题目：基于Semihosting技术的多场景大规模嵌入式软件测试系统

描述：

嵌入式软件，包括实时操作系统、中间件和驱动库，需要适配多种硬件架构和编译环境。确保这些软件组件在真实环境中能够正确运行，而不仅仅是依赖于主机仿真环境下的测试结果，是一个重要的挑战。由于存在不同版本的编译器、硬件架构以及特定于设备的配置（例如IIC EEPROM的不同容量版本），如何验证每种组合的兼容性、有效性和性能成为了一个复杂的问题。

本题目旨在设计并实现一个基于FPGA的硬件平台，该平台能够在微控制器（MCU）与待测硬件之间进行多路复用（MUX），从而允许根据上位机指令选择任何组合来进行软件测试。通过这种方式，可以对所有可能的组合进行全面的功能正确性测试。测试结果将利用Semihosting技术输出至上位机，以便与上位机协作完成全面的质量保证流程。

特征：

• 支持多种微控制器架构和编译环境。
• 使用FPGA作为MUX，以支持灵活的硬件配置和组合测试。
• 利用Semihosting技术进行调试信息输出，增强测试过程中的诊断能力。
• 软硬件结合，确保嵌入式软件在实际硬件环境中的兼容性和稳定性。

预期目标：

第一题：MUX底板实现

• 设计并实现一个基于FPGA的MUX电路，用于在多个MCU与待测硬件之间切换。
• 提供详细的硬件设计方案文档，并使用VHDL或Verilog等硬件描述语言在FPGA上实现。
• 参赛者与老师联系后将免费得到专用的MUX FPGA开发板（FPGA下载器需自行准备）。赛后开发板无需退回；但其它硬件的设计必须自行完成。分发的FPGA开发板的硬件原理图可以在repo中找到。

第二题：MCU底板与待测设备载板实现

• 设计与FPGA相连接的MCU底板，该底板上装载AVR、MSP430和STM32等三种架构的微控制器以运行测试程序。另外，还需要装载一颗控制器，实现Semihosting调试协议（与主机进行通信），并用来通知FPGA更换MCU与待测设备之间的连线。
• 设计可以搭载于FPGA底板上的待测设备子卡。要求待测设备至少包括全系列IIC EEPROM，以及一个加速度计、一个温度计、一个陀螺仪、一个ADC和一个DAC。

第三题：软件实现

• 开发一套具有广泛可移植性的构建系统，确保其可以调用在不同的MCU架构上（至少包括8位的AVR、16位的MSP430和32位的STM32等）自动化各类开源驱动（如EEPROM、SD卡、SPI Flash等）及其测试用例的编译和下载工作。
• 根据MCU底板传递回来的信息，确认测试是否通过，并记录于log中。

第三题：测试框架构建

• 构建一个自动化的测试框架，该框架可以根据输入参数自动选择适当的MCU和硬件配置进行测试。
• 对比不同配置组合下软件库的表现，分析并记录性能差异和潜在问题。
• 利用收集的数据优化软件库，提高其在各种硬件配置上的稳定性和性能。

要求形成的最终系统可以非常方便地用于

嵌入式中间件的兼容性验证

中间件（如通信协议栈、文件系统、图形库等）通常需要适配多种硬件架构和编译器工具链。例如，TCP/IP协议栈在不同MCU上的实现可能存在差异。

• 测试系统可以快速切换不同的硬件配置和编译器版本，验证中间件的功能是否正常、库函数的行为是否一致。
• 通过自动化测试框架，可以全面覆盖中间件的API调用、错误处理和性能指标（如响应时间）。

设备驱动程序的兼容性测试

设备驱动程序（如ADC、DAC、PWM、IIC、SPI等）需要适配多种硬件架构和外设配置。例如，EEPROM驱动程序可能需要支持不同容量的芯片。

• 硬件平台中的FPGA可以灵活连接不同的外设模块（如EEPROM、ADC芯片），并通过MUX选择不同的组合进行测试。
• 测试系统可以验证驱动程序在不同硬件配置下的兼容性和稳定性。

嵌入式系统开发中的开源项目贡献

开源嵌入式项目（如Zephyr OS、RIOT OS等）需要在全球范围内适配多种硬件架构和编译器工具链。

• 测试系统可以快速切换不同的硬件配置，验证开源项目的移植性和稳定性。
• 自动化测试框架可以帮助开发者生成详细的测试报告，为项目贡献高质量的代码和文档。

参考材料

• RT-Thread、Nuttx、Zephyr等RTOS的各类设备驱动库
• 本repo的测试板