GNSS基帶芯片測(cè)試平臺(tái)軟件方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳娉娉,咸德勇

(北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094)

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GNSS基帶芯片測(cè)試平臺(tái)軟件方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳娉娉,咸德勇

(北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094)

GNSS基帶芯片測(cè)試平臺(tái)軟件根據(jù)GNSS基帶芯片的特點(diǎn)，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了合理實(shí)用的軟件功能模塊，上位機(jī)控制評(píng)估軟件通過(guò)UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通信，實(shí)現(xiàn)了GNSS基帶芯片的功能、性能自動(dòng)化測(cè)試與評(píng)估。

GNSS基帶芯片；自動(dòng)測(cè)試；測(cè)試軟件方案

0　引　言

GNSS基帶芯片主要用于接收處理北斗B3頻點(diǎn)、B1頻點(diǎn)或GPS-L1頻點(diǎn)的數(shù)字中頻信號(hào)。作為首款集兩個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)為一體的導(dǎo)航基帶處理芯片，其在接口定義、功能以及性能上與其他導(dǎo)航系統(tǒng)的基帶芯片有較大差別。根據(jù)其多系統(tǒng)導(dǎo)航融合，以及測(cè)試中需要?jiǎng)冸x環(huán)境、鏈路誤差等的影響，為GNSS基帶芯片測(cè)試平臺(tái)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)了合適的測(cè)試流程和評(píng)估算法[1]。

1　GNSS基帶芯片測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成

GNSS基帶芯片測(cè)試需要?jiǎng)冸x系統(tǒng)、環(huán)境、各級(jí)鏈路誤差對(duì)基帶信號(hào)處理模塊的影響，準(zhǔn)確評(píng)估基帶芯片本身的性能指標(biāo)。GNSS基帶芯片測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采取不同于GPS芯片整機(jī)測(cè)試的方式，其測(cè)試平臺(tái)主要由北斗模擬信號(hào)源、GNSS芯片測(cè)試平臺(tái)和測(cè)試平臺(tái)軟件系統(tǒng)三部分組成，具體組成框圖如圖1所示。

1) GNSS模擬信號(hào)源：能夠產(chǎn)生北斗 B3頻點(diǎn)和B1頻點(diǎn)，GPS L1頻點(diǎn)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，基于該信號(hào)源，為GNSS基帶芯片測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)了符合GNSS芯片測(cè)試要求的專(zhuān)用仿真場(chǎng)景，覆蓋GNSS芯片的主要性能指標(biāo)測(cè)試。

圖1　RNSS基帶芯片測(cè)試系統(tǒng)框圖

2) GNSS芯片測(cè)試平臺(tái)：為GNSS基帶芯片測(cè)試系統(tǒng)提供硬件支撐。具備接收處理導(dǎo)航射頻信號(hào)功能，提供符合GNSS芯片接口要求的數(shù)字中頻信號(hào)；控制GNSS芯片，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口(UDP協(xié)議)向上位機(jī)控制評(píng)估軟件提供原始數(shù)據(jù)(導(dǎo)航電文、偽碼相位、載波相位、載噪比、多普勒、工作狀態(tài)等)；異步串行接口、RTC芯片、微處理器、電源模塊等多電路模塊，提供符合GNSS基帶芯片正常工作所需的外圍電路。

3) 測(cè)試平臺(tái)軟件系統(tǒng)：為GNSS基帶芯片測(cè)試平臺(tái)提供軟件評(píng)估。具備良好人機(jī)交互界面，提供組合化、自動(dòng)化的操作流程；完成GNSS芯片所有性能指標(biāo)的測(cè)試，如原始數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、實(shí)時(shí)評(píng)估、事后評(píng)估、測(cè)試報(bào)告生成等，是整個(gè)平臺(tái)的核心。

2　軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1軟件功能

針對(duì)GNSS基帶芯片的測(cè)試需求，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下功能，以滿足芯片的功能、性能測(cè)試。

