基于串口通信開發(fā)的BLE芯片測試平臺

陳鳳林 張鄭洪 李恒

摘要：基于串口通信開發(fā)BLE藍(lán)牙芯片測試平臺，針對藍(lán)牙芯片的測試方案，設(shè)計(jì)芯片和儀表的控制流程，完成BLE芯片的一鍵式自動(dòng)化測試，實(shí)現(xiàn)對藍(lán)牙芯片測試項(xiàng)的全面測試，為產(chǎn)線自動(dòng)化提供支持。

關(guān)鍵詞：低功耗藍(lán)牙；藍(lán)牙芯片；GMSK；自動(dòng)化測試

低功耗藍(lán)牙模塊（BLE）指的是藍(lán)牙4.0版本以上的模塊，也是建立在傳統(tǒng)藍(lán)牙基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，并區(qū)別于傳統(tǒng)模塊，最大的特點(diǎn)就是成本和功耗降低，應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求比較高。

市場上低功耗的藍(lán)牙芯片受用戶的喜愛度更深，因?yàn)樗梢越档碗娮釉O(shè)備的功耗和成本，滿足用戶的需求。BLE 藍(lán)牙芯片有以下特點(diǎn)：低能耗藍(lán)牙芯片具備經(jīng)典藍(lán)牙芯片的自適應(yīng) AFH 技術(shù)，可穩(wěn)定低能耗藍(lán)牙芯片的傳輸，因此低能耗藍(lán)牙芯片具有可靠性、安全性和穩(wěn)定性；連接范圍高達(dá)300 m ；當(dāng)活動(dòng)停止時(shí)，BLE 藍(lán)牙芯片大部分處于休眠狀態(tài)，這樣可以降低設(shè)備的功耗；集成性和易用性；可以兼容 BLE 藍(lán)牙技術(shù)和經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)，兼容性強(qiáng)，還可以實(shí)現(xiàn)小型電池供電設(shè)備的高性價(jià)比。

要保證 BLE 藍(lán)牙芯片測試的高效性，本文基于現(xiàn)有藍(lán)牙測試儀表針對某款芯片的測試方案開發(fā)藍(lán)牙芯片測試平臺，完成藍(lán)牙芯片的一鍵式自動(dòng)化測試。

1 GMSK調(diào)制

GMSK 調(diào)制是基于 MSK 調(diào)制的，MSK 本身就是一種連續(xù)相位頻率偏移調(diào)制，在 MSK 信號的基礎(chǔ)上，為了改善信號的旁瓣衰減性能，人們提出了在 MSK 調(diào)制器前端增加一個(gè)濾波器進(jìn)行預(yù)調(diào)制的設(shè)想，引出了最小高斯頻移鍵控（GMSK）的思想。雙極性脈沖序列在通過高斯低通濾波器后，其信號波形更加平滑，經(jīng) MSK調(diào)制器調(diào)制后，產(chǎn)生的調(diào)制信號的相位路徑更加平滑，功率譜的旁瓣衰減性能更好。GMSK 調(diào)制器實(shí)現(xiàn)如圖1所示。

2非標(biāo)藍(lán)牙信號和標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙信號的區(qū)別

針對藍(lán)牙信號的兩種測試模式，一種模式是芯片發(fā)出 GMSK 調(diào)制信號，另一種是標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙測試信號，即帶有藍(lán)牙數(shù)據(jù)包信息的前導(dǎo)。圖2是兩種信號頻率偏移（Frequency Deviation）差異。

3測試方案

針對藍(lán)牙芯片發(fā)出的 GMSK 調(diào)制信號，時(shí)域信號類似于連續(xù)波，這種模式的信號對測試包的起始位置沒有特殊要求，只需要抓取足夠長的信號，進(jìn)行符號同步，進(jìn)而進(jìn)行測試項(xiàng)的計(jì)算即可。

針對正常的藍(lán)牙包信號，在時(shí)域上是有 GAP 的，在抓取芯片信號的時(shí)候可以用沿觸發(fā)進(jìn)行抓取整包數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行正常藍(lán)牙信號的解調(diào)分析。

藍(lán)牙芯片的測試連接圖見圖3。

針對藍(lán)牙芯片發(fā)出的兩種信號，具體的測試流程見圖4。

具體過程描述如下：

1）控制藍(lán)牙芯片發(fā)送 GMSK 調(diào)制信號（payload 類型11110000），儀表配置信號觸發(fā)模式為“Free Run”，F(xiàn)PGA 采集數(shù)據(jù)并保存如 DDR 中；

2） ARM 層從 DDR 中取所需長度的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包等預(yù)處理，上傳到驅(qū)動(dòng)層；

3）驅(qū)動(dòng)層控制完成對信號的解調(diào)分析，并計(jì)算一些需要的測試項(xiàng)；

4） PC 完成剩余測試項(xiàng)的計(jì)算，并統(tǒng)計(jì)測試結(jié)果上報(bào)；

5）控制藍(lán)牙芯片發(fā)送 GMSK 調(diào)制信號（payload 類型10101010），儀表配置信號觸發(fā)模式為“Free Run”，F(xiàn)PGA 采集數(shù)據(jù)并保存如 DDR 中；

6）重復(fù)步驟2～4，完成對 GMSK 調(diào)制信號的測試。

7）控制藍(lán)牙芯片發(fā)送 BLE 藍(lán)牙信號（payload 類型11110000），儀表配置信號觸發(fā)模式為“沿觸發(fā)”，F(xiàn)PGA 采集數(shù)據(jù)并保存如 DDR 中；

8）重復(fù)步驟2～4。

9）控制藍(lán)牙芯片發(fā)送 BLE 藍(lán)牙信號（payload 類型10101010），儀表配置信號觸發(fā)模式為“沿觸發(fā)”，F(xiàn)PGA 采集數(shù)據(jù)并保存如 DDR 中；

10）重復(fù)步驟2～4，完成對 BLE 藍(lán)牙信號的測試；

11）根據(jù)測試需要切換頻點(diǎn)，重復(fù)測試步驟1～10。

4實(shí)例應(yīng)用

將此方法應(yīng)用于 XX 型號藍(lán)牙芯片測試，連接圖如圖5所示。

啟動(dòng)測試軟件，完成芯片測試，測試結(jié)果（BLE2M）見圖6。

由測試結(jié)果可見，本平臺完成 XX 型號藍(lán)牙芯片測試，測試結(jié)果均在芯片給定的指標(biāo)范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

本文針對 XX 型號藍(lán)牙芯片，基于現(xiàn)有藍(lán)牙測試儀表設(shè)計(jì)藍(lán)牙芯片自動(dòng)化測試平臺，通過設(shè)計(jì)藍(lán)牙芯片和測試儀表的控制流程，完成對藍(lán)牙芯片的一鍵式自動(dòng)化測試，測試指標(biāo)穩(wěn)定可靠，可應(yīng)用于藍(lán)牙芯片的產(chǎn)線自動(dòng)化測試。

參考文獻(xiàn)：

[1] Bluetooth Core Specification v 5.0.[M].

[2] 張振環(huán).基于藍(lán)牙的無線測量系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2008.

[3] 劉建泉.一種藍(lán)牙射頻自動(dòng)化測試系統(tǒng)開發(fā)[D].上海：上海交通大學(xué)，2016.