引言

　　電信時代尚未達到頂峰。預計到 2016年用戶數據傳輸速率將達到每月 6 EB.新通信技術的發展旨在確保滿足日益增加的數據傳輸速率要求。3GPP 標準逐步發展，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品組合，以應對不同的業務情況。基本來講，物理層(L1)的產品包括片上系統(SoC)、基于 FPGA(現場可編程門陣列)的解決方案、多核數字信號處理器(DSP)、基帶加速器、ASIC(特定應用集成電路)、網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)、數據鏈路和網絡層(L2-L3)、操作系統(OS)、板級支持包(BSP)等。每個功能部件都有其自身的挑戰和性能要求。 因此每個部件都需要獨立進行測試，確保完全符合產品要求。

　　在此類混合系統中，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。

　　- 系統集成測試 (SIT)

　　· 這一階段確保所有組件以正確的方式協同工作。

　　· 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。可以說，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，從而應對上述規定的限制。

　　圖 1 協議實體與 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，為了保持一致統一的L1行為，需要定義一個調度邏輯，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協議棧進行交互，因為從L1的角度來看，用戶平面數據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境下，用來與L1進行交互的一組消息通常遵從FAPI 規范或其衍生規范。

　　環境設置

　　飛思卡爾黑匣子的目的是提供面向自動化測試環境的解決方案，取代全協議測試，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。黑匣子所用的環境包含以下各項：

　　· DUT - 被測設備 3G/4G 基站

　　· CCE - 中央控制節點

　　· L2STUB - 功能剝離的高層

　　· 輪詢代理 - 定期查詢數據庫獲得可執行的任務(包含要運行的測試及其輸入參數)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 - 矢量信號發生器

　　· Web服務器

　　測試可從開發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，并動態執行，也可以安排為定期運行。輪詢代理定期查詢任務隊列，可按優先級對任務排序，如果有任務可執行，則開始執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點，中央控制節點負責運行測試腳本，并與 L2STUB 和 TM 進行通信，以發送測試中指定的命令，并收集信息和調試消息進行記錄。此外，它還可以作為決策點，根據測試用例定義所用的腳本內容做出“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

　　數據庫用于存儲任務隊列、測試結果、任務歷史和日志。Web 服務器使用數據庫中的信息來生成報告，渲染網頁。

　　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狀態的統計數據，如循環冗余校驗、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：

　　- 完整的協議棧模式

　　· 在這種模式下，實施OSI 協議棧的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議棧來執行。

　　· 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來執行。

　　· TM 只處理物理信道

　　· 任何 L1 信令都通過借助腳本發送的專用命令執行

　　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。該術語表示根據所有設備必須遵從的標準給出的某些預定義測試用例。

　　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容。

　　VSG 是矢量信號發生器。 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，并呈現為一個網頁。

　　所描述的解決方案可實現參數覆蓋，支持非回歸測試，以及逆向測試的受控環境。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報告的電子郵件。中央控制節點在數據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、輸入參數、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機。

　　圖 4 自動化中使用的黑匣子有限狀態機

　　設置非回歸測試套件定期運行(例如在夜間)，但只有當CVS(并發版本系統)中的開發人員查看了二進制文件的時間戳并執行后，成功編寫了運行在DSP 和 L2STUB 上的軟件時，才能觸發非回歸測試。

　　用戶可將場景定義為一個腳本，并創建一個套件(可從Web服務器圖形界面觸發該套件)，表示實際腳本前后運行的規定流程中要運行一批腳本和輸入參數。

　　此外，發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內核;32KB L1 I 緩存;32KB L1 D緩存;基于Power Architecture的e500 內核;32位DDR3/3L 內存控制器;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

　　上述設置是完全自動化的，可充分利用這個特點;現在已經設想了對 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集成，作為一個開發實踐，確保已公布的代碼不會在特定的開發分支導致回歸。這與非回歸測試不同，區別在于防止錯誤代碼序列進入開發分支，而不是在公布后才發現。

　　全自動化還為建立地域上分散的測試環境創造了一個條件，這個測試環境將許多驗證節點集群在一起。

　　飛思卡爾解決方案是一個 3GPP 協議棧，可適應 3G 解決方案(UMTS - 通用陸地移動系統)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，與完整的協議測試解決方案相比，該解決方案能夠最佳地覆蓋L1參數，而且參數空間更寬。

　　L1黑匣子測試需要剝離 L2實現，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。此類測試環境的成本比系統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生軟件Bug交互。

　　此外，測試環境的一個重要方面是自動化，用于連接測試方案、測試執行和測試報告，以運行多個測試套件。