consulte Ferramentas no pacote de software MUTT.

Comece com a versão mais recente

Siga este procedimento para configurar seu ambiente de teste.

(foto da nova configuração)

A configuração será semelhante a esta imagem. Observe que a porta Micro-USB no dispositivo fornece controle sobre USB Type-C ConnEx quando conectado a um PC.

Nestas etapas, você conectará as peças de hardware, atualizará o firmware no microcontrolador e validará a instalação.

Conecte o micro-usb na parte traseira do ConnEx e o USB A no controlador proxy (SUT, se disponível).
Atualize o dispositivo com o firmware USB Type-C ConnEx.
- Abra uma janela do prompt de comando elevado.
- Navegue até o local do pacote de software MUTT, como C:\Arquivos de Programas (x86)\USBTest\<arch>.
- Execute o comando a seguir:
  
  ConnExUtil.exe –UpdateFirmware
Conecte o SUT usando o cabo USB Type-C conectado na parte traseira do dispositivo.
Conecte os periféricos às portas USB identificadas como J2, J3, J4, J6.
Certifique-se de que o dispositivo seja reconhecido pelo Gerenciador de dispositivos em seu controlador de proxy (SUT, se disponível).

Introdução a versões mais antigas

Siga este procedimento para configurar seu ambiente de teste.

Diagrama de uma configuração USB Type-C ConnEx.

A configuração deve ser semelhante a esta imagem. Observe que a porta USB Type-C no microcontrolador fornece controle sobre USB Type-C ConnEx quando conectado a um PC.

Nestas etapas, você conectará as peças de hardware, atualizará o firmware no microcontrolador e validará a instalação. A blindagem DTMF fornece controle sobre USB Type-C ConnEx quando conectado à porta de áudio de um telefone ou tablet.

Conecte o microcontrolador à blindagem USB Type-C.

Se o USB Type-C ConnEx não tiver sido montado, continue com a etapa 1. Se o seu USB Type-C ConnEx foi montado, prossiga para a etapa 2.

Cuidado

Esta etapa deve ser executada com cuidado, pois os pinos se dobram facilmente.
1. Alinhe os pinos da blindagem USB Type-C com os receptores no microcontrolador, certificando-se de que as placas estejam niveladas entre si.
2. Pressione suavemente as duas placas juntas. Tenha cuidado para não dobrar os pinos da blindagem.
  
  Sua unidade montada deve ser semelhante a esta imagem:
Ligue o USB Type-C ConnEx a partir do microcontrolador conectado usando o USB Type-B (conectado ao controlador proxy) ou de um adaptador de energia externo. O display LCD é semelhante a esta imagem:

Após cinco segundos, o display LCD mostra a corrente e a tensão.

Se você não ver a tela como mostrado na imagem anterior, certifique-se de ter montado a unidade corretamente.
Atualize o microcontrolador com o firmware USB Type-C ConnEx.
- Abra uma janela do prompt de comando elevado.
- Navegue até o local do pacote de software MUTT, como C:\Arquivos de Programas (x86)\USBTest\<arch>.
- Execute o comando a seguir:
  
  MuttUtil.exe –UpdateTabFirmware
Conecte o SUT à porta USB Type-C macho (identificada como J1) na blindagem.

Cuidado O conector J1 requer suporte adicional ao conectar o SUT. O conector não é robusto o suficiente para suportar o peso de um dispositivo ou sozinho.
Conecte os periféricos às portas USB identificadas como J2, J3, J4, J6.
Conecte o controlador proxy ao microcontrolador.
- Se o controlador proxy for um PC desktop ou laptop, estabeleça a conexão por USB. Conecte a porta USB Type-B no microcontrolador a uma porta USB no controlador proxy, conforme mostrado na imagem anterior.
- Se o controlador proxy for um SUT móvel, estabeleça a conexão usando a porta de áudio. Para esta conexão, você precisa do escudo DTMF.
  1. Conecte a blindagem DTMF à unidade montada, conforme mostrado nesta imagem:
  2. Conecte a porta de áudio da blindagem à porta de áudio no SUT usando um cabo de áudio macho para macho de 4 pinos.
    
    Sua configuração deve ser semelhante a esta imagem:
Certifique-se de que o USB Type-C ConnEx seja reconhecido pelo Gerenciador de dispositivos no controlador de proxy.
1. Clique com o botão direito do mouse no botão Iniciar na barra de tarefas e selecione Gerenciador de Dispositivos.
2. Expanda o nó Portas (COM e LPT) e observe a porta COM usada pelo microcontrolador. Neste exemplo, ele está conectado ao COM 4.

ConnExUtil.exe

Aqui estão as opções de linha de comando que ConnExUtil.exe suporta para controlar a placa USB Type-C ConnEx.

