GNSS基带芯片测试平台软件方案设计与实现

陈娉娉,咸德勇

(北京卫星导航中心，北京 100094)



GNSS基带芯片测试平台软件方案设计与实现

陈娉娉,咸德勇

(北京卫星导航中心，北京 100094)

GNSS基带芯片测试平台软件根据GNSS基带芯片的特点，采用面向对象的设计方法，设计了合理实用的软件功能模块，上位机控制评估软件通过UDP网络协议进行网络数据的通信，实现了GNSS基带芯片的功能、性能自动化测试与评估。

GNSS基带芯片；自动测试；测试软件方案

0　引　言

GNSS基带芯片主要用于接收处理北斗B3频点、B1频点或GPS-L1频点的数字中频信号。作为首款集两个导航系统为一体的导航基带处理芯片，其在接口定义、功能以及性能上与其他导航系统的基带芯片有较大差别。根据其多系统导航融合，以及测试中需要剥离环境、链路误差等的影响，为GNSS基带芯片测试平台软件系统设计了合适的测试流程和评估算法[1]。

1　GNSS基带芯片测试平台系统构成

GNSS基带芯片测试需要剥离系统、环境、各级链路误差对基带信号处理模块的影响，准确评估基带芯片本身的性能指标。GNSS基带芯片测试系统的设计采取不同于GPS芯片整机测试的方式，其测试平台主要由北斗模拟信号源、GNSS芯片测试平台和测试平台软件系统三部分组成，具体组成框图如图1所示。

1) GNSS模拟信号源：能够产生北斗 B3频点和B1频点，GPS L1频点的卫星导航信号，基于该信号源，为GNSS基带芯片测试系统设计了符合GNSS芯片测试要求的专用仿真场景，覆盖GNSS芯片的主要性能指标测试。

图1　RNSS基带芯片测试系统框图

2) GNSS芯片测试平台：为GNSS基带芯片测试系统提供硬件支撑。具备接收处理导航射频信号功能，提供符合GNSS芯片接口要求的数字中频信号；控制GNSS芯片，通过网络接口(UDP协议)向上位机控制评估软件提供原始数据(导航电文、伪码相位、载波相位、载噪比、多普勒、工作状态等)；异步串行接口、RTC芯片、微处理器、电源模块等多电路模块，提供符合GNSS基带芯片正常工作所需的外围电路。

3) 测试平台软件系统：为GNSS基带芯片测试平台提供软件评估。具备良好人机交互界面，提供组合化、自动化的操作流程；完成GNSS芯片所有性能指标的测试，如原始数据储存、实时评估、事后评估、测试报告生成等，是整个平台的核心。

2　软件系统设计

2.1软件功能

针对GNSS基带芯片的测试需求，软件系统设计了以下功能，以满足芯片的功能、性能测试。

1) 能够对GNSS基带芯片进行配置和控制，设置GNSS基带芯片各通道的工作参数，使GNSS基带芯片正常捕获和跟踪；

2) 具有接收处理BD2_B3/ B1 和GPS_L1三个频点的射频导航信号的功能；

3) 能够提供测试所需的各种二次电源；

4) 具备与上位机通信的网络接口；

5) 具备对GNSS基带芯片通用接口(IC卡/URAT/I2C/GPIO)的测试评估能力；

6) 具备测试GNSS基带芯片功耗的能力；

7) 具备工作状态指示功能；

8) 能够测试评估GNSS基带芯片的内部寄存器；

9) 能够测试评估GNSS基带芯片各原始观测量；

10) 具备测试评估结果输出功能。

2.2软件构成

软件主要完成测试控制与管理、数据通信、测试数据评估、状态显示等功能，软件系统框图如图2所示。

图2　上位机控制评估软件系统框图

网络通信：完成上位机控制评估软件与GNSS基带芯片测试系统评估板的数据通信；

数据打包、协议解析：完成发送数据的打包，以及接收数据的协议解析；

原始观测量：按照数据评估部分要求的数据结构，把原始观测量加入数据库；

寄存器状态：显示GNSS芯片内部寄存器的状态；

接口测试状态：显示GNSS芯片内部接口测试结果；

数据评估：根据测试大纲要求，对原始观测量结果进行评估，综合评定GNSS基带芯片性能；

测试控制与管理：完成人机交互、信号源控制、测试场景配置、仿真文件管理以及数据管理。

2.3软件体系设计

面向对象的软件框架出现于20世纪80年代中，框架技术为应用开发提供了大粒度的软件复用,有效提高了软件的开发效率[2]。软件框架：为了解决某类问题(系统或子系统领域)的一组抽象类的集合及其实例(instance)对象交互协调的可重用的设计与实现方案。即软件框架由抽象类的集合、交互的实例对象群以及相关的实现代码组成。软件框架是设计一个问题领域的软件系统骨架，其对象模型和代码是可重用的[3]。本系统的软件框架采用VC++多文档设计方案，将参数控制，数据处理，测试结果等所有显示信息分别放在不同的FORMVIEW窗口中，测试人员可同时切换多个窗口，观察测试结果和显示信息。采用C/S架构，软件采用UDP网络协议进行网络数据的通信，利用面向对象的设计方法设计了不同的类。软件中主要的功能类包括：参数控制与数据显示类，数据采集类，数据处理类，数据评估类，数据存储类，通信控制类，具体如图3所示。

