DTMB 标准数字电视ASIC 设计测试平台的研究
摘 要：本文介绍了DTMB 标准数字电视ASIC 设计测试硬件平台的搭建以及控制界面程序的设计。重点讲述了PC 如何控制多台测试仪器，以及它们之间的可靠通信，并且对于自动测试的程序设计进行了详细的说明，有一定的借鉴作用。本文的内容不仅适用于DTMB标准数字电视ASIC 设计测试，而且适用于其它同类型的测试平台的搭建和软件设计。
关键词：VB；Winsock；自动测试；测试平台
1．引 言
数字电视ASIC 设计测试平台主要用于各种标准数字电视IP 机顶盒的内部芯片算法与RTL 的研发服务，在数字电视芯片设计的研发过程中起着至关重要的作用。通过合理地搭建硬件平台以及编写可靠的命令收发程序，可以实现由一台PC 控制所有仪器设备，通过简单的按钮操作，一个人就可以完成整个测试。另外，可以编写自动测试程序，进行自动测试，大大降低测试人员的工作量。
2．测试平台概述
数字电视IP 机顶盒的内部芯片的研发过程中，需要验证测试性能，一般是将RTL 实现的代码比特流下载到FPGA 芯片中，相当于一个数字电视接收机，然后接收不同的输入信号（PRBS 码流），再对处理后的信号进行误码检测，计算误码率。为了能测试在多种复杂的环境下接收机的工作状况，我们需要在实验室内模拟出多种信源和多种信道的信号。因此，DTMB 系统的测试中，会用到DTV Signal Generator(SG), Fading Simulator 和BER Tester 三台仪器。DTV Signal Generator(SG)能产生不同模式的信源信号，加上Fading Simulator 产生的干扰信号，输出给FPGA 测试板。SG 的输出为射频信号，可以使用频谱仪进行观测。
实验室测试平台硬件结构， PC 机通过局域网通信，对SG 和FM 仪器进行控制，设置不同的模式的信源和不同信道的噪声，连接好PC 与仪器之后，可以发送指令进行通信；通过USB1 接口连接USB2I2C 电路采用I2C 通信协议，完成FPGA 板的所有寄存器的读写，软件分析读出的寄存器值，进行工作状态观测。通过USB2 接口连接USB2I2C电路采用I2C 通信协议，完成Tuner 的设置；通过GPIB 通信，完成与BER Tester之间通信，主要是读取误码率和测试时间，对BER Tester 执行Clear 的操作。
有时需要不止一台PC 机，只需将其它的PC 机加入与SG、FM 组建的局域网中。另，为了提高仪器的使用率，在SG 仪器的输出处加入分路器，分为两路，可以同时进行其它测试。也可以将分路器反接，其中一路加入其它仪器产生的干扰，例如CCI 和CW 信号，观察FPGA 测试板的工作状况。
3．测试界面程序设计
测试系统的软件开发使用VB 开发，简单的按钮操作即可实现控制。
PC 机通过LAN 通信，对SG 和FM 仪器进行控制，因此采用VB 中的Winsock 控件来进行命令的收发。添加Timer，实时读取寄存器值，并且巧妙运用Label控件组，持续在界面中显示寄存器值。
软件设计中包括：SG、FM 各个参数的设置以及当前设置值的显示，误操作的报错，收发命令的显示，寄存器读写，各种状态的观测结果的显示，BER 的控制以及多种模式多种信道自动测试等功能。
在软件设计中，对于那些经常需要修改的部分，例如初始值，信道编号，测试时间，信道条件，测试条件的设置，将其保存在INI 文件中，程序内部可通过“GetPrivateProfileString”函数读取INI 中的存储值处理。测试结果可充分利用VB 中的open，print 语句打印出来，便于查找与整理。
3.1 平台Winsock 通信
PC 机对SG 和FM 仪器的控制采用VB 中的Winsock 控件来进行命令的收发。
Winsock 控件可以使用两种协议：TCP 协议和UDP 协议，由于测试平台需要明确连接路径，陆续传输对应的命令，有一定的先后顺序，对于数据的完整性的要求较高，所以测试平台的数据传输部分采用的是面向连接的 TCP 协议。
