羅文

(成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，成都 610100)

0 引 言

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)確立了下一代通信裝備完全按照軟件通信體系結(jié)構(gòu)(SCA)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、研制、維護(hù)的總體思路.在這一背景下，為了促進(jìn)不同單位獨(dú)立研制的無(wú)線電軟硬件模塊、平臺(tái)、整機(jī)設(shè)備之間的相互兼容性，必須依據(jù)軟件無(wú)線電通信體系結(jié)構(gòu)系列標(biāo)準(zhǔn)，制定完備系統(tǒng)的測(cè)試方法和測(cè)試流程.在此基礎(chǔ)上研制軟件無(wú)線電符合性測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)不同廠家采用不同實(shí)現(xiàn)方式研制的無(wú)線電產(chǎn)品進(jìn)行全面、嚴(yán)格的符合性測(cè)試，以驗(yàn)證其是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，保證裝備的順利集成、聯(lián)調(diào)聯(lián)試和作戰(zhàn)使用.因此，符合性測(cè)試系統(tǒng)是提高軟件無(wú)線電通信裝備標(biāo)準(zhǔn)兼容性的重要技術(shù)手段，是實(shí)現(xiàn)真正意義上的通用化、系列化、模塊化的重要保證.

Medom 硬件抽象層(MHAL)軟件通過(guò)屏蔽硬件平臺(tái)相關(guān)的底層通信機(jī)制、封裝標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，實(shí)現(xiàn)波形組件間通信方式與具體硬件平臺(tái)的分離，保持波形組件底層通信訪問(wèn)接口的一致性.MHAL 參考模型定義了MHAL 通信服務(wù)，該服務(wù)由一系列與MHAL 接口組件協(xié)同工作的MHAL 通信函數(shù)組成.其中，MHAL 接口組件由運(yùn)行在通用處理器(GPP)和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)上的軟件驅(qū)動(dòng)程序和現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA)接口組成，提供消息傳輸，MHAL 通信函數(shù)則提供抽象的消息路由功能，波形使用MHAL 通信服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算單元(CE)中軟件組件間的數(shù)據(jù)流和控制流傳輸.

通過(guò)對(duì)MHAL 應(yīng)用程序編程接口(API)的研究，實(shí)現(xiàn)SCA 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)MHAL 的接口測(cè)試，提高波形的可移植性，達(dá)到波形與硬件的解耦[2].

1 MHAL 參考模型及被測(cè)接口

MHAL 通信服務(wù)由一系列與MHAL 接口組件協(xié)同工作的MHAL 通信函數(shù)組成[3]，其中MHAL 接口組件由運(yùn)行在GPP 和DSP 上的軟件驅(qū)動(dòng)程序組成，提供消息傳輸，MHAL 通信函數(shù)則提供抽象的消息路由功能[4].參考模型如圖1 所示.

圖1 硬件抽象層參考模型[5]

SCA 標(biāo)準(zhǔn)中定義了一系列MHAL 函數(shù)[6]，如GPP MHAL 接口：MHALPacketConsumer::pushPacket，實(shí)現(xiàn)將通信數(shù)據(jù)推送到消費(fèi)者的能力.DSP MHAL 接口：mhalFunPtr reroute_LD_sink (uint16_t LD,mhalFunPtr newSinkFx)，用于實(shí)現(xiàn)邏輯地址(LD)與信宿函數(shù)的映射.通過(guò)對(duì)MHAL 函數(shù)的測(cè)試，可以判斷不同計(jì)算單元(CE)屏蔽底層硬件差異實(shí)現(xiàn)透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰7].

現(xiàn)以SCA 標(biāo)準(zhǔn)中的MHAL 接口為被測(cè)對(duì)象，設(shè)計(jì)測(cè)試用例，對(duì)MHAL 接口進(jìn)行SCA 標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試，測(cè)試用例分類及測(cè)試對(duì)象如表1 所示.

