USB Type-C システムを USB Type-C ConnEx を使用してテストする

[アーティクル]
01/17/2024

このトピックでは、システム、デバイス、USB Type-C コネクタを備えたドック、および Windows オペレーティングシステムとの相互運用性のテストを自動化するためのガイドラインを示します。次のいずれかのカテゴリに属するハードウェアをテストできます。

システム: いずれかのバージョンの Windows オペレーティングシステムの SKU を実行しているデスクトップ、ノート PC、タブレット、サーバー、または電話 (USB Type-C ポートを搭載)。
ドック: 複数のポートが装備された USB Type-C デバイス。
デバイス: システムまたはドックに接続できる Type-C ポートを備えた任意の USB デバイス。このカテゴリには、従来の USB デバイスと、USB Type-C 仕様で定義されているアクセサリおよび代替モードをサポートするデバイスが含まれます。

仕様と手順

xHCI 相互運用性テスト手順

MUTT 接続エクササイザー Type-C (USB Type-C ConnEx) ハードウェアボードは、Arduino ボード用のカスタムシールドです。シールドは、USB Type-C シナリオの相互運用性テストを自動化するための 4 対 1 のスイッチを提供します。

ハードウェア要件

USB Type-C ConnEx バージョン 2 を使用して USB Type-C 相互運用性テスト手順を実行するには、以下のものが必要です。

テスト対象のシステム (SUT)

Type-C USB ポートが 1 つ以上装備されているデスクトップ、ノート PC、タブレット、サーバー、または電話。
USB Type-C ConnEx

デバイスには、SUT が接続されているオス USB Type-C ポート (ラベル J1) が 1 つ搭載されています。さらに、このデバイスには、SUT の周辺機器として機能するデバイスを接続できる他の 4 つの USB ポート (ラベル J2、J3、J4、J6) もあります。デバイスは、SUT から引き出されるアンペア数と電圧を監視します。必要なハードウェアは、MCCI から購入できます。
周辺 USB デバイス

SUT に接続できる USB Type-C ポートを備えた USB デバイス。このカテゴリには、従来の USB デバイスと、USB Type-C 仕様で定義されているアクセサリおよび代替モードをサポートする他のデバイスが含まれます。
Micro-USB - USB A ケーブル

このケーブルを使用して、電源と通信のために USB Type-C ConnEx を PC に接続します (SUT に USB A ポートがある場合、ここに接続します)。
プロキシコントローラー

USB Type-C ConnEx は、SUT に USB A ポートがない場合にテストを実行するため、プロキシを使用して制御できます。プロキシコントローラーは、セカンダリデスクトップ PC またはノート PC である必要があります。

プロキシコントローラ (モバイル SUT を搭載) は、マイクロコントローラーと通信し、セカンダリ USB ポートを使用してファームウェアを読み込みます。

以前のバージョンのハードウェア要件

USB Type-C ConnEx バージョン 2 を使用して USB Type-C 相互運用性テスト手順を実行するには、以下のものが必要です。

テスト対象のシステム (SUT)

Type-C USB ポートが 1 つ以上装備されているデスクトップ、ノート PC、タブレット、サーバー、または電話。
Arduino Mega 2560 R3

Arduino Mega 2560 R3 は、テストセットアップ用のマイクロコントローラーとして使用されます。
Arduino Mega 2560 R3 マイクロコントローラーの電源アダプター。
USB Type-C ConnEx

シールドには、SUT が接続されているオス USB Type-C ポート (ラベル J1) が 1 つ搭載されています。さらに、このシールドには、SUT の周辺機器として機能するデバイスを接続できる他の 4 つの USB ポート (ラベル J2、J3、J4、J6) もあります。シールドは、SUT から引き出されるアンペア数と電圧を監視します。このボードは、MCCI または JJG Technologies から購入できます。
USB A - B ケーブル

このケーブルを使用して PC をマイクロコントローラーに接続し、マイクロコントローラーのファームウェアを更新してテストを実行します。
周辺 USB デバイス

SUT に接続できる USB Type-C ポートを備えた USB デバイス。このカテゴリには、従来の USB デバイスと、USB Type-C 仕様で定義されているアクセサリおよび代替モードをサポートする他のデバイスが含まれます。
USB 充電器