Caso de uso	Opção	Descrição
Descoberta de dispositivos Listar todos os dispositivos conectados ao USB Type-C ConnEx	/list	Para dispositivos conectados por USB, essa opção lista o caminho da instância do dispositivo. Para dispositivos conectados por áudio, ele mostra Áudio. Para exibir dispositivos de áudio, use isso em combinação com o parâmetro /all . Listas com índice baseado em 1 que podem ser usadas para entrada no /# parâmetro.
Seleção de dispositivos Selecione todos os dispositivos conectados ao USB Type-C ConnEx, incluindo áudio.	/all	Opcional. Sem esse parâmetro, o utilitário endereça dispositivos conectados por USB. Use este parâmetro somente se um dispositivo conectado de áudio estiver em uso. A descoberta de áudio é demorada e desabilitada por padrão.
Seleção de dispositivos Selecione um dispositivo específico conectado ao USB Type-C ConnEx 'n'.	/#n	Opcional. A entrada n é um índice baseado em 1 dos dispositivos disponíveis conectados ao USB Type-C ConnEx que pode ser exibido usando o parâmetro /list . Sem esse parâmetro, o comportamento padrão é executar cada comando em todas as placas USB Type-C ConnEx.
Comando do dispositivo	/setPort p	Mude para a porta especificada p. Conecte uma porta especificando o número (1 – 4) ou pelo nome (J2, J3, J4, J6). 0 desconecta todas as portas.
Comando do dispositivo	/getPort	Leia a porta conectada no momento.
Comando do dispositivo Leia as informações de amperagem/tensão.	/Volts /Ampères /Versão	Leia a tensão atual. Leia a amperagem atual. Leia a versão do dispositivo.
Comando do dispositivo Ative o SuperSpeed.	/SuperSpeedOn	Habilita o SuperSpeed globalmente para conexões atuais e futuras até que um comando /SuperSpeedOff seja enviado. O SuperSpeed é ativado por padrão. Se o SuperSpeed estiver desativado e a porta 1 ou 2 estiver conectada, esse comando acionará uma reconexão no SuperSpeed.
Comando do dispositivo Desativar SuperSpeed	/SuperSpeedOff	Desativa o SuperSpeed globalmente para conexões atuais e futuras até que um comando /SuperSpeedOn seja enviado ou o dispositivo seja redefinido. Se o SuperSpeed estiver ativado e a porta 1 ou 2 estiver conectada, esse comando acionará uma reconexão com as linhas do SuperSpeed desativadas.
Definir atraso do comando	/setDelay	Define o atraso do comando t em segundos. Definir um atraso de comando fará com que o próximo comando /setPort ou /SuperSpeed{On/Off} seja atrasado em t segundos, onde t varia de 0 a 99. Esta é uma configuração única, apenas o próximo comando é atrasado. Não há suporte para o envio de vários comandos antes que o temporizador de atraso expire.
Definir o tempo limite de desconexão em milissegundos	/setDisconnectTimeout t	Defina um tempo limite de desconexão para o próximo comando /setPort diferente de zero. No próximo evento de conexão, a porta permanecerá conectada apenas por t milissegundos antes de se desconectar. Esta é uma configuração única, apenas o próximo evento de conexão será desconectado automaticamente. O alcance permitido é de 0 a 9999 ms.
Comando em lote: Medições de potência de saída para um arquivo .csv.	/powercsv	Anexe as medições de energia atuais e o carimbo de data/hora ao power.csv A primeira execução cria power.csv. Em execuções subsequentes, acrescenta dados a esse arquivo. Renomeie ou exclua o arquivo para iniciar a captura de novos dados. Cada execução anexa uma linha com o seguinte formato: <índice>,< hora>,< volts>,< amperes>. index é o índice de dispositivo fornecido por /list, portanto, vários dispositivos podem ser monitorados simultaneamente. time é o carimbo de data/hora bruto em segundos. volts e amperes são registrados com duas casas decimais. Esses dados podem ser capturados por longos períodos de tempo e plotados em um aplicativo de planilha, consulte o script cxpower.cmd.
Comando em lote: Executar teste de unidade da funcionalidade principal	test/	Testa todas as principais funcionalidades do dispositivo. Use para validação básica da funcionalidade do dispositivo. Se este comando falhar, desligue e ligue o dispositivo e atualize o firmware.
Comando em lote: Demonstração básica da sequência de comutação de portas.	/demo d	Percorra todas as portas uma vez, com d segundo de atraso em cada porta. Grava o número da porta, volts e amperes em cada porta em demoresult.txt.