表1 測(cè)試用例分類及測(cè)試對(duì)象

2 MHAL 測(cè)試設(shè)計(jì)

硬件平臺(tái)符合性測(cè)試系統(tǒng)由測(cè)試平臺(tái)和被測(cè)設(shè)備組成，測(cè)試框架如圖2 所示.測(cè)試用例由硬件平臺(tái)控制終端的符合性測(cè)試軟件和分別部署在GPP、DSP、FPGA 上的GPP 測(cè)試組件、DSP 測(cè)試組件、FPGA測(cè)試組件組成.測(cè)試平臺(tái)是測(cè)試用例的主控單元，通過(guò)與GPP 測(cè)試組件、DSP 測(cè)試組件、FPGA 測(cè)試組件的數(shù)據(jù)收發(fā)完成測(cè)試用例流程.

圖2 測(cè)試框架示意圖

GPP 測(cè)試組件：在接口符合性測(cè)試中GPP 不需進(jìn)行相關(guān)操作，所有操作由PC 端符合性測(cè)試軟件直接調(diào)用MHAL 的接口執(zhí)行測(cè)試流程.在MHAL 吞吐量測(cè)試中，GPP 需精確計(jì)時(shí)，并與DSP、FPGA 進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，完成MHAL 吞吐量測(cè)試.

DSP 測(cè)試組件接收到GPP 的測(cè)試指令后，完成GPP-DSP 的連通性測(cè)試、GPP-DSP-FPGA 的連通性測(cè)試，以及基于LD 的DSP 端SCA_API 接口符合性測(cè)試及MHAL 吞吐量測(cè)試.

FPGA 測(cè)試組件接收到GPP/DSP 的測(cè)試指令后，完成GPP-FPGA/DSP-FPGA 的連通性測(cè)試、以及基于LD 的FPGA 端MHAL 接口測(cè)試及吞吐量測(cè)試.

2.1 MHAL 接口符合性測(cè)試

現(xiàn)以GPP 端MHAL 的pushPacket 接口測(cè)試為例，對(duì)MHAL 接口符合性測(cè)試進(jìn)行舉例說(shuō)明.

2.1.1 基本描述

pushPacket 接口函數(shù)測(cè)試用例如表2 所示.

表2 pushPacket 接口函數(shù)測(cè)試用例

2.1.2 內(nèi)容描述

2.1.2.1 測(cè)試聲明1

測(cè)試條件：GPP MHAL 設(shè)備工作正常，并從設(shè)備組件獲取到 MHAL::PF_MHALPacketConsumer接口，設(shè)置參數(shù)為無(wú)效的LD.

執(zhí)行過(guò)程：調(diào)用此方法，設(shè)置參數(shù)接收端口邏輯地址為無(wú)效的LD，觀察測(cè)試函數(shù)狀態(tài).

2.1.2.2 測(cè)試聲明2

測(cè)試條件：GPP MHAL 設(shè)備工作正常，并從設(shè)備組件獲取到MHAL::PF_MHALPacketConsumer 接口.

執(zhí)行過(guò)程：調(diào)用此方法，設(shè)置參數(shù)接收端口邏輯地址為有效的LD，觀察測(cè)試函數(shù)狀態(tài).

2.1.3 期望測(cè)試結(jié)果

pushPacket 方法期望測(cè)試結(jié)果如表3 所示.

表3 pushPacket 方法期望測(cè)試結(jié)果

2.2 RF chain 測(cè)試

現(xiàn)以工作頻段測(cè)試為例，對(duì)MHAL RF chain 接口進(jìn)行輸出響應(yīng)測(cè)試.硬件平臺(tái)控制被測(cè)設(shè)備的信道模塊輸出單載波，利用頻譜儀測(cè)量工作頻率.

硬件平臺(tái)控制端向被測(cè)設(shè)備的信道模塊發(fā)送RF chain 消息，控制被測(cè)設(shè)備的信道模塊依次輸出三個(gè)單載波信號(hào)，這三個(gè)單載波信號(hào)的中心頻點(diǎn)為有效頻段范圍內(nèi)的任意三個(gè)頻點(diǎn).利用頻譜儀測(cè)量單載波信號(hào)是否滿足要求，測(cè)試圖如圖3 所示.

