共用開發(fā)環(huán)境及語言 整合RF設(shè)計(jì)與測試

很久以前人們便預(yù)測，未來的設(shè)計(jì)與測試會(huì)相互結(jié)合--在完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中，這兩種一向井水不犯河水的功能會(huì)整合在一起。只要納入符合設(shè)計(jì)的測??試定義與操作，整合兩者的好處可說是顯而易見，不僅能縮短上市時(shí)間，還可以提高整體品質(zhì)。這些測試臺(tái)可于系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中重復(fù)使用，因其包含模擬、操作，以至于最終系統(tǒng)部署等步驟。

為整合設(shè)計(jì)與測試，尤其是針對(duì)射頻(RF)通信等較為復(fù)雜的功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件與所選語言必須能同時(shí)針對(duì)測試與操作，在整個(gè)設(shè)計(jì)周期中有效運(yùn)作。

一般而言，用于模擬/設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工具與技術(shù)不同于運(yùn)用在操作系統(tǒng)的工具與技術(shù)。此外，設(shè)計(jì)/操作專用的工具和語言也不同于測試工具和語言。這樣一來，便需要不同的團(tuán)隊(duì)，各有各的職責(zé)與工具，所以不僅會(huì)提高溝通的難度，也會(huì)因此降低設(shè)計(jì)與測試中重復(fù)使用程序碼的流暢度。

以上這些情況都會(huì)有損設(shè)計(jì)/測試相互整合的好處，因此理想的系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件一定要提供可同時(shí)用于模擬、操作、測試的單一語言，并且盡量重復(fù)使用所有的設(shè)計(jì)函式與相位。

傳統(tǒng)做法枝節(jié)橫生

一般來說，如果特定工具能同時(shí)用于設(shè)計(jì)流程的各種相位與函式，是因?yàn)檫@種工具會(huì)盡量減少每個(gè)相位與函式間的阻礙，而非建立通用的環(huán)境和語言。例如，在新興RF通信標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)流程中，通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家可能會(huì)僅以運(yùn)算式與數(shù)學(xué)的角度出發(fā)，進(jìn)而制作模型并模擬通信串流。

如要測試此模型，設(shè)計(jì)人員可能會(huì)建置自己的測試臺(tái)，但假若是針對(duì)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)定，就可能會(huì)重復(fù)使用合格的測試臺(tái)。一旦能符合設(shè)計(jì)函式，設(shè)計(jì)就算告一個(gè)段落，操作團(tuán)隊(duì)會(huì)接手運(yùn)算式，并且動(dòng)手將數(shù)學(xué)運(yùn)算式編譯成操作運(yùn)算式，這時(shí)通常會(huì)根據(jù)相關(guān)的執(zhí)行需求來決定該使用ANSI C或硬體描述語言(HDL)(圖1)。

圖1 「V」程序圖通常用來代表理想的設(shè)計(jì)、操作、測試流程。在整個(gè)「V」程序圖中一律使用某種系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，這樣做不僅能有效重復(fù)運(yùn)用相關(guān)知識(shí)和運(yùn)算式，也可以減少編譯錯(cuò)誤，同時(shí)縮短發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以修正的時(shí)間。

此外，測試臺(tái)本身也須要經(jīng)過編譯。這項(xiàng)工作需要另一個(gè)不同職能的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)，而且編譯過程中如果出現(xiàn)任何遺漏，經(jīng)常會(huì)造成新的錯(cuò)誤，也可能會(huì)縮小測試范圍。如果初始編譯層不夠復(fù)雜，就必須從頭設(shè)計(jì)或什至?xí)l(fā)現(xiàn)其他操作錯(cuò)誤，讓整個(gè)情況雪上加霜。設(shè)計(jì)運(yùn)算式無法銜接操作流程，會(huì)進(jìn)一步延緩發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以修正的時(shí)程。

為緩和這類問題，許多工具都加入自動(dòng)產(chǎn)生程序碼的步驟，進(jìn)而提高模擬程序碼編譯成ANSI C或HDL的速度。雖然這么做有助于加速遷移至處理器或現(xiàn)場可編程閘陣列(FPGA)，卻無法避免系統(tǒng)部署與除錯(cuò)等需求，這必須交由熟悉ANSI C或HDL的人員負(fù)責(zé)；即便原始設(shè)計(jì)并不完美，但自動(dòng)產(chǎn)生的程序碼可能也有某種缺陷。

圖形化軟件提供單一工具方法

市面上有眾多的系統(tǒng)軟件，以產(chǎn)品時(shí)程的觀點(diǎn)來看，圖形化軟件所提供的成效可以大幅協(xié)助工程師縮短測試時(shí)間，以美商國家儀器(NI)LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件為例，此軟件提供全然不同的選擇，通信設(shè)計(jì)人員可在制作通信串流模型與直接操作測試臺(tái)時(shí)一并使用。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)與測試成果感到滿意，即可將設(shè)計(jì)運(yùn)算式直接用于處理器或FPGA以便進(jìn)行操作。