Comandos de exemplo

Conecte-se a uma porta

connexutil.exe /setport 1

Como alternativa, use o nome da porta conforme impresso no quadro:

connexutil.exe /setport J3

Desconectar todas as portas

connexutil.exe /setport 0

Loop por todas as portas

for %p in (1 2 3 4)
do (
    connexutil.exe /setport %p
    echo Confirm device on port %p
    pause
)

Scripts para controlar a placa USB Type-C ConnEx

Esses scripts exercitam a interface de controle com suporte do ConnExUtil.exe para executar testes sequenciais e de tipo de estresse com o USB Type-C ConnEx por meio da linha de comando. Todos esses scripts suportam o parâmetro de linha de comando opcional audio para indicar que a placa USB Type-C ConnEx está conectada pela interface de áudio de 3,5 mm. Por padrão, eles só tentarão usar placas conectadas por USB.

Sequência simples de conexão e desconexão: CXLOOP. CMD

Conecta e desconecta o SUT de e para cada porta (1-4) e pausa em cada porta, solicitando que o testador valide a conexão nessa porta.

Loop de conexão e desconexão aleatório: CXSTRESS. CMD

Conecta e desconecta o SUT de e para cada porta aleatoriamente por um intervalo aleatório de 0,0 a 5,0 segundos em um loop infinito. Ao conectar-se às portas USB Type-C, ele ativará ou desativará aleatoriamente a conexão SuperSpeed nessa porta e instruirá aleatoriamente a placa a se desconectar rapidamente dessa porta em algum intervalo aleatório de 0 a 999 ms.

O parâmetro de linha de comando C faz com que o script alterne apenas entre as portas USB Type-C e o estado desconectado. Um parâmetro de linha de comando numérico redefine o intervalo aleatório máximo entre as opções do padrão de 5,0 segundos para o valor de entrada em segundos. Os parâmetros podem ser passados em qualquer ordem.

Medição de potência de longa duração: CXPOWER. CMD

Salva a amperagem e voltage relatado pelo USB Type-C ConnEx para saída file power.csv em intervalos de 2 segundos. Os dados são formatados como variáveis separadas por vírgula da seguinte forma:

índice, tempo, volts, ampères

index é o índice do dispositivo fornecido pelo comando ConnExUtil.exe /list para que vários dispositivos possam ser monitorados simultaneamente.

time é o carimbo de data/hora bruto em segundos.

Volts e amperes são registrados com 2 casas decimais.

Após a conclusão da captura, esses dados podem ser pós-processados em gráficos que mostram o consumo de energia ao longo do tempo, por exemplo, o consumo de energia durante um ciclo de carga da bateria. Um parâmetro numérico de linha de comando redefine o intervalo de medição padrão de 2 segundos para o valor de entrada em segundos.

Sobre casos de teste

Os procedimentos de teste de interoperabilidade USB Type-C são divididos em duas seções: teste funcional (FT) e teste de estresse (ST). Cada seção de teste descreve o caso de teste e identifica a categoria que se aplica ao teste. O produto deve ser testado em relação a toda a categoria aplicável. Certos casos de teste contêm links para dicas e sugestões relevantes para obter informações adicionais. Esta seção se concentra na funcionalidade e na experiência do USB Type-C. Uma solução USB Type-C pode conter outros componentes USB, como um hub USB ou controlador USB. O teste detalhado de hubs e controladores USB é abordado nos procedimentos de teste de interoperabilidade xHCI do USB-IF e no Kit de Certificação de Hardware do Windows.

Esses casos de teste são baseados nos comandos ConnExUtil e scripts de exemplo Scripts para controlar a placa USB Type-C ConnEx. Os casos de teste referem-se aos scripts. Personalize os scripts conforme necessário para seu cenário de teste.

Enumeração de dispositivo: confirma que os principais aspectos da enumeração de dispositivo são funcionais.
Negociação de modo alternativo: confirma os modos alternativos suportados.
Carregamento e fornecimento de energia (PD): Confirma o carregamento com USB Type-C.
Troca de função: confirma a troca de função.

A seção de teste de estresse descreve procedimentos para cenários de estresse e casos extremos, que testam a estabilidade do dispositivo durante um período de tempo. O teste de estresse requer um dispositivo personalizado (o SuperMUTT) para validação USB herdada (não USB Type-C). Testes e automação adicionais podem ser alcançados com o próximo dispositivo de teste USB Type-C.

Enumeração de dispositivo: confirma que os principais aspectos da enumeração de dispositivo são funcionais.
Carregamento e fornecimento de energia (PD): Confirma o carregamento com USB Type-C.

Caso FT 1: Enumeração de dispositivo

Diagrama do Caso FT 1: enumeração de dispositivos.