USB Type-C の現在の要件と、必要に応じて USB Power Delivery をサポートする USB Type-C。さらに、J6 用の USB Micro-B 充電器も必要です。
プロキシコントローラー

USB Type-C ConnEx は、テストを実行するためのプロキシを使用して制御できます。プロキシコントローラーには、次のいずれかのエンティティを指定できます。
- セカンダリデスクトップ PC またはノート PC。
  
  プロキシコントローラは、ファームウェアを読み込むマイクロコントローラーであるモバイル SUT と通信します。
- 2 次 USB ポートを使用した SUT。
- 3.5mm オーディオジャックを使用した SUT。
  
  このセットアップでは、以下のものが必要です。
  - 単一の USB Type-C ポートを使用して SUT でテストを実行するための DTMF シールド。 DTMF は、ファームウェアの最初のフラッシュが完了した後、オーディオジャックを使用して単一ポートデバイスからのシールドを制御する機能を提供します。
  - DTMF シールドを SUT に接続するために使用される 4 ピンオス - オスオーディオケーブル。これにより、テスト中 SUT が USB Type-C シールドを制御できます。

ソフトウェア要件

以下の要件を満たしていることを確認します。

SUT には、相互運用性をテストする Windows オペレーティングシステムのバージョンが存在している必要があります。
プロキシコントローラーでは、Windows 10 が実行されている必要があります。
プロキシコントローラーに最新の MUTT ソフトウェアパッケージをダウンロードしてインストールします。パッケージは、USB Type-C ConnEx でテストを実行するために使用される一連のツールです。これには、ファームウェアの更新、周辺機器ポートの切り替え、テストケースをシミュレートするための要求の送信を行うユーティリティが含まれています。さらに、バス、そのコントローラー、およびバスに接続されたデバイスの機能をテストするテストドライバーパッケージも含まれています。
UCSI ベースのシステムでは、UCSI ファームウェアのバグの検出に役立ついくつかの追加設定を使用してテストすることを強くお勧めします。この設定により、UCSI ファームウェアの問題が検出可能になります。テスト目的でのみ使用することを強くお勧めします。このブログ記事の「USCI ファームウェアエラーのデバッグ」をご覧ください。
テストツールをインストールするには、管理者特権のコマンドウィンドウが必要です。

管理者特権でコマンドウィンドウを開くには、ユーザーがプロキシコントローラーの Administrators グループのメンバーである必要があります。管理者特権のコマンドプロンプトウィンドウを開くには、Cmd.exe へのデスクトップショートカットを作成し、Cmd.exe ショートカットを選択して長押し (または右クリック) し、[管理者として実行] を選択します。

USB Type-C ConnEx ツール

USB Type-C ConnEx 固有の MUTT ソフトウェアパッケージのツールを次に示します。

ツール	説明
ConnExUtil.exe	USB Type-C ConnEx の機能を実行するためのコマンドラインツール。
CxLoop.cmd	各ポートを 1 回ずつ接続して切断します。
CxStress.cmd	ランダム化されたストレススクリプト。
CxPower.cmd	一定期間にわたって電力データ (電圧とアンペア数) をキャプチャし、出力を CSV ファイルに送信します。

その他のすべてのツールについては、「MUTT ソフトウェアパッケージのツール」をご覧ください。

旧バージョンの使用を開始する

テスト環境を設定するには、以下の手順に従います。

Diagram of a USB Type-C ConnEx configuration.

