引言
電信時代尚未達到頂峰。預計到 2016年用戶數(shù)據(jù)傳輸速率將達到每月 6 EB.新通信技術的發(fā)展旨在確保滿足日益增加的數(shù)據(jù)傳輸速率要求。3GPP 標準逐步發(fā)展，以確保滿足這些要求。與此同時，運營商為提供良好的用戶覆蓋體驗而引入了小型蜂窩需求，蜂窩拓撲也發(fā)生了改變。
在這種有利的情況下，半導體公司提供了廣泛的產(chǎn)品組合，以應對不同的業(yè)務情況?；緛碇v，物理層(L1)的產(chǎn)品包括片上系統(tǒng)(SoC)、基于 FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的解決方案、多核數(shù)字信號處理器(DSP)、基帶加速器、ASIC(特定應用集成電路)、網(wǎng)絡處理器或這些元件的組合。從硬件方面來看，這些都是非常復雜的平臺，具有大容量和豐富的功能集。 這是將為此類平臺編寫的軟件分割成更小的功能部件、通常來自于不同來源和供應商的主要原因： 例如，物理層(L1)、數(shù)據(jù)鏈路和網(wǎng)絡層(L2-L3)、操作系統(tǒng)(OS)、板級支持包(BSP)等。每個功能部件都有其自身的挑戰(zhàn)和性能要求。 因此每個部件都需要獨立進行測試，確保完全符合產(chǎn)品要求。
在此類混合系統(tǒng)中，測試通常分兩個階段進行：
- 單獨測試每個軟件模塊
· 這個階段確保每個組件或模塊獨立工作正常，由測試儀或控制臺激勵。
- 系統(tǒng)集成測試 (SIT)
· 這一階段確保所有組件以正確的方式協(xié)同工作。
· 所有模塊的輸入測試空間通常過大，在本階段無法覆蓋;因此本階段不注重覆蓋范圍。
測試和釋放流程需要考慮這兩個測試階段。盡管L1在SIT驗證過程中進行了檢驗，但如果驗證目的是特定的物理層功能，那么本階段不一定需要提供所需的控制力。 這是因為強加特定L1流的決策源自高層邏輯。此外，在 SIT 驗證過程中，測試結論只能基于特定流程(如成功的UE附著或獲得給定的吞吐量)的輸出，在這種情況下，L1 的行為對測試結果有很大影響?？梢哉f，SIT 驗證階段間接測試了L1 的功能。為了充分控制和驗證 L1 獨立工作時的功能，必須定義一個獨特的控制層，從而應對上述規(guī)定的限制。
圖 1 協(xié)議實體與 L1交互簡圖
將驗證功能只集中于L1,會剝奪高層實體的功能，使其只能提供最小功能，甚至還可能將一些層一起丟棄。例如，為了保持一致統(tǒng)一的L1行為，需要定義一個調(diào)度邏輯，來取代MAC,無需考慮實際部署中有效的限制。 但不再需要與 PDCP和 IP協(xié)議棧進行交互，因為從L1的角度來看，用戶平面數(shù)據(jù)最終被作為一系列傳輸塊饋送。RRC邏輯被剝奪了其非接入層特權，只能管理來往于物理層的控制消息流。 在典型的小型蜂窩環(huán)境下，用來與L1進行交互的一組消息通常遵從FAPI 規(guī)范或其衍生規(guī)范。
環(huán)境設置
飛思卡爾黑匣子的目的是提供面向自動化測試環(huán)境的解決方案，取代全協(xié)議測試，使用模擬高層(L2-3)軟件包，以驗證飛思卡爾的物理層軟件解決方案。它擁有測試解決方案的基本功能，如捕捉和上報測試結果，還顯示來自軟件架構不同點的大量日志，這些點包括： L1、模擬高層(L2)和測試腳本。黑匣子所用的環(huán)境包含以下各項：
· DUT - 被測設備 3G/4G 基站
· CCE - 中央控制節(jié)點
· L2STUB - 功能剝離的高層
· 輪詢代理 - 定期查詢數(shù)據(jù)庫獲得可執(zhí)行的任務(包含要運行的測試及其輸入?yún)?shù))的代理
· TM - 測試終端設備，第三方 UE(用戶設備)模擬器