1) 能夠?qū)NSS基帶芯片進(jìn)行配置和控制，設(shè)置GNSS基帶芯片各通道的工作參數(shù)，使GNSS基帶芯片正常捕獲和跟蹤；

2) 具有接收處理BD2_B3/ B1 和GPS_L1三個(gè)頻點(diǎn)的射頻導(dǎo)航信號(hào)的功能；

3) 能夠提供測(cè)試所需的各種二次電源；

4) 具備與上位機(jī)通信的網(wǎng)絡(luò)接口；

5) 具備對(duì)GNSS基帶芯片通用接口(IC卡/URAT/I2C/GPIO)的測(cè)試評(píng)估能力；

6) 具備測(cè)試GNSS基帶芯片功耗的能力；

7) 具備工作狀態(tài)指示功能；

8) 能夠測(cè)試評(píng)估GNSS基帶芯片的內(nèi)部寄存器；

9) 能夠測(cè)試評(píng)估GNSS基帶芯片各原始觀測(cè)量；

10) 具備測(cè)試評(píng)估結(jié)果輸出功能。

2.2軟件構(gòu)成

軟件主要完成測(cè)試控制與管理、數(shù)據(jù)通信、測(cè)試數(shù)據(jù)評(píng)估、狀態(tài)顯示等功能，軟件系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2　上位機(jī)控制評(píng)估軟件系統(tǒng)框圖

網(wǎng)絡(luò)通信：完成上位機(jī)控制評(píng)估軟件與GNSS基帶芯片測(cè)試系統(tǒng)評(píng)估板的數(shù)據(jù)通信；

數(shù)據(jù)打包、協(xié)議解析：完成發(fā)送數(shù)據(jù)的打包，以及接收數(shù)據(jù)的協(xié)議解析；

原始觀測(cè)量：按照數(shù)據(jù)評(píng)估部分要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，把原始觀測(cè)量加入數(shù)據(jù)庫(kù)；

寄存器狀態(tài)：顯示GNSS芯片內(nèi)部寄存器的狀態(tài)；

接口測(cè)試狀態(tài)：顯示GNSS芯片內(nèi)部接口測(cè)試結(jié)果；

數(shù)據(jù)評(píng)估：根據(jù)測(cè)試大綱要求，對(duì)原始觀測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，綜合評(píng)定GNSS基帶芯片性能；

測(cè)試控制與管理：完成人機(jī)交互、信號(hào)源控制、測(cè)試場(chǎng)景配置、仿真文件管理以及數(shù)據(jù)管理。

2.3軟件體系設(shè)計(jì)

面向?qū)ο蟮能浖蚣艹霈F(xiàn)于20世紀(jì)80年代中，框架技術(shù)為應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了大粒度的軟件復(fù)用,有效提高了軟件的開(kāi)發(fā)效率[2]。軟件框架：為了解決某類(lèi)問(wèn)題(系統(tǒng)或子系統(tǒng)領(lǐng)域)的一組抽象類(lèi)的集合及其實(shí)例(instance)對(duì)象交互協(xié)調(diào)的可重用的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。即軟件框架由抽象類(lèi)的集合、交互的實(shí)例對(duì)象群以及相關(guān)的實(shí)現(xiàn)代碼組成。軟件框架是設(shè)計(jì)一個(gè)問(wèn)題領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)骨架，其對(duì)象模型和代碼是可重用的[3]。本系統(tǒng)的軟件框架采用VC++多文檔設(shè)計(jì)方案，將參數(shù)控制，數(shù)據(jù)處理，測(cè)試結(jié)果等所有顯示信息分別放在不同的FORMVIEW窗口中，測(cè)試人員可同時(shí)切換多個(gè)窗口，觀察測(cè)試結(jié)果和顯示信息。采用C/S架構(gòu)，軟件采用UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通信，利用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了不同的類(lèi)。軟件中主要的功能類(lèi)包括：參數(shù)控制與數(shù)據(jù)顯示類(lèi)，數(shù)據(jù)采集類(lèi)，數(shù)據(jù)處理類(lèi)，數(shù)據(jù)評(píng)估類(lèi)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類(lèi)，通信控制類(lèi)，具體如圖3所示。