構成は、次の図のようになります。マイクロコントローラーの USB Type-C ポートは、PC に接続されているとき USB Type-C ConnEx を制御できる点に注意してください。

これらの手順では、ハードウェア部品を接続し、マイクロコントローラーのファームウェアを更新して、インストールを検証します。 DTMF シールドは、電話またはタブレットのオーディオポートに接続されているとき、USB Type-C ConnEx を制御します。

マイクロコントローラーを USB Type-C シールドに接続します。

USB Type-C ConnEx が組み立てられていない場合、手順 1 に進みます。 USB Type-C ConnEx が組み立てられている場合、手順 2 に進みます。

注意

ピンは曲がりやすいため、この手順は慎重に実行する必要があります。
1. ボードが互いに水平になっていることを確認して、USB Type-C シールドのピンをマイクロコントローラー上のレセプターに合わせます。
2. 2 枚のボードをそっと押し合わせます。シールドのピンを曲げないよう注意してください。
  
  組み立てられたユニットは、次の図のようになります。
USB Type-B (プロキシコントローラーに接続されています) または外部電源アダプターを使用することにより、接続されたマイクロコントローラーから USB Type-C ConnEx に電源を供給します。 LCD ディスプレイは、次の図のようになります。

5 秒後、LCD ディスプレイに電流と電圧が表示されます。

前の図のように表示されない場合、ユニットが正しく組み立てられていることを確認してください。
USB Type-C ConnEx ファームウェアでマイクロコントローラーを更新します。
- 管理者特権のコマンドプロンプトウィンドウを開きます。
- MUTT ソフトウェアパッケージの場所 (C:\Program Files (x86)\USBTest\<arch> など) に移動します。
- 次のコマンドを実行します。
  
  MuttUtil.exe –UpdateTabFirmware
SUT をシールドのオス USB Type-C ポート (ラベル J1) に差し込みます。

注意J1 コネクタでは、SUT を接続するときに追加のサポートが必要です。コネクタは、デバイス自体の重量に耐えられる強度になっていません。
周辺機器を、J2、J3、J4、J6 というラベルの USB ポートに接続します。
プロキシコントローラーをマイクロコントローラーに接続します。
- プロキシコントローラーがデスクトップ PC またはノート PC の場合、USB 経由で接続を確立します。前の図に示すように、マイクロコントローラーの USB Type-B ポートをプロキシコントローラーの USB ポートに接続します。
- プロキシコントローラーがモバイル SUT の場合、オーディオポートを使用して接続を確立します。この接続には、DTMF シールドが必要です。
  1. 次の図に示すように、DTMF シールドを組み立てられたユニットに接続します。
  2. 4 ピンオス - オスオーディオケーブルを使用して、シールドのオーディオポートを SUT のオーディオポートに接続します。
    
    セットアップは次の図のようになります。
USB Type-C ConnEx がプロキシコントローラー上のデバイスマネージャーによって認識されていることを確認します。
1. タスクバーの [スタート] ボタンを右クリックし、[デバイスマネージャー] を選択します。
2. ポート (COM と LPT) ノードを展開し、マイクロコントローラーによって使用されている COM ポートをメモします。この例では、COM 4 に接続されています。

