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摘要： 提出了一种可以在计算机上验证CDMA2000 1xEVDO（EVDO）终端物理层软件的仿真系统.该系统可以模拟实际硬件电路板各个软硬件模块的行为，以及模拟和终端物理层软件相关网络侧的行为，基于此对EVDO终端物理层软件进行仿真验证，提高了新项目的开发效率.
關键词：
EVDO； 终端； 物理层； 模拟； 信道； 验证
中图分类号： TN 929.533文献标志码： A文章编号： 10005137（2018）02025305
A verification methodology for EVDO access terminal
physical layer software
Hou Haiyan， Jiang Letian*
（School of Electronic Information and Electrical Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200030，China）
Abstract：
A simulation system to verify EVDO terminal physical layer software is proposed，which could simulate the actual behaviors of all hardware and software modules in hardware circuit board，and network the side behaviors associated to the terminal physical layer software.The efficiencies of new projects can be improved through simulation verification of EVDO terminal physical layer software.
Key words：
EVDO； terminal； physical layer； simulator； channel； verification
收稿日期： 20180115
作者简介： 侯海燕（1981-），男，硕士研究生，主要从事无线通信方面的研究.Email：[email protected]
导师简介： 蒋乐天（1975-），男，教授，主要从事系统可靠性和可用性方面的研究.Email：[email protected]
*通信作者
引用格式： 侯海燕，蒋乐天.一种CDMA2000 1xEVDO终端物理层软件验证方法 [J].上海师范大学学报（自然科学版），2018，47（2）：253-257.
Citation format： Hou H Y，Jiang L T.A Verification methodology for EVDO access terminal physical layer software [J].Journal of Shanghai Normal University （Natural Sciences），2018，47（2）：253-257.
CDMA2000 1xEVDO（EVDO）是国际电联ITU采用的国际第三代移动通信标准，其终端物理层软件验证系统对终端物理层软件的开发及其重要，物理层软件的开发较为复杂，需要和各种软硬件模块交互，对上需要和高层协议栈交互，对下要控制射频前端、电源、各种基带加速器，且各个模块的开发同时进行[1].
为在最终目标板系统集成之前，物理层软件能够被充分地验证，提高集成效率，需要有合适的验证系统在计算机上进行仿真验证.目前对终端物理层软件仿真验证主要分为单元测试和集成测试.单元测试是针对物理层软件中很小的模块进行测试，无法将所有模块串联起来调试，从而无法发现模块交互时，可能出现的问题.集成测试可以将物理层软件全部串联起来进行验证，但由于EVDO终端物理层软件需要控制硬件加速器，对应就需要模拟硬件加速器的行为，这就产生了一种将物理层软件和加速器的ResistancesTransistors Logic （RTL）代码联合仿真[2-5]的验证方法.其中文献[2]针对CDMA 1xRTT系统设计了验证系统，可以模拟物理层软件的运行环境，但执行效率很低，运行一个测试用例的时间很长，不利于软件问题调试.此外，为了验证物理层软件，需要对等地提供网络侧的编码调制数据，这将花费较大工作量，对应功能在终端侧可能是用加速器实现，并不属于终端物理层软件范畴，可见相对于验证目标，其收益并不高.
针对上述缺陷，本文作者给出了一种针对EVDO终端物理层软件的验证系统，可以将物理层软件所有模块串联起来测试，且避免了硬件模拟器完全模拟带来的验证复杂性和验证效率低下的问题.
1EVDO终端物理层软件验证系统总体设计
针对物理层软件的验证，需要覆盖物理层软件的所有功能，对上需要模拟高层协议栈的行为，并检查物理层的反馈是否正确；对下要模拟硬件的行为，支持硬件寄存器、存储空间的读写，触发物理层软件运行所需要的中断，检查物理层软件的配置内容及时序.此外需要模拟空口信号的变化以支持测量、重选、切换等功能.
图1为针对EVDO终端物理层软件的验证方案.
如图1所示，测试引擎模块读取测试用例文件中的命令，控制高层协议栈模拟器、终端硬件模拟器、空口模拟器、网络模拟器和时间模拟调度器，整个验证系统对物理层软件进行验证.
2验证系统工作机制及示例 2.1验证系统测试用例文件
验证系统测试用例文件描述了测试用例包含的测试命令.