测试平台控制界面的设计主要以TCP 客户端程序的创建为主，在创建客户应用程序时，首先确定服务器的IP 地址（RemoteHost 属性）和进行监听的端口（RemotePort 属性），然后调用Connect 方法对服务器发出连接请求。当服务器与其建立了连接后，调用SendData方法向服务器传送数据。当服务器的应答数据到达时，发生DataArrival 事件，调用GetData方法获得对方传送的数据。客户端完成实验后，调用Close方法断开与服务器的连接。
设计中发现，如果根据一般情况下常用的TCP 客户端程序设计流程进行设计，长时间测试或频繁修改设备参数时，容易出现设备死机或修改参数不可靠的现象。死机主要原因是：
长时间测试，连续发送命令，发送间隔时间较短，设备处在忙的工作状态，来不及处理，造成设备内部紊乱。一般检查设备是否接收到命令并且设置成功，都是根据上层到达的服务器的应答数据为准来判断的，大多数时候都是可行的，但是偶尔会有错误出现，因此造成Winsock 通信的不可靠。一味地增加发送命令的次数和延长发送命令之间的间隔，会导致代码冗余以及测试时间较长的后果。
为了可靠地发送与接收命令，修改Winsock 内部发送与接收的代码，在底层和上层进行可靠的判断机制，并且设置一个定时器(Timer)对Winsock 控件tcpClient.State 的不同状态实时作相应的处理。以控制SG 仪器为例，重点在于设置全局变量SG_flag，SG_data ，在tcpClient_DataArrival和Senddata部分加入判断机制。由标志完成三个状态的转换：0-idle，1- busy ，2-data ready。
连接完成后，上层执行发送命令，先判断设备是否处于空闲状态，也就是标志是否为0，如果空闲就进行后续操作，否则等待。空闲后，立刻将标志修改为忙的状态，表示正在处理命令，然后将命令数据放入缓存，将缓存数据发送给SG，SG 接收到命令后，执行相应的服务请求，发送应答数据给PC。
对于应答数据的处理如下：再次判断标志是否为“忙”，如果不是，就作为No 来处理。
如果是，从底层Winsock 通信Getdata 获取服务器应答数据，判断应答数据是否是正确设置后的预期结果，例如是否是RVOPE=000，如果不是，就作为No来处理。如果是，修改标志为“data ready”，此时视为Yes。循环20 次，如果20 次的判断结果都是No，就忽略，继续执行后面的程序，确保程序执行的连贯性。
如果对于应答数据的处理结果为No，并且小于20 次，就需要再次执行SendData 发送该命令数据给SG，再次处理应答数据。如果Yes，就将Getdata 赋给变量SG_Data，用数据SG_Data 来作为上层判断的设备应答数据。如果SG_Data 有误（一般只会发生在20 次的判断结果都是通信不正常后，忽略处理），也需要再次执行SendData 发送该命令数据给SG，再次处理应答数据。只是不管怎样，重复执行SendData 发送同一命令的次数不超过15 次。
如果SG_Data 正确，将标志由“忙”修改为“闲”，等待处理下一条命令。
加入该判断机制后，通过长时间测试验证发现，死机现象没有再出现，Winsock 的不可靠通信几乎完全消失。
3.2 自动测试
测试平台只需要满足，PC 机可以通过发送命令控制SG、FM 以及BERT（设置和获取设备状态），那么就可以用VB 编写程序，完成自动测试，大大减少人力。为了能完全模拟手动测试，需要特别注意一些细节。
软件测试的原理为：对于需要测试的量（如C/N），首先设定一个初始值，如果该值不能达到TOV（调整参数如果误码率刚好小于3E-06，即视频图像上观测不到马赛克，则称为在该点上达到TOV），则改变该值（DU/CN 增大，Doppler 减小），直至达到TOV。为测试的程序流程图（括号中为相应操作的指令）。其他信道的测试原理基本与之相同。过这几个步骤的预处理工作，ICA 的计算过程大大简化。图5 给出了ICA 的基函数。