ConnExUtil.exe

USB Type-C ConnEx ボードを制御するために ConnExUtil.exe がサポートするコマンドラインオプションを次に示します。

ユースケース	オプション	説明
デバイスの検出 USB Type-C ConnEx に接続されているすべてのデバイスを一覧表示する	/list	USB 接続デバイスの場合、このオプションではデバイスインスタンスのパスが一覧表示されます。オーディオに接続されたデバイスの場合、オーディオが表示されます。オーディオデバイスを表示するには、これを /all パラメーターと併用します。 /# パラメーターへの入力に使用できる、1 から始まるインデックスによって一覧表示されます。
デバイスの選択オーディオを含め、USB Type-C ConnEx に接続されているすべてのデバイスを選択します。	/all	省略可能。このパラメーターを指定しない場合、ユーティリティは USB 接続デバイスをアドレス指定します。このパラメーターは、オーディオ接続デバイスが使用されている場合にのみ使用します。オーディオ検出には時間がかかるため、既定では無効になっています。
デバイスの選択 USB Type-C ConnEx 'n' に接続されている特定のデバイスを選択します。	/#n	省略可能。入力 n は、USB Type-C ConnEx に接続されている使用可能なデバイスの 1 から始まるインデックスであり、/list パラメーターを使用することにより表示できます。このパラメーターがない場合、既定の動作として、すべての USB Type-C ConnEx ボードで各コマンドが実行されます。
デバイスコマンド	/setPortp	指定したポート p に切り替えます。番号 (1 ～ 4) か名前 (J2、J3、J4、J6) を指定し、ポートを接続します。 0 は、すべてのポートを切断します。
デバイスコマンド	/getPort	現在接続されているポートを読み取ります。
デバイスコマンドアンペア数/電圧情報を読み取ります。	/volts /amps /version	現在の電圧を読み取ります。現在のアンペア数を読み取ります。デバイスバージョンを読み取ります。
デバイスコマンド SuperSpeed を有効にします。	/SuperSpeedOn	/SuperSpeedOff コマンドが送信されるまで、現在および将来の接続の SuperSpeed をグローバルに有効にします。 SuperSpeed は既定で有効になっています。 SuperSpeed が無効で、ポート 1 または 2 が接続されている場合、このコマンドは SuperSpeed での再接続をトリガーします。
デバイスコマンド SuperSpeed を無効にする	/SuperSpeedOff	/SuperSpeedOn コマンドが送信されるかデバイスがリセットされるまで、現在および将来の接続の SuperSpeed をグローバルに無効にします。 SuperSpeed が有効で、ポート 1 または 2 が接続されている場合、このコマンドは SuperSpeed のラインが無効の状態で再接続をトリガーします。
コマンド遅延を設定する	/setDelay	コマンド遅延 t を秒単位で設定します。コマンド遅延を設定すると、次の /setPort または /SuperSpeed{On/Off} コマンドに t 秒の遅延が生じます。ここで、t は 0 - 99 の間です。これは一度限りの設定で、次のコマンドのみが遅延します。遅延タイマーが期限切れになり、サポートされなくなる前に、複数のコマンドが送信されます。
切断タイムアウトをミリ秒単位で設定する	/setDisconnectTimeoutt	次の non-zero /setPort コマンドの切断タイムアウトを設定します。次の接続イベント時に、ポートは t ミリ秒の間だけ接続状態を保ち、その後切断します。これは一度限りの設定で、次の接続イベントのみが自動的に切断されます。指定できる範囲は 0 ～ 9999 ミリ秒です。
バッチコマンド: 電力測定値を CSV ファイルに出力します。	/powercsv	現在の電力測定値とタイムスタンプを power.csv に追加する初回の実行により、power.csv が作成されます。これ以降の実行時には、このファイルにデータが追加されます。ファイルの名前を変更するか削除し、新しいデータキャプチャを開始します。実行のたびに、次の形式の行が追加されます: <index>,<time>,<volts>,<amps>。 index は、/list が指定したデバイスのインデックスなので、複数のデバイスを同時に監視できます。 time は、秒単位で表される未処理のタイムスタンプです。 volts と amps は、小数点以下第 2 位までで記録されます。このデータは長期間にわたって捕捉され、スプレッドシートアプリケーションに記録されます。cxpower.cmd スクリプトを参照してください。
バッチコマンド: 主な機能の単体テストを実行する	test/	デバイスのすべての主要な機能をテストします。デバイスの機能の基本的な検証に使用します。このコマンドが失敗した場合は、デバイスの電源サイクルを行い、ファームウェアを更新してください。
バッチコマンド: ポート切り替えシーケンスの基本的なデモ。	/demod	すべてのポートを 1 回ループし、各ポートに d 秒の遅延を発生させます。各ポートのポート番号、電圧、アンペアを demoresult.txt に書き込みます。

サンプルコマンド

ポートへの接続

connexutil.exe /setport 1

または、ボードに印刷されたポート名を使用します。

connexutil.exe /setport J3

すべてのポートを切断する

connexutil.exe /setport 0

すべてのポートをループ

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

USB Type-C ConnEx ボードを制御するためのスクリプト

これらのスクリプトは、ConnExUtil.exe によってサポートされるコントロールインターフェイスを実行し、コマンドラインを通じて USB Type-C ConnEx を使用して順次およびストレス型テストを実行します。これらのスクリプトはすべて、オプションのコマンドラインパラメーター audio をサポートしており、USB Type-C ConnEx ボードが 3.5 mm オーディオインターフェイス経由で接続されていることを示します。既定では、USB 接続されたボードの使用のみ試行されます。