圖3 設(shè)備工作頻段測(cè)試圖

2.2.1 基本描述

設(shè)備工作頻段測(cè)試用例如表4 所示.

表4 設(shè)備工作頻段測(cè)試用例

工作頻段測(cè)試需進(jìn)行信道初始配置和信道工作配置，配置過(guò)程中需要向信道模塊下發(fā)MHAL RF chain 消息，具體操作如下：

1) 信道初始配置：硬件平臺(tái)測(cè)試終端向被測(cè)設(shè)備的信道模塊發(fā)送RF Chain 消息.首先構(gòu)建單載波模式參數(shù)表，通過(guò)RFC_DefModulationMode 接口，設(shè)置FM 模式，采樣率為4 M，通過(guò)RFC_ChannelFrequency接口依次配置工作頻率F1、F2、F3.

2)信道工作配置：下發(fā)RFC_ModulationMode 命令，調(diào)用RFC_DefModulationMode 中設(shè)置的調(diào)制模式編號(hào)，通過(guò)RFC_TxBusyStatusResponse 命令查詢發(fā)射資源狀態(tài)是否可用，并發(fā)送RFC_ConnectTxBlock命令連接波形與射頻鏈發(fā)射通路，然后下發(fā)RFC_ChannelTxModeSet 命令請(qǐng)求進(jìn)入發(fā)射狀態(tài).

2.2.2 內(nèi)容描述

2.2.2.1 測(cè)試聲明1

測(cè)試條件：GPP MHAL 及信道模塊工作正常，測(cè)試儀器為頻譜分析儀.

執(zhí)行過(guò)程：

1)配置信道中心頻點(diǎn)F1；

2)通過(guò)頻譜分析儀測(cè)試信道輸出的射頻信號(hào).

2.2.2.2 測(cè)試聲明2

測(cè)試條件：GPP MHAL 及信道模塊工作正常，測(cè)試儀器為頻譜分析儀.

執(zhí)行過(guò)程：

1)配置信道中心頻點(diǎn)F2；

2)通過(guò)頻譜分析儀測(cè)試信道輸出的射頻信號(hào).

2.2.2.3 測(cè)試聲明3

測(cè)試條件：GPP MHAL 及信道模塊工作正常，測(cè)試儀器為頻譜分析儀.

執(zhí)行過(guò)程：

1)配置信道中心頻點(diǎn)F3；

2)通過(guò)頻譜分析儀測(cè)試信道輸出的射頻信號(hào).

2.2.3 期望測(cè)試結(jié)果

設(shè)備工作頻段測(cè)試期望結(jié)果如表5 所示.

表5 設(shè)備工作頻段測(cè)試期望結(jié)果

2.3 吞吐量測(cè)試

現(xiàn)以GPP?>DSP/FPGA 吞吐量測(cè)試為例，簡(jiǎn)述基于MHAL 接口的模塊間吞吐量測(cè)試.

2.3.1 基本描述

GPP?>DSP/FPGA 吞吐量測(cè)試基本描述如表6所示.

表6 GPP?>DSP/FPGA 吞吐量測(cè)試用例

2.3.2 內(nèi)容描述

2.3.2.1 測(cè)試聲明1

測(cè)試條件：GPP/DSP/FPGA MHAL 工作正常.

執(zhí)行過(guò)程：

1) GPP 接收到上位機(jī)下發(fā)的測(cè)試指令及測(cè)試參數(shù)后，將測(cè)試指令及測(cè)試參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給DSP 或FPGA模塊，DSP 或FPGA 模塊接收測(cè)試指令及測(cè)試參數(shù)，從測(cè)試參數(shù)中提取測(cè)試數(shù)據(jù)包數(shù)M.

2) GPP 重復(fù)發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)給DSP 或FPGA模塊.

