GNSS基帶芯片測試平臺軟件方案設計與實現

陳娉娉,咸德勇

(北京衛星導航中心，北京 100094)

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GNSS基帶芯片測試平臺軟件方案設計與實現

陳娉娉,咸德勇

(北京衛星導航中心，北京 100094)

GNSS基帶芯片測試平臺軟件根據GNSS基帶芯片的特點，采用面向對象的設計方法，設計了合理實用的軟件功能模塊，上位機控制評估軟件通過UDP網絡協議進行網絡數據的通信，實現了GNSS基帶芯片的功能、性能自動化測試與評估。

GNSS基帶芯片；自動測試；測試軟件方案

0　引　言

GNSS基帶芯片主要用于接收處理北斗B3頻點、B1頻點或GPS-L1頻點的數字中頻信號。作為首款集兩個導航系統為一體的導航基帶處理芯片，其在接口定義、功能以及性能上與其他導航系統的基帶芯片有較大差別。根據其多系統導航融合，以及測試中需要剝離環境、鏈路誤差等的影響，為GNSS基帶芯片測試平臺軟件系統設計了合適的測試流程和評估算法[1]。

1　GNSS基帶芯片測試平臺系統構成

GNSS基帶芯片測試需要剝離系統、環境、各級鏈路誤差對基帶信號處理模塊的影響，準確評估基帶芯片本身的性能指標。GNSS基帶芯片測試系統的設計采取不同于GPS芯片整機測試的方式，其測試平臺主要由北斗模擬信號源、GNSS芯片測試平臺和測試平臺軟件系統三部分組成，具體組成框圖如圖1所示。

1) GNSS模擬信號源：能夠產生北斗 B3頻點和B1頻點，GPS L1頻點的衛星導航信號，基于該信號源，為GNSS基帶芯片測試系統設計了符合GNSS芯片測試要求的專用仿真場景，覆蓋GNSS芯片的主要性能指標測試。

圖1　RNSS基帶芯片測試系統框圖

2) GNSS芯片測試平臺：為GNSS基帶芯片測試系統提供硬件支撐。具備接收處理導航射頻信號功能，提供符合GNSS芯片接口要求的數字中頻信號；控制GNSS芯片，通過網絡接口(UDP協議)向上位機控制評估軟件提供原始數據(導航電文、偽碼相位、載波相位、載噪比、多普勒、工作狀態等)；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) 測試平臺軟件系統：為GNSS基帶芯片測試平臺提供軟件評估。具備良好人機交互界面，提供組合化、自動化的操作流程；完成GNSS芯片所有性能指標的測試，如原始數據儲存、實時評估、事后評估、測試報告生成等，是整個平臺的核心。

2　軟件系統設計

2.1軟件功能

針對GNSS基帶芯片的測試需求，軟件系統設計了以下功能，以滿足芯片的功能、性能測試。

1) 能夠對GNSS基帶芯片進行配置和控制，設置GNSS基帶芯片各通道的工作參數，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_L1三個頻點的射頻導航信號的功能；

3) 能夠提供測試所需的各種二次電源；

4) 具備與上位機通信的網絡接口；

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

6) 具備測試GNSS基帶芯片功耗的能力；

7) 具備工作狀態指示功能；

8) 能夠測試評估GNSS基帶芯片的內部寄存器；

9) 能夠測試評估GNSS基帶芯片各原始觀測量；

10) 具備測試評估結果輸出功能。

2.2軟件構成

軟件主要完成測試控制與管理、數據通信、測試數據評估、狀態顯示等功能，軟件系統框圖如圖2所示。

圖2　上位機控制評估軟件系統框圖

網絡通信：完成上位機控制評估軟件與GNSS基帶芯片測試系統評估板的數據通信；

數據打包、協議解析：完成發送數據的打包，以及接收數據的協議解析；

原始觀測量：按照數據評估部分要求的數據結構，把原始觀測量加入數據庫；

寄存器狀態：顯示GNSS芯片內部寄存器的狀態；

接口測試狀態：顯示GNSS芯片內部接口測試結果；

數據評估：根據測試大綱要求，對原始觀測量結果進行評估，綜合評定GNSS基帶芯片性能；

測試控制與管理：完成人機交互、信號源控制、測試場景配置、仿真文件管理以及數據管理。

2.3軟件體系設計

面向對象的軟件框架出現于20世紀80年代中，框架技術為應用開發提供了大粒度的軟件復用,有效提高了軟件的開發效率[2]。軟件框架：為了解決某類問題(系統或子系統領域)的一組抽象類的集合及其實例(instance)對象交互協調的可重用的設計與實現方案。即軟件框架由抽象類的集合、交互的實例對象群以及相關的實現代碼組成。軟件框架是設計一個問題領域的軟件系統骨架，其對象模型和代碼是可重用的[3]。本系統的軟件框架采用VC++多文檔設計方案，將參數控制，數據處理，測試結果等所有顯示信息分別放在不同的FORMVIEW窗口中，測試人員可同時切換多個窗口，觀察測試結果和顯示信息。采用C/S架構，軟件采用UDP網絡協議進行網絡數據的通信，利用面向對象的設計方法設計了不同的類。軟件中主要的功能類包括：參數控制與數據顯示類，數據采集類，數據處理類，數據評估類，數據存儲類，通信控制類，具體如圖3所示。