從早期探索性質(zhì)的設(shè)計(jì)階段開始，一直到最終的操作階段，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都能使用相同的環(huán)境、運(yùn)算式、除錯(cuò)與測試方法。這樣一來，即可有效重復(fù)使用相關(guān)知識(shí)和運(yùn)算式，也可以減少編譯錯(cuò)誤，同時(shí)縮短發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以修正的時(shí)間。

至于純函式的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)類型運(yùn)算式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以超高速度操作運(yùn)算式并加以除錯(cuò)，這是連續(xù)時(shí)域模擬方式所望塵莫及的。至于針對(duì)FPGA的設(shè)計(jì)模擬，還能進(jìn)一步突顯這項(xiàng)好處。

提供RF通信設(shè)計(jì)測試彈性

針對(duì)RF應(yīng)用整合設(shè)計(jì)與測試的議題，通信設(shè)計(jì)也為這種趨勢帶來某種程度的復(fù)雜問題。最重要的是，若要測試RF接收器，必須先建置傳輸器，如果想測試傳輸器，又得先建置接收器。

一般來說，這些測試器的信號(hào)與測量特性必須勝過設(shè)計(jì)本身的相關(guān)特性。此外，RF通信方法與標(biāo)準(zhǔn)日新月異，因此測試器的彈性與速度也必須與時(shí)俱進(jìn)。所以就RF領(lǐng)域而言，理想的測試儀器必須能快速重復(fù)使用傳輸/接收DSP表達(dá)式，同時(shí)具有最優(yōu)異的性能與彈性(圖2)。

圖2 NI PXIe-5644R矢量信號(hào)收發(fā)器的架構(gòu)能夠模擬使用者可修改的DSP區(qū)塊，并且部署至主機(jī)或裝置硬件。另一個(gè)輸入/輸出與內(nèi)存接口都可修改，進(jìn)而彌補(bǔ)表達(dá)式設(shè)計(jì)的不足。

制作這類測試器的傳統(tǒng)方式為打造固定功能的儀器，以便測量/測試特定的通信類別。若要整合設(shè)計(jì)與測試，除了測試流程、測試臺(tái)、附屬裝置等必須納入設(shè)計(jì)流程外，最理想的狀況則是設(shè)計(jì)和測試能與實(shí)際硬件和信號(hào)共同運(yùn)作，而不只是模擬。

其中轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，以及從表達(dá)式設(shè)計(jì)到最終部署(無論是設(shè)計(jì)本身或測試器)常見的困難，就是適當(dāng)整合實(shí)際時(shí)間與更重要的硬件輸入輸出(I/O)及信號(hào)校準(zhǔn)。一般就設(shè)計(jì)與測試函式而言，DSP表達(dá)式設(shè)計(jì)人員不同于可操作裝置硬件(包含I/O整合)的團(tuán)隊(duì)。

通過矢量信號(hào)收發(fā)器與這種LabVIEW可配置輸入輸出(RIO)可程序化裝置，提供可重新設(shè)定功能、彈性優(yōu)異的RF硬件平臺(tái)，其中包含充分優(yōu)化的IP區(qū)塊。這些區(qū)塊有助于掌握常見的復(fù)雜問題，例如高速模擬/數(shù)字(A/D)與數(shù)字/模擬(D/A)整合信號(hào)校準(zhǔn)功能，以及直接內(nèi)存訪問(DMA)數(shù)據(jù)串流至主機(jī)處理器與高速內(nèi)建內(nèi)存。

此種已納入矢量信號(hào)收發(fā)器的硅智財(cái)(IP)可處理三項(xiàng)非常重要的基本特性。首先，此IP可在桌面計(jì)算機(jī)執(zhí)行仿真，所以能在表達(dá)式設(shè)計(jì)流程中使用。再者，必要時(shí)原始碼可用于參考與修正。最后，如先前所述，可以順利改用于實(shí)際的實(shí)時(shí)執(zhí)行。

設(shè)計(jì)/開發(fā)/部署　整合勢在必行

如要打造出從表達(dá)式到部署一手包辦的完整系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，必須全面綜合軟硬件的相關(guān)概念。軟件必須納入適當(dāng)?shù)臅r(shí)程、I/O與DSP表達(dá)式IP。這個(gè)IP不只須要在模擬階段執(zhí)行，同時(shí)也必須在設(shè)計(jì)時(shí)間中快速執(zhí)行功能除錯(cuò)，最后再把測試與設(shè)計(jì)程序代碼從桌面計(jì)算機(jī)環(huán)境遷移至可重新程序化的部署硬件內(nèi)。

個(gè)人所開發(fā)的表達(dá)式與測試就是關(guān)鍵IP，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具的任務(wù)就是讓用戶隨時(shí)都可以重復(fù)使用相同的IP，原始設(shè)計(jì)與最終操作幾乎沒有差異，借此提高用戶的生產(chǎn)力。若要達(dá)成這樣的目標(biāo)，就只能依賴專為操作而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，這種軟件具有開放式且可重復(fù)使用的基礎(chǔ)區(qū)塊，此外還搭配迭代設(shè)計(jì)流程專屬的可重設(shè)硬件。慎選系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件加上具有RIO功能的矢量信號(hào)收發(fā)器，絕對(duì)能讓使用者如虎添翼。