3) DSP 或者FPGA 模塊接收到第一包測(cè)試數(shù)據(jù)起開始計(jì)時(shí)，當(dāng)測(cè)試包數(shù)等于測(cè)試數(shù)據(jù)包數(shù)M時(shí)，向上位機(jī)上報(bào)統(tǒng)計(jì)時(shí)間，即傳送時(shí)間；當(dāng)測(cè)試包數(shù)小于測(cè)試數(shù)據(jù)包數(shù)M時(shí)，數(shù)據(jù)包丟失，上報(bào)結(jié)果測(cè)試失敗.

4)上位機(jī)根據(jù)DSP 或FPGA 模塊上報(bào)的測(cè)試結(jié)果，吞吐量=成功傳送的數(shù)據(jù)/傳送時(shí)間，計(jì)算吞吐量.

2.3.3 期望測(cè)試結(jié)果

GPP->DSP/FPGA 吞吐量測(cè)試結(jié)果如表7 所示.

表7 GPP?>DSP/FPGA 吞吐量測(cè)試期望結(jié)果

3 創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 硬件平臺(tái)模塊間性能測(cè)試方法

波形可移植性評(píng)估是驗(yàn)證不同的波形能否在同一個(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行，測(cè)試項(xiàng)包括：

1)軟件運(yùn)行環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試：對(duì)核心框架、設(shè)備組件、服務(wù)組件進(jìn)行接口驗(yàn)證；

2)波形SCA 標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試：對(duì)波形組件與核心框架組件之間的接口進(jìn)行驗(yàn)證；

3)波形傳輸性能評(píng)估：對(duì)功能波形所要求的功能、性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，從而判斷在硬件環(huán)境滿足波形傳輸性能測(cè)試的前提條件下，待移植的波形軟件功能；

4)硬件平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)符合性及性能測(cè)試：包含MHAL 接口符合性測(cè)試、MHAL 性能測(cè)試.

針對(duì)硬件平臺(tái)的性能測(cè)試，目前常用方法為單個(gè)模塊的吞吐量，如GPP 模塊內(nèi)兩組件之間的吞吐量.本文提出一套GPP?>DSP/FPGA、DSP/FPGA?>GPP、DSP?>FPGA、FPGA?>DSP 模塊之間MHAL 吞吐量測(cè)試方法，通過(guò)對(duì)比波形對(duì)硬件平臺(tái)的指標(biāo)要求和MHAL 吞吐量測(cè)試結(jié)果，可以完成波形可移植性評(píng)估中的第4 項(xiàng)硬件平臺(tái)性能測(cè)試.

3.2 PC 端采用CORBA 中間件TAO

MHAL 接口符合性測(cè)試中，PC 端通過(guò)采用CORBA 的中間件TAO 與被測(cè)設(shè)備通信，將設(shè)備端的嵌入式測(cè)試用例放在PC 端運(yùn)行，即可屏蔽被測(cè)設(shè)備之間的差異，提高測(cè)試用例的通用性、兼容性、測(cè)試效率，用戶只需在PC 端一鍵操作即可完成自動(dòng)化測(cè)試.采用中間件TAO[8]后，PC 端與被測(cè)設(shè)備的測(cè)試流程如圖4 所示.

圖4 GPP 標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試原理

步驟1)和2)：PC 通過(guò)CORBA 軟總線與待測(cè)設(shè)備的域管理器[9]建立連接，并通過(guò)設(shè)備名查找到MHAL 設(shè)備，利用MHAL::PF_MHALPacketConsumer::pushpacket()方法將數(shù)據(jù)推送至DSP/FPGA 端.

步驟3)和4)：DSP/FPGA 收到數(shù)據(jù)后，DSP/FPGA通過(guò)各自的推送接口將數(shù)據(jù)推送至MHAL; MHAL通過(guò)MHAL::WF_MHALPacketConsumer::pushpacket()將數(shù)據(jù)推送至PC 端.

根據(jù)以上描述，現(xiàn)將PC 端采用CORBA 中間件TAO 的測(cè)試方法和傳統(tǒng)不采用CORBA 中間件的測(cè)試方法進(jìn)行對(duì)比，如表8 所示.