圖3　軟件系統框圖

菜單主要包括以下幾個部分：文件管理，評估測試，測試信息設置，系統設置，窗口，幫助6個主要部分。各下拉菜單分別實現對應測試功能的入口命令。各菜單劃分如圖4所示。

圖4　軟件菜單功能劃分

2.4主要功能模塊設計

1) 參數控制與顯示功能

軟件的參數控制與數據顯示功能主要集中在軟件的窗口顯示，與數據參數設置兩個方面。

根據各個功能參數設置分類，將不同功能項參數的設置分別放在不同的FORMVIEW窗口中，上位機軟件使用人員，根據窗口中提供的輸入項與選擇項進行參數設置，設置完畢后上位機軟件通過數據解析與數據打包，把用戶的設置信息根據傳輸協議的要求發送到RAM端。完成參數設置的功能。

顯示功能包括：當前設置各個功能參數設置情況的現實，設備連接情況的現實，各個設備工作狀態的現實，及其每個測試項目的測試結果現實(包括圖形顯示)。根據各個顯示內容的差異，分別將其顯示在不同的FORMVIEW窗口中，上位機軟件使用人員可方便的查看各個參數控制與測試結果信息。

2) 數據采集功能

數據采集任務主要是：采集被測數據，與參數設置交互兩方面數據處理。數據采集功能將網口收到的數據進行初步判定，將有用的數據保存，無用或者錯誤的數據剔除出去。上位機通過UDP協議來接收上傳數據。并將采集到的數據進行緩沖處理，等待下面操作。

3) 數據處理功能

數據處理功能包括：將采集到的數據進行二次處理，根據傳輸協議的約定，與內部數據處理功能模塊間的處理關系進行數據轉發處理。轉發的數據主要包括：存儲數據，評估數據，上位機軟件與RAM交互數據等。

4) 數據存儲功能

數據存儲功能是：根據用戶的需求，將需要保存的數據入庫。數據庫采用SQL Server架構，建立數據的頁、表、字段、索引的邏輯關系，應用程序通過SQL語句實現數據的訪問。

5) 數據評估功能

數據評估軟件的數據評估功能是該軟件的核心內容：其包括的評估內容主要有：碼相位累積鎖存器、載波相位累積鎖存器、導航電文輸出寄存器、載波多普勒頻率字鎖存器、捕獲時間(I支路捕獲時間、Q支路P碼直接捕獲時間)、接收信號功率動態范圍、功耗與電源管理、外圍接口測試。

GNSS基帶芯片測試數據評估軟件將根據各個評估項目的測試細則與測試大綱進行模塊的算法處理，并將統計的結果在對應的測試窗口中進行顯示。

6) 通信控制功能

數據通信功能包括：正確建立與銷毀網絡套接字，并通過建立的套接字進行正確的數據傳遞。

2.5數據接口設計

1) 軟件內部接口

上位機控制評估軟件內部接口采用面向對象設計方式，內部數據交換，信息傳遞等通過類對象進行數據的交互[4]。程序設計采用面向對象(OOP)開發模式，按照軟件的功能要求定義數據結構和相關的處理程序，通過類定義的形式表現數據結構與程序的關系。

2) 硬件接口

上位機控制評估軟件提供網絡接口。上位機軟件可以通過連接網線與其他網絡設備通信，使用以太網傳輸協議UDP網絡協議進行網絡數據的通信。

3) 人機交互接口

上位機控制評估軟件包括圖形人機交互界面(GUI)、統計數據顯示等多種形式，實現操作員的界面菜單選擇和文本編輯輸入等功能，并實現界面顯示分系統的運行狀態、評估結果顯示、數據事后處理等功能。

3　測試評估

待測GNSS基帶芯片置于測試平臺，測試信號源、測試平臺、PC機按如圖5所示進行連接。利用測試平臺上的微處理器進行基帶芯片外圍接口測試。測試平臺軟件系統運行在PC機上，控制測試系統信號源播發射頻導航信號(B3、B1/L1頻點)。根據測試需求，測試評估系統向測試平臺發出測試指令，測試平臺上微處理器根據測試指令控制芯片工作，并獲取觀測量上傳PC機。測試平臺軟件對獲取的觀測量進行評估，可對芯片的通道時延一致性、捕獲時間、接收信號功率動態范圍、外圍接口等進行一鍵式自動化測試。

圖5　GNSS基帶芯片測試連接圖

4　結束語

GNSS基帶芯片測試平臺通過GNSS模擬信號源、GNSS芯片測試平臺以及上位機控制評估軟件實現了GNSS基帶芯片的主要性能指標測試，其軟件系統設計的測試方法將為建立GNSS基帶芯片檢測體系提供重要技術支撐，有助于進一步提高GNSS基帶芯片檢測的科學性[2]。

[1]李艷.基于FPGA的軟硬件協同測試的設計與實現[J].信息通信，2013(8):75-76.

[2]劉洋，劉亞斌，陳坤中.自動測試系統軟件框架的設計與應用[J].計算機測量與控制，2007,15(11):1671-4598.

[3]夏銳，肖明清，賴根.并行測試系統的設計與開發[J].計算機測量與控制,2006,14(7):841-843.

[4]吉濤，蔡航.應用SD卡實現大容量存儲測試系統設計[D].西安：陜西科技大學學報，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，主要從事衛星導航終端總體設計與開發工作。

咸德勇(1978-)，男，碩士，主要從事GNSS基帶芯片、射頻芯片總體設計與開發工作。

聯系人： 陳聘聘 E-mail: chenpp0926@163.com