圖3　軟件系統(tǒng)框圖

菜單主要包括以下幾個(gè)部分：文件管理，評(píng)估測(cè)試，測(cè)試信息設(shè)置，系統(tǒng)設(shè)置，窗口，幫助6個(gè)主要部分。各下拉菜單分別實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)測(cè)試功能的入口命令。各菜單劃分如圖4所示。

圖4　軟件菜單功能劃分

2.4主要功能模塊設(shè)計(jì)

1) 參數(shù)控制與顯示功能

軟件的參數(shù)控制與數(shù)據(jù)顯示功能主要集中在軟件的窗口顯示，與數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置兩個(gè)方面。

根據(jù)各個(gè)功能參數(shù)設(shè)置分類(lèi)，將不同功能項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置分別放在不同的FORMVIEW窗口中，上位機(jī)軟件使用人員，根據(jù)窗口中提供的輸入項(xiàng)與選擇項(xiàng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置完畢后上位機(jī)軟件通過(guò)數(shù)據(jù)解析與數(shù)據(jù)打包，把用戶的設(shè)置信息根據(jù)傳輸協(xié)議的要求發(fā)送到RAM端。完成參數(shù)設(shè)置的功能。

顯示功能包括：當(dāng)前設(shè)置各個(gè)功能參數(shù)設(shè)置情況的現(xiàn)實(shí)，設(shè)備連接情況的現(xiàn)實(shí)，各個(gè)設(shè)備工作狀態(tài)的現(xiàn)實(shí)，及其每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試結(jié)果現(xiàn)實(shí)(包括圖形顯示)。根據(jù)各個(gè)顯示內(nèi)容的差異，分別將其顯示在不同的FORMVIEW窗口中，上位機(jī)軟件使用人員可方便的查看各個(gè)參數(shù)控制與測(cè)試結(jié)果信息。

2) 數(shù)據(jù)采集功能

數(shù)據(jù)采集任務(wù)主要是：采集被測(cè)數(shù)據(jù)，與參數(shù)設(shè)置交互兩方面數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集功能將網(wǎng)口收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步判定，將有用的數(shù)據(jù)保存，無(wú)用或者錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)剔除出去。上位機(jī)通過(guò)UDP協(xié)議來(lái)接收上傳數(shù)據(jù)。并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖處理，等待下面操作。

3) 數(shù)據(jù)處理功能

數(shù)據(jù)處理功能包括：將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，根據(jù)傳輸協(xié)議的約定，與內(nèi)部數(shù)據(jù)處理功能模塊間的處理關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理。轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)主要包括：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，評(píng)估數(shù)據(jù)，上位機(jī)軟件與RAM交互數(shù)據(jù)等。

4) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能是：根據(jù)用戶的需求，將需要保存的數(shù)據(jù)入庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server架構(gòu)，建立數(shù)據(jù)的頁(yè)、表、字段、索引的邏輯關(guān)系，應(yīng)用程序通過(guò)SQL語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。

5) 數(shù)據(jù)評(píng)估功能

數(shù)據(jù)評(píng)估軟件的數(shù)據(jù)評(píng)估功能是該軟件的核心內(nèi)容：其包括的評(píng)估內(nèi)容主要有：碼相位累積鎖存器、載波相位累積鎖存器、導(dǎo)航電文輸出寄存器、載波多普勒頻率字鎖存器、捕獲時(shí)間(I支路捕獲時(shí)間、Q支路P碼直接捕獲時(shí)間)、接收信號(hào)功率動(dòng)態(tài)范圍、功耗與電源管理、外圍接口測(cè)試。

GNSS基帶芯片測(cè)試數(shù)據(jù)評(píng)估軟件將根據(jù)各個(gè)評(píng)估項(xiàng)目的測(cè)試細(xì)則與測(cè)試大綱進(jìn)行模塊的算法處理，并將統(tǒng)計(jì)的結(jié)果在對(duì)應(yīng)的測(cè)試窗口中進(jìn)行顯示。

6) 通信控制功能

數(shù)據(jù)通信功能包括：正確建立與銷(xiāo)毀網(wǎng)絡(luò)套接字，并通過(guò)建立的套接字進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)傳遞。