图3　软件系统框图

菜单主要包括以下几个部分：文件管理，评估测试，测试信息设置，系统设置，窗口，帮助6个主要部分。各下拉菜单分别实现对应测试功能的入口命令。各菜单划分如图4所示。

图4　软件菜单功能划分

2.4主要功能模块设计

1) 参数控制与显示功能

软件的参数控制与数据显示功能主要集中在软件的窗口显示，与数据参数设置两个方面。

根据各个功能参数设置分类，将不同功能项参数的设置分别放在不同的FORMVIEW窗口中，上位机软件使用人员，根据窗口中提供的输入项与选择项进行参数设置，设置完毕后上位机软件通过数据解析与数据打包，把用户的设置信息根据传输协议的要求发送到RAM端。完成参数设置的功能。

显示功能包括：当前设置各个功能参数设置情况的现实，设备连接情况的现实，各个设备工作状态的现实，及其每个测试项目的测试结果现实(包括图形显示)。根据各个显示内容的差异，分别将其显示在不同的FORMVIEW窗口中，上位机软件使用人员可方便的查看各个参数控制与测试结果信息。

2) 数据采集功能

数据采集任务主要是：采集被测数据，与参数设置交互两方面数据处理。数据采集功能将网口收到的数据进行初步判定，将有用的数据保存，无用或者错误的数据剔除出去。上位机通过UDP协议来接收上传数据。并将采集到的数据进行缓冲处理，等待下面操作。

3) 数据处理功能

数据处理功能包括：将采集到的数据进行二次处理，根据传输协议的约定，与内部数据处理功能模块间的处理关系进行数据转发处理。转发的数据主要包括：存储数据，评估数据，上位机软件与RAM交互数据等。

4) 数据存储功能

数据存储功能是：根据用户的需求，将需要保存的数据入库。数据库采用SQL Server架构，建立数据的页、表、字段、索引的逻辑关系，应用程序通过SQL语句实现数据的访问。

5) 数据评估功能

数据评估软件的数据评估功能是该软件的核心内容：其包括的评估内容主要有：码相位累积锁存器、载波相位累积锁存器、导航电文输出寄存器、载波多普勒频率字锁存器、捕获时间(I支路捕获时间、Q支路P码直接捕获时间)、接收信号功率动态范围、功耗与电源管理、外围接口测试。

GNSS基带芯片测试数据评估软件将根据各个评估项目的测试细则与测试大纲进行模块的算法处理，并将统计的结果在对应的测试窗口中进行显示。

6) 通信控制功能

数据通信功能包括：正确建立与销毁网络套接字，并通过建立的套接字进行正确的数据传递。

2.5数据接口设计

1) 软件内部接口

上位机控制评估软件内部接口采用面向对象设计方式，内部数据交换，信息传递等通过类对象进行数据的交互[4]。程序设计采用面向对象(OOP)开发模式，按照软件的功能要求定义数据结构和相关的处理程序，通过类定义的形式表现数据结构与程序的关系。

2) 硬件接口

上位机控制评估软件提供网络接口。上位机软件可以通过连接网线与其他网络设备通信，使用以太网传输协议UDP网络协议进行网络数据的通信。

3) 人机交互接口

上位机控制评估软件包括图形人机交互界面(GUI)、统计数据显示等多种形式，实现操作员的界面菜单选择和文本编辑输入等功能，并实现界面显示分系统的运行状态、评估结果显示、数据事后处理等功能。

3　测试评估

待测GNSS基带芯片置于测试平台，测试信号源、测试平台、PC机按如图5所示进行连接。利用测试平台上的微处理器进行基带芯片外围接口测试。测试平台软件系统运行在PC机上，控制测试系统信号源播发射频导航信号(B3、B1/L1频点)。根据测试需求，测试评估系统向测试平台发出测试指令，测试平台上微处理器根据测试指令控制芯片工作，并获取观测量上传PC机。测试平台软件对获取的观测量进行评估，可对芯片的通道时延一致性、捕获时间、接收信号功率动态范围、外围接口等进行一键式自动化测试。

图5　GNSS基带芯片测试连接图

4　结束语

GNSS基带芯片测试平台通过GNSS模拟信号源、GNSS芯片测试平台以及上位机控制评估软件实现了GNSS基带芯片的主要性能指标测试，其软件系统设计的测试方法将为建立GNSS基带芯片检测体系提供重要技术支撑，有助于进一步提高GNSS基带芯片检测的科学性[2]。

[1]李艳.基于FPGA的软硬件协同测试的设计与实现[J].信息通信，2013(8):75-76.

[2]刘洋，刘亚斌，陈坤中.自动测试系统软件框架的设计与应用[J].计算机测量与控制，2007,15(11):1671-4598.

[3]夏锐，肖明清，赖根.并行测试系统的设计与开发[J].计算机测量与控制,2006,14(7):841-843.

[4]吉涛，蔡航.应用SD卡实现大容量存储测试系统设计[D].西安：陕西科技大学学报，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

陈娉娉(1975-)，女，硕士，主要从事卫星导航终端总体设计与开发工作。

咸德勇(1978-)，男，硕士，主要从事GNSS基带芯片、射频芯片总体设计与开发工作。

联系人： 陈聘聘 E-mail: chenpp0926@163.com