· VSA - 矢量信號分析儀
· VSG - 矢量信號發(fā)生器
· Web服務器
測試可從開發(fā)人員計算機上的終端上運行，也可以使用Web服務器間接地運行，這個服務器提供一個運行各種套件或測試用例的接口。測試套件可直接由用戶排隊，并動態(tài)執(zhí)行，也可以安排為定期運行。輪詢代理定期查詢?nèi)蝿贞犃校砂磧?yōu)先級對任務排序，如果有任務可執(zhí)行，則開始執(zhí)行包含在套件中的測試用例。 所有信息被傳送到中央控制節(jié)點，中央控制節(jié)點負責運行測試腳本，并與 L2STUB 和 TM 進行通信，以發(fā)送測試中指定的命令，并收集信息和調(diào)試消息進行記錄。此外，它還可以作為決策點，根據(jù)測試用例定義所用的腳本內(nèi)容做出“通過/未通過/錯誤”等測試結果判定。
圖 2 飛思卡爾黑匣子設置
數(shù)據(jù)庫用于存儲任務隊列、測試結果、任務歷史和日志。Web 服務器使用數(shù)據(jù)庫中的信息來生成報告，渲染網(wǎng)頁。
L2STUB 的主要目的是生成話務和 FAPI 配置消息。 它擁有最小的高層邏輯，提供多種選項，用于處理上下行鏈路的調(diào)度請求、混合自動重傳請求重新傳輸、邏輯信道復用，此外，還提供有關L1狀態(tài)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如循環(huán)冗余校驗、誤碼率等。測試腳本能夠控制 L2STUB 和 TM,如下圖所示：
圖 3 飛思卡爾黑匣子設置
測試終端設備和 VSA/VSG 模擬具有特定功能的移動臺/用戶設備 (UE) 的行為。 測試終端設備可有兩種操作模式：
- 完整的協(xié)議棧模式
· 在這種模式下，實施OSI 協(xié)議棧的L1-L3,TM 如同普通 UE一樣運行。
· 通過TM 進行的測試必須在基站側通過完整的協(xié)議棧來執(zhí)行。
· L1 的信令通過標準的信令信道進行
- L1 獨立模式(黑匣子模式)
· 在這種模式下，在TM內(nèi)只實施L1.
· 通過TM 進行的測試可在基站側通過L2 存根+ L1來執(zhí)行。
· TM 只處理物理信道
· 任何 L1 信令都通過借助腳本發(fā)送的專用命令執(zhí)行
VSA 和 VSG 僅僅是 L1 設備，只能解碼或生成物理信道。它們用來更精細地控制 L1,通常用于一致性測試。該術語表示根據(jù)所有設備必須遵從的標準給出的某些預定義測試用例。[!--empirenews.page--]
VSA 是一個信號分析儀，具有頻譜分析功能。它擁有多個功能，如：
- 顯示信號質(zhì)量指標(誤差矢量幅度、峰值因子、峰均功率比)
- 檢測特定物理信道的存在
- 檢測編碼傳輸塊的內(nèi)容。
VSG 是矢量信號發(fā)生器。 它擁有多個功能，如：
- 應用無線信道模式
- 應用噪聲
- 生成物理信道
- 引起誤碼
- 創(chuàng)建預定義的一致性測試配置
這兩種設備都可以通過腳本進行指揮，可用于一致性測試套件。
自動化
黑匣子支持全自動化：用戶只需觸發(fā)測試，然后查看結果。“通過/未通過”測試結果由腳本結果決定，被聚集在一起，并呈現(xiàn)為一個網(wǎng)頁。
所描述的解決方案可實現(xiàn)參數(shù)覆蓋，支持非回歸測試，以及逆向測試的受控環(huán)境。如果用戶請求運行非回歸測試套件，則需要提供帶有測試狀態(tài)報告的電子郵件。中央控制節(jié)點在數(shù)據(jù)庫中查詢只關于非回歸過程中運行的測試的信息，并生成一個表格，其中包含：測試狀態(tài)、輸入?yún)?shù)、測試時長及Web服務器的鏈接，用戶可在Web服務器上找到運行測試的過程中所生成的所有日志。我們可以將所有這些匯總成一個黑匣子所需要的有限狀態(tài)機。