2.5數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

1) 軟件內(nèi)部接口

上位機(jī)控制評(píng)估軟件內(nèi)部接口采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方式，內(nèi)部數(shù)據(jù)交換，信息傳遞等通過(guò)類(lèi)對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互[4]。程序設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο?OOP)開(kāi)發(fā)模式，按照軟件的功能要求定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相關(guān)的處理程序，通過(guò)類(lèi)定義的形式表現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序的關(guān)系。

2) 硬件接口

上位機(jī)控制評(píng)估軟件提供網(wǎng)絡(luò)接口。上位機(jī)軟件可以通過(guò)連接網(wǎng)線與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信，使用以太網(wǎng)傳輸協(xié)議UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通信。

3) 人機(jī)交互接口

上位機(jī)控制評(píng)估軟件包括圖形人機(jī)交互界面(GUI)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示等多種形式，實(shí)現(xiàn)操作員的界面菜單選擇和文本編輯輸入等功能，并實(shí)現(xiàn)界面顯示分系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、評(píng)估結(jié)果顯示、數(shù)據(jù)事后處理等功能。

3　測(cè)試評(píng)估

待測(cè)GNSS基帶芯片置于測(cè)試平臺(tái)，測(cè)試信號(hào)源、測(cè)試平臺(tái)、PC機(jī)按如圖5所示進(jìn)行連接。利用測(cè)試平臺(tái)上的微處理器進(jìn)行基帶芯片外圍接口測(cè)試。測(cè)試平臺(tái)軟件系統(tǒng)運(yùn)行在PC機(jī)上，控制測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)源播發(fā)射頻導(dǎo)航信號(hào)(B3、B1/L1頻點(diǎn))。根據(jù)測(cè)試需求，測(cè)試評(píng)估系統(tǒng)向測(cè)試平臺(tái)發(fā)出測(cè)試指令，測(cè)試平臺(tái)上微處理器根據(jù)測(cè)試指令控制芯片工作，并獲取觀測(cè)量上傳PC機(jī)。測(cè)試平臺(tái)軟件對(duì)獲取的觀測(cè)量進(jìn)行評(píng)估，可對(duì)芯片的通道時(shí)延一致性、捕獲時(shí)間、接收信號(hào)功率動(dòng)態(tài)范圍、外圍接口等進(jìn)行一鍵式自動(dòng)化測(cè)試。

圖5　GNSS基帶芯片測(cè)試連接圖

4　結(jié)束語(yǔ)

GNSS基帶芯片測(cè)試平臺(tái)通過(guò)GNSS模擬信號(hào)源、GNSS芯片測(cè)試平臺(tái)以及上位機(jī)控制評(píng)估軟件實(shí)現(xiàn)了GNSS基帶芯片的主要性能指標(biāo)測(cè)試，其軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的測(cè)試方法將為建立GNSS基帶芯片檢測(cè)體系提供重要技術(shù)支撐，有助于進(jìn)一步提高GNSS基帶芯片檢測(cè)的科學(xué)性[2]。

[1]李艷.基于FPGA的軟硬件協(xié)同測(cè)試的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息通信，2013(8):75-76.

[2]劉洋，劉亞斌，陳坤中.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件框架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007,15(11):1671-4598.

[3]夏銳，肖明清，賴根.并行測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2006,14(7):841-843.

[4]吉濤，蔡航.應(yīng)用SD卡實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].西安：陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(5):97-101.

Design and Implementation of Testing System Software for GNSS Chip

CHEN Pingping,XIAN Deyong

(BeijingSatelliteNavigationCenter,Beijing100094,China)

The software of testing system designs reasonable and practical functional module according to the feature of GNSS baseband-chip based on the object-oriented method. The software of control evaluation realize the automatic testing and evaluating for the function and property of the GNSS based-band chip, based on the UDP protocol.

GNSS baseband-chip； automatic test； the software design for testing system

10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.04.021

2016-01-05

P228.4

A

1008-9268(2016)04-0098-04

陳娉娉(1975-)，女，碩士，主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航終端總體設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作。

咸德勇(1978-)，男，碩士，主要從事GNSS基帶芯片、射頻芯片總體設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作。

聯(lián)系人： 陳聘聘 E-mail: chenpp0926@163.com