表8 兩種測(cè)試方法對(duì)比

3.3 軟件功能可動(dòng)態(tài)配置

為兼容各廠家設(shè)備之間的差異性，提高測(cè)試的通用性，在測(cè)試用例設(shè)計(jì)時(shí)采用可配置參數(shù)法，實(shí)現(xiàn)軟件功能的動(dòng)態(tài)配置.

以MHAL 吞吐量測(cè)試為例，各廠家設(shè)備的MHAL吞吐量指標(biāo)不一樣.測(cè)試時(shí)需在EXCEL 文件上錄入多組參數(shù)，如數(shù)據(jù)包大小、數(shù)據(jù)包間時(shí)延、數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)、發(fā)送數(shù)據(jù)類型等參數(shù)，通過(guò)運(yùn)行多組測(cè)試數(shù)據(jù)，直至逼近被測(cè)設(shè)備的最大吞吐量.

4 測(cè)試用例的驗(yàn)證

為判斷測(cè)試用例是否具有驗(yàn)證陪測(cè)設(shè)備硬件平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試的功能，可依據(jù)SCA 標(biāo)準(zhǔn)[3]，進(jìn)行MHAL 接口符合性測(cè)試功能驗(yàn)證和性能測(cè)試功能驗(yàn)證[10].

4.1 MHAL 接口符合性測(cè)試功能驗(yàn)證

采用以下方法對(duì)MHAL 接口符合性測(cè)試用例進(jìn)行驗(yàn)證：

1)靜態(tài)代碼審查：檢查API 函數(shù)名、函數(shù)參數(shù)及返回值是否符合SCA 標(biāo)準(zhǔn).

2)收發(fā)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)符合性檢查：利用抓包工具抓取收發(fā)MHAL 數(shù)據(jù)并判斷該數(shù)據(jù)是否符合SCA 標(biāo)準(zhǔn).如圖5 所示，MHAL 通過(guò)數(shù)據(jù)包交換的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā).每個(gè)MHAL數(shù)據(jù)包含報(bào)頭和載荷，報(bào)頭中的邏輯目的地址為目的端口字段.ICD 結(jié)構(gòu)如圖5所示.

圖5 MHAL 消息格式

3)以某接收機(jī)為陪測(cè)對(duì)象進(jìn)行功能測(cè)試：如圖3所示，搭建測(cè)試環(huán)境，利用測(cè)試平臺(tái)控制端向陪測(cè)設(shè)備下發(fā)測(cè)試指令及測(cè)試參數(shù)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果判斷測(cè)試用例是否具有驗(yàn)證陪測(cè)設(shè)備MHAL 接口符合性測(cè)試的功能.

經(jīng)以上3 項(xiàng)驗(yàn)證測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿足測(cè)試期望，MHAL 接口符合性測(cè)試用例具有驗(yàn)證陪測(cè)設(shè)備MHAL 接口符合性測(cè)試的功能.

4.2 MHAL 吞吐量測(cè)試功能驗(yàn)證

以某接收機(jī)為陪測(cè)對(duì)象對(duì)MHAL 進(jìn)行吞吐量測(cè)試，傳輸速率測(cè)試結(jié)果在1～1 000 Mbps，測(cè)試結(jié)果滿足測(cè)試期望.MHAL 吞吐量測(cè)試用例具有驗(yàn)證陪測(cè)設(shè)備MHAL 吞吐量測(cè)試的功能.

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)波形可移植性評(píng)估中的硬件平臺(tái)測(cè)試，本文實(shí)現(xiàn)了一組通用性測(cè)試用例集.經(jīng)過(guò)靜態(tài)代碼審查、收發(fā)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)符合性檢查、以某接收機(jī)為陪測(cè)對(duì)象進(jìn)行的功能測(cè)試3 項(xiàng)測(cè)試，結(jié)果表明，本文實(shí)現(xiàn)的測(cè)試用例集具有硬件平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試能力.為波形可移植性評(píng)估中的硬件平臺(tái)測(cè)試提供了一種切實(shí)可行的辦法.