测试中一般先设置SG 设备信源信号，主要的参数包括：帧头模式，交织方式，码率，是否加导频，调制方式，电平，频率以及码流格式等。然后设置信道，在FM 设备中调出存储的信道，并根据不同的测试要求修改信道参数，并且每次修改都需要执行一次reset 操作，自动测试程序的设计中通过将SG 信号断开来实现，由于实际测试时难以做到将SG 信号断开的过程（通常需要拔掉电缆），可以通过控制SG 的信号强度进行模拟，方法为，将RF Level设为-99.9dBm，此时信号极其微弱，可以认为信号已经断开。等待一段时间（大约4”）之后，再将RF Level 恢复为规定值，相当于重新接上信号。
将 SG 信号断开又接上之后，即可开始测试。等待几秒钟，PC 通过GPIB 接口，发送指令给BERT，以读取BERT 的状态，包括此时的时间，BER，锁定状态等。发送指令后BERT的应答信号包括 Bit Error Rate，Bit Error Count，Measuring Bit，Measuring Time，Sync Gain，如果读得BERT 为锁定状态，则发送Clear 命令将其清零，开始观测；在以下情况下，需要调整测试量：
1、等待一定时间（大于Time Out）后BERT 不能锁定。2、BERT 为锁定状态，在一定时间内（通常为2min），出现当前BER 太大（如>5E-6）或者系统突然失锁。
如果在观察时间内始终满足系统锁定且BER 较小（如<5E-6），并且在观察时间结束时满足BER<=3E-6(TOV)，则说明当前测量值为最终性能。需要注意的是，由于BER 在测试过程中会略有波动，因此不能因为观察到BER> TOV 时就调整；如果BER 在测试过程中出现略大于TOV 的情况(3E-6<BER<=5E-6)，而2min 观察时间结束时BER<=TOV，应当认为当前的无需调整。
4．结 论
测试是各种项目研发和工程设计中的关键部分，测试平台的搭建与控制软件的程序设计是测试系统的核心内容，本文的研究对于同类型的测试平台的搭建，尤其是在提高测试效率，缩减人力和硬件设施的投入方面都有一定的借鉴作用。
关键词：VB；Winsock；自动测试；测试平台
1．引 言
数字电视ASIC 设计测试平台主要用于各种标准数字电视IP 机顶盒的内部芯片算法与RTL 的研发服务，在数字电视芯片设计的研发过程中起着至关重要的作用。通过合理地搭建硬件平台以及编写可靠的命令收发程序，可以实现由一台PC 控制所有仪器设备，通过简单的按钮操作，一个人就可以完成整个测试。另外，可以编写自动测试程序，进行自动测试，大大降低测试人员的工作量。
2．测试平台概述
数字电视IP 机顶盒的内部芯片的研发过程中，需要验证测试性能，一般是将RTL 实现的代码比特流下载到FPGA 芯片中，相当于一个数字电视接收机，然后接收不同的输入信号（PRBS 码流），再对处理后的信号进行误码检测，计算误码率。为了能测试在多种复杂的环境下接收机的工作状况，我们需要在实验室内模拟出多种信源和多种信道的信号。因此，DTMB 系统的测试中，会用到DTV Signal Generator(SG), Fading Simulator 和BER Tester 三台仪器。DTV Signal Generator(SG)能产生不同模式的信源信号，加上Fading Simulator 产生的干扰信号，输出给FPGA 测试板。SG 的输出为射频信号，可以使用频谱仪进行观测。
实验室测试平台硬件结构， PC 机通过局域网通信，对SG 和FM 仪器进行控制，设置不同的模式的信源和不同信道的噪声，连接好PC 与仪器之后，可以发送指令进行通信；通过USB1 接口连接USB2I2C 电路采用I2C 通信协议，完成FPGA 板的所有寄存器的读写，软件分析读出的寄存器值，进行工作状态观测。通过USB2 接口连接USB2I2C电路采用I2C 通信协议，完成Tuner 的设置；通过GPIB 通信，完成与BER Tester之间通信，主要是读取误码率和测试时间，对BER Tester 执行Clear 的操作。