2.2验证系统测试引擎
测试引擎根据测试用例文件里的测试命令执行验证工作，验证工作主要分为：1）解析测试用例文件；2）将解析处理的命令发送给对应模块；3）结果检查；4）测试控制.
2.3时间模拟调度器
整个验证系统在windows环境中运行，需要制定一个统一的时间轴将网络时间和终端时间进行同步，终端的各个硬件模拟器每一个步骤的执行时间也要依赖于这个统一的时间轴.
假设晶振调整的精度为f，EVDO定时调整精度为1/64码片，则时间的颗粒度为1/（（109/f）×（1.2288×106×64）） s.
2.4网络模拟器
网络模拟器模拟和物理层软件相关的网络侧行为.
2.5空口模拟器
空中接口模拟器是为了模拟信号在空中传播的过程.不同小区的传播路径及模拟参数不同，对应参数可以由用例指定.
2.6高层协议栈模拟器
整个EVDO协议栈分为：物理层、媒体接入层、鉴权加密层、连接层、会话层、数据流层、应用层.
2.7终端硬件模拟器
硬件模拟器模拟硬件的行为，但为了不降低测试效率，本研究只实现部分硬件功能.
2.8验证系统工作示例
验证系统工作机制如图2所示.
图2中的执行步骤如下：
1）T1时刻，系统调度第一个默认事件；
2）测试引擎解析第一行命令，调度网络模拟器建立小区；
3）網络模拟器计划在T2开始时，发送第一个半时隙长度信号，加入一个T2时刻的事件；
4）分析下一条命令如果在Tn时刻发生，加入一个Tn时刻的事件；
5）T2时刻，触发网络模拟器预设的事件；
6）网络模拟器发送第一个前向半时隙长度信号，将下一个半时隙的信息添加到空口模拟器的信号存储区中；
7）网络模拟器计划在T3时刻检查上行终端反向发送情况，在T4时刻发送前向第二个半时隙长度信号，并将其分别加入T3和T4时刻的事件；
8）T3时刻，触发网络模拟器预设的事件；
9）网络模拟器检查此时终端信号的发送情况，如果信号没有发送，则物理层软件存在问题；
10）T4时刻，触发网络模拟器预设的事件；
11）网络模拟器发送第二个前向半时隙长度信号；
12）网络模拟器调度后续前向发送和发现检查事件；
13）Tn时刻，触发测试引擎预设的事件；
14）测试引擎通知高层协议栈模拟器给物理层发送开机命令；
15）高层协议栈模拟器给物理层发送开机命令；
16）物理层软件处理开机命令，初始化对应硬件.
图3为验证系统EVDO终端物理层软件找网过程示例.找网过程的主要检验点为：EVDO终端物理层软件需要在指定时间内完成搜索工作，并将结果报告给高层协议栈模拟器，接着要能够自动启动后续同步消息（SYNC Message）的接收，将译码结果报告给高层协议栈模拟器，并基于SYNC Message的译码结果调整定时，使终端与目前网络的定时同步.
3实验验证及结果分析
作者基于本验证系统对EVDO终端物理层软件的基本功能设计测试用例，这些基本功能包括：找网、空闲态睡眠唤醒过程、随机接入、进出连接态、连接态前向控制、连接态反向控制、测量、功率控制、重选、切换等.
实验结果表明，本文作者描述的EVDO终端物理层软件验证系统可以支持EVDO终端物理层软件的各项基本功能，将物理层软件的各个模块串联起来集成测试，达到设计目标.研发人员可以在缺乏硬件环境的条件下完成代码的基本验证；硬件电路板调试过程中也利用此验证系统并行分析，构造类似用例，发现问题，有效地提高了软件集成的效率.
4结语
本文作者给出了一种EVDO终端物理层软件仿真验证系统设计.整个验证系统划分为七大模块：测试用例文件、测试引擎、时间模拟调度器、网络模拟器、空口模拟器、高层协议模拟器和终端硬件模拟器.
针对测试用例，提出了一种重复序列的概念，可以灵活支持各种物理层信道内容的不同组合，具有可扩展性；时间模拟调度器让整个验证系统变得简单有序，易于调试；网络模拟器和空口模拟器只模拟必要的功能，简化了验证系统的复杂度；硬件终端模拟器设计了一种“同步+异步”的处理方式，这种方式可以使得验证系统不用按照硬件实际的时钟级别进行仿真，有效缩短了验证时间，提高了验证效率.