シンプルな接続と切断シーケンス: CXLOOP.CMD

各ポート (1 ～ 4) との間で SUT を接続および切断して、各ポートで一時停止し、テスト担当者にそのポートでの接続の検証を求めます。

ランダム接続と切断ループ: CXSTRESS.CMD

無限ループで 0.0 ～ 5.0 秒のランダム間隔で、各ポートとの間で SUT をランダムに接続および切断します。 USB Type-C ポートに接続すると、そのポートで SuperSpeed 接続がランダムに有効または無効になり、ランダムに 0 ～ 999 ミリ秒のランダム間隔でそのポートですばやく切断するようボードに指示されます。

コマンドラインパラメーター C を指定すると、スクリプトは USB Type-C ポートと切断状態のみ切り替えます。数値コマンドラインパラメーターは、切り替え間の最大ランダム間隔を既定値の 5.0 秒から入力値 (秒単位) にリセットします。パラメーターは任意の順序で渡すことができます。

実行時間の長い電力測定: CXPOWER.CMD

USB Type-C ConnEx によって報告されたアンペア数と電圧を 2 秒間隔で出力ファイル power.csv に保存します。データは、次のようにコンマ区切りの変数として書式設定されます。

index,time,volts,amps

index は、ConnExUtil.exe /list コマンドによって指定されるデバイスインデックスであり、複数のデバイスを同時に監視できます。

time は、秒単位で表される未処理のタイムスタンプです。

volts と amps は、小数点以下 2 桁まで記録されます。

キャプチャが完了した後、このデータは、時間の経過に伴う電力消費量を示すグラフ (バッテリ充電サイクル期間中の電力消費量など) に後処理される場合があります。数値コマンドラインパラメーターは、既定の測定間隔である 2 秒を入力値 (秒単位) にリセットします。

テストケースについて

USB Type-C 相互運用性テスト手順は、機能テスト (FT) とストレステスト (ST) の 2 つのセクションに分かれています。各テストセクションでは、テストケースについて説明し、テストに適用されるカテゴリを識別します。製品は、該当するカテゴリ全体に対してテストする必要があります。特定のテストケースには、関連するヒントへのリンクと、追加情報としてのヒントが含まれています。このセクションでは、USB Type-C の機能とエクスペリエンスについて説明します。 USB Type-C ソリューションには、USB ハブや USB コントローラーなどの他の USB コンポーネントが含まれていることがあります。 USB ハブとコントローラーの詳細なテストについては、USB-IF の xHCI 相互運用性テスト手順と Windows ハードウェア認定キットの両方で説明されています。

これらのテストケースは、ConnExUtil コマンドと、サンプルスクリプト「USB Type-C ConnEx ボードを制御するためのスクリプト」に基づいています。テストケースはスクリプトを参照します。テストシナリオで、必要に応じてスクリプトをカスタマイズします。

デバイス列挙: デバイス列挙の主要な側面が機能していることを確認します。
代替モードネゴシエーション: サポートされている代替モードを確認します。
充電と電源供給 (PD): USB Type-C を使用した充電を確認します。
ロールスワップ: ロールスワップを確認します。

ストレステストセクションでは、一定期間にわたってデバイスの安定性をテストするストレスおよびエッジケースシナリオの手順について説明します。ストレステストには、従来の USB 検証 (非 USB Type-C) 用のカスタムデバイス (SuperMUTT) が必要です。今後の USB Type-C テストデバイスでは、追加のテストと自動化を実現できます。

デバイス列挙: デバイス列挙の主要な側面が機能していることを確認します。
充電と電源供給 (PD): USB Type-C を使用した充電を確認します。

FT ケース 1: デバイス列挙

Diagram of FT Case 1: device enumeration.