有时需要不止一台PC 机，只需将其它的PC 机加入与SG、FM 组建的局域网中。另，为了提高仪器的使用率，在SG 仪器的输出处加入分路器，分为两路，可以同时进行其它测试。也可以将分路器反接，其中一路加入其它仪器产生的干扰，例如CCI 和CW 信号，观察FPGA 测试板的工作状况。
3．测试界面程序设计
测试系统的软件开发使用VB 开发，简单的按钮操作即可实现控制。
PC 机通过LAN 通信，对SG 和FM 仪器进行控制，因此采用VB 中的Winsock 控件来进行命令的收发。添加Timer，实时读取寄存器值，并且巧妙运用Label控件组，持续在界面中显示寄存器值。
软件设计中包括：SG、FM 各个参数的设置以及当前设置值的显示，误操作的报错，收发命令的显示，寄存器读写，各种状态的观测结果的显示，BER 的控制以及多种模式多种信道自动测试等功能。
在软件设计中，对于那些经常需要修改的部分，例如初始值，信道编号，测试时间，信道条件，测试条件的设置，将其保存在INI 文件中，程序内部可通过“GetPrivateProfileString”函数读取INI 中的存储值处理。测试结果可充分利用VB 中的open，print 语句打印出来，便于查找与整理。
3.1 平台Winsock 通信
PC 机对SG 和FM 仪器的控制采用VB 中的Winsock 控件来进行命令的收发。
Winsock 控件可以使用两种协议：TCP 协议和UDP 协议，由于测试平台需要明确连接路径，陆续传输对应的命令，有一定的先后顺序，对于数据的完整性的要求较高，所以测试平台的数据传输部分采用的是面向连接的 TCP 协议。
测试平台控制界面的设计主要以TCP 客户端程序的创建为主，在创建客户应用程序时，首先确定服务器的IP 地址（RemoteHost 属性）和进行监听的端口（RemotePort 属性），然后调用Connect 方法对服务器发出连接请求。当服务器与其建立了连接后，调用SendData方法向服务器传送数据。当服务器的应答数据到达时，发生DataArrival 事件，调用GetData方法获得对方传送的数据。客户端完成实验后，调用Close方法断开与服务器的连接。
设计中发现，如果根据一般情况下常用的TCP 客户端程序设计流程进行设计，长时间测试或频繁修改设备参数时，容易出现设备死机或修改参数不可靠的现象。死机主要原因是：
长时间测试，连续发送命令，发送间隔时间较短，设备处在忙的工作状态，来不及处理，造成设备内部紊乱。一般检查设备是否接收到命令并且设置成功，都是根据上层到达的服务器的应答数据为准来判断的，大多数时候都是可行的，但是偶尔会有错误出现，因此造成Winsock 通信的不可靠。一味地增加发送命令的次数和延长发送命令之间的间隔，会导致代码冗余以及测试时间较长的后果。
为了可靠地发送与接收命令，修改Winsock 内部发送与接收的代码，在底层和上层进行可靠的判断机制，并且设置一个定时器(Timer)对Winsock 控件tcpClient.State 的不同状态实时作相应的处理。以控制SG 仪器为例，重点在于设置全局变量SG_flag，SG_data ，在tcpClient_DataArrival和Senddata部分加入判断机制。由标志完成三个状态的转换：0-idle，1- busy ，2-data ready。
连接完成后，上层执行发送命令，先判断设备是否处于空闲状态，也就是标志是否为0，如果空闲就进行后续操作，否则等待。空闲后，立刻将标志修改为忙的状态，表示正在处理命令，然后将命令数据放入缓存，将缓存数据发送给SG，SG 接收到命令后，执行相应的服务请求，发送应答数据给PC。
对于应答数据的处理如下：再次判断标志是否为“忙”，如果不是，就作为No 来处理。