圖 4 自動化中使用的黑匣子有限狀態(tài)機
設置非回歸測試套件定期運行(例如在夜間)，但只有當CVS(并發(fā)版本系統(tǒng))中的開發(fā)人員查看了二進制文件的時間戳并執(zhí)行后，成功編寫了運行在DSP 和 L2STUB 上的軟件時，才能觸發(fā)非回歸測試。
用戶可將場景定義為一個腳本，并創(chuàng)建一個套件(可從Web服務器圖形界面觸發(fā)該套件)，表示實際腳本前后運行的規(guī)定流程中要運行一批腳本和輸入?yún)?shù)。
此外，發(fā)生硬件故障或不可恢復的軟件錯誤時，或新測試用例開始時，如果要求設置不變，則還可支持從腳本重新啟動設備。獲得授權后，用戶可重新啟動基站和測試終端。
案例研究
上述解決方案已經(jīng)在飛思卡爾 BSC913x 平臺上實施并驗證，在飛思卡爾 PowerPC 處理器 e500 上部署L2STUB,物理層(DUT)在 StarCore? SC3850 上運行。 BSC9131的框圖如圖 5 所示。BSC9131 還充分利用了名為 MAPLE-B2F 的基帶加速器。
L2STUB 通過專有的處理器間通信機制管理 FAPI 消息流。描述既定驗證情境的命令由最終用戶在中央控制節(jié)點通過解析語言預定義。指定了多個不同的 API,以獨立地分別控制TM、VSA 和VSG。
圖 5 BSC9131框圖
(圖字)StarCore? SC3850 ;DSP內(nèi)核;32KB L1 I 緩存;32KB L1 D緩存;基于Power Architecture的e500 內(nèi)核;32位DDR3/3L 內(nèi)存控制器;MAPLE-B2F基帶加速器 LTE/MTS/CDMA2K;射頻接口(JESD207/ADI)和MaxPHY;多核結構;時鐘/重置;DMA;安全引擎V4.4;USB 2.0;以太網(wǎng)
上述設置是完全自動化的，可充分利用這個特點;現(xiàn)在已經(jīng)設想了對 L1 驗證的主要范圍進行多個擴展。例如，黑匣子設置支持持續(xù)集成，作為一個開發(fā)實踐，確保已公布的代碼不會在特定的開發(fā)分支導致回歸。這與非回歸測試不同，區(qū)別在于防止錯誤代碼序列進入開發(fā)分支，而不是在公布后才發(fā)現(xiàn)。
全自動化還為建立地域上分散的測試環(huán)境創(chuàng)造了一個條件，這個測試環(huán)境將許多驗證節(jié)點集群在一起。
飛思卡爾解決方案是一個 3GPP 協(xié)議棧，可適應 3G 解決方案(UMTS - 通用陸地移動系統(tǒng))或4G 解決方案(E-UTRA - 演進的通用陸地無線接入)。黑匣子方法對于這種情況有所裨益，它分離測試L1,不受上層的影響。 可確定的潛在問題包括：
- SC3850 內(nèi)核、MAPLE-B2F的硬件問題或相關的附件硬件支持。
- SC3850的L1軟件代碼
- MAPLE-B2F的L1微代碼
結束語
本文介紹的解決方案用于在更加復雜的SoC中只測試L1軟件和硬件解決方案。結果表明，與完整的協(xié)議測試解決方案相比，該解決方案能夠最佳地覆蓋L1參數(shù)，而且參數(shù)空間更寬。
L1黑匣子測試需要剝離 L2實現(xiàn)，使其只能提供最小的功能。此外，它還需要來自第三方、普遍被接受的測試設備。此類測試環(huán)境的成本比系統(tǒng)集成測試方法低很多，并支持更精確的問題跟蹤，避免軟件的獨立部件發(fā)生軟件Bug交互。
此外，測試環(huán)境的一個重要方面是自動化，用于連接測試方案、測試執(zhí)行和測試報告，以運行多個測試套件。
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