如果是，从底层Winsock 通信Getdata 获取服务器应答数据，判断应答数据是否是正确设置后的预期结果，例如是否是RVOPE=000，如果不是，就作为No来处理。如果是，修改标志为“data ready”，此时视为Yes。循环20 次，如果20 次的判断结果都是No，就忽略，继续执行后面的程序，确保程序执行的连贯性。
如果对于应答数据的处理结果为No，并且小于20 次，就需要再次执行SendData 发送该命令数据给SG，再次处理应答数据。如果Yes，就将Getdata 赋给变量SG_Data，用数据SG_Data 来作为上层判断的设备应答数据。如果SG_Data 有误（一般只会发生在20 次的判断结果都是通信不正常后，忽略处理），也需要再次执行SendData 发送该命令数据给SG，再次处理应答数据。只是不管怎样，重复执行SendData 发送同一命令的次数不超过15 次。
如果SG_Data 正确，将标志由“忙”修改为“闲”，等待处理下一条命令。
加入该判断机制后，通过长时间测试验证发现，死机现象没有再出现，Winsock 的不可靠通信几乎完全消失。
3.2 自动测试
测试平台只需要满足，PC 机可以通过发送命令控制SG、FM 以及BERT（设置和获取设备状态），那么就可以用VB 编写程序，完成自动测试，大大减少人力。为了能完全模拟手动测试，需要特别注意一些细节。
软件测试的原理为：对于需要测试的量（如C/N），首先设定一个初始值，如果该值不能达到TOV（调整参数如果误码率刚好小于3E-06，即视频图像上观测不到马赛克，则称为在该点上达到TOV），则改变该值（DU/CN 增大，Doppler 减小），直至达到TOV。为测试的程序流程图（括号中为相应操作的指令）。其他信道的测试原理基本与之相同。过这几个步骤的预处理工作，ICA 的计算过程大大简化。图5 给出了ICA 的基函数。
测试中一般先设置SG 设备信源信号，主要的参数包括：帧头模式，交织方式，码率，是否加导频，调制方式，电平，频率以及码流格式等。然后设置信道，在FM 设备中调出存储的信道，并根据不同的测试要求修改信道参数，并且每次修改都需要执行一次reset 操作，自动测试程序的设计中通过将SG 信号断开来实现，由于实际测试时难以做到将SG 信号断开的过程（通常需要拔掉电缆），可以通过控制SG 的信号强度进行模拟，方法为，将RF Level设为-99.9dBm，此时信号极其微弱，可以认为信号已经断开。等待一段时间（大约4”）之后，再将RF Level 恢复为规定值，相当于重新接上信号。
将 SG 信号断开又接上之后，即可开始测试。等待几秒钟，PC 通过GPIB 接口，发送指令给BERT，以读取BERT 的状态，包括此时的时间，BER，锁定状态等。发送指令后BERT的应答信号包括 Bit Error Rate，Bit Error Count，Measuring Bit，Measuring Time，Sync Gain，如果读得BERT 为锁定状态，则发送Clear 命令将其清零，开始观测；在以下情况下，需要调整测试量：
1、等待一定时间（大于Time Out）后BERT 不能锁定。2、BERT 为锁定状态，在一定时间内（通常为2min），出现当前BER 太大（如>5E-6）或者系统突然失锁。
如果在观察时间内始终满足系统锁定且BER 较小（如<5E-6），并且在观察时间结束时满足BER<=3E-6(TOV)，则说明当前测量值为最终性能。需要注意的是，由于BER 在测试过程中会略有波动，因此不能因为观察到BER> TOV 时就调整；如果BER 在测试过程中出现略大于TOV 的情况(3E-6<BER<=5E-6)，而2min 观察时间结束时BER<=TOV，应当认为当前的无需调整。
4．结 论
测试是各种项目研发和工程设计中的关键部分，测试平台的搭建与控制软件的程序设计是测试系统的核心内容，本文的研究对于同类型的测试平台的搭建，尤其是在提高测试效率，缩减人力和硬件设施的投入方面都有一定的借鉴作用。