参考文献：
[1]Qualcomm.EVDO Rev A and B：wireless broadband for the masses [R/OL].（20071201）.https：//www.qualcomm.com/documents/evdorevandbwirelessbroadbandmasseswhitepaper.
[2]Han T H，Han S C，Han D K，et al.Ahardwaresoftware coverification methodology for cdma2000 1x compliant mobile station modem [J].Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD，2002，39（7）：46-56.
[3]胡浩洲，孙玲玲.片上系统验证研究 [J].微电子学，2003，33（5）：407-410.
Hu H Z，Sun L L.Astudy on the verification of systemonachip [J].Microelectronics，2003，33（5）：407-410.
[4]Klein R.A hardware/software cosimulation environment [C].Proceedings of International Workshop on Rapid System Prototyping.Washington，DC：IEEE，1996.
[5]Koch G，Kebschull U，Rosenstiel W.Coemulation and debugging of HW/SWsystems [C].Proceedings of the 10th International Symposium on System Synthesis.Belgium：IEEE，1997.
（责任编辑：包震宇，郁慧）
關键词：
EVDO； 终端； 物理层； 模拟； 信道； 验证
中图分类号： TN 929.533文献标志码： A文章编号： 10005137（2018）02025305
A verification methodology for EVDO access terminal
physical layer software
Hou Haiyan， Jiang Letian*
（School of Electronic Information and Electrical Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200030，China）
Abstract：
A simulation system to verify EVDO terminal physical layer software is proposed，which could simulate the actual behaviors of all hardware and software modules in hardware circuit board，and network the side behaviors associated to the terminal physical layer software.The efficiencies of new projects can be improved through simulation verification of EVDO terminal physical layer software.
Key words：
EVDO； terminal； physical layer； simulator； channel； verification
收稿日期： 20180115
作者简介： 侯海燕（1981-），男，硕士研究生，主要从事无线通信方面的研究.Email：[email protected]
导师简介： 蒋乐天（1975-），男，教授，主要从事系统可靠性和可用性方面的研究.Email：[email protected]
*通信作者
引用格式： 侯海燕，蒋乐天.一种CDMA2000 1xEVDO终端物理层软件验证方法 [J].上海师范大学学报（自然科学版），2018，47（2）：253-257.
Citation format： Hou H Y，Jiang L T.A Verification methodology for EVDO access terminal physical layer software [J].Journal of Shanghai Normal University （Natural Sciences），2018，47（2）：253-257.
CDMA2000 1xEVDO（EVDO）是国际电联ITU采用的国际第三代移动通信标准，其终端物理层软件验证系统对终端物理层软件的开发及其重要，物理层软件的开发较为复杂，需要和各种软硬件模块交互，对上需要和高层协议栈交互，对下要控制射频前端、电源、各种基带加速器，且各个模块的开发同时进行[1].
为在最终目标板系统集成之前，物理层软件能够被充分地验证，提高集成效率，需要有合适的验证系统在计算机上进行仿真验证.目前对终端物理层软件仿真验证主要分为单元测试和集成测试.单元测试是针对物理层软件中很小的模块进行测试，无法将所有模块串联起来调试，从而无法发现模块交互时，可能出现的问题.集成测试可以将物理层软件全部串联起来进行验证，但由于EVDO终端物理层软件需要控制硬件加速器，对应就需要模拟硬件加速器的行为，这就产生了一种将物理层软件和加速器的ResistancesTransistors Logic （RTL）代码联合仿真[2-5]的验证方法.其中文献[2]针对CDMA 1xRTT系统设计了验证系统，可以模拟物理层软件的运行环境，但执行效率很低，运行一个测试用例的时间很长，不利于软件问题调试.此外，为了验证物理层软件，需要对等地提供网络侧的编码调制数据，这将花费较大工作量，对应功能在终端侧可能是用加速器实现，并不属于终端物理层软件范畴，可见相对于验证目标，其收益并不高.
针对上述缺陷，本文作者给出了一种针对EVDO终端物理层软件的验证系统，可以将物理层软件所有模块串联起来测试，且避免了硬件模拟器完全模拟带来的验证复杂性和验证效率低下的问题.
1EVDO终端物理层软件验证系统总体设计
针对物理层软件的验证，需要覆盖物理层软件的所有功能，对上需要模拟高层协议栈的行为，并检查物理层的反馈是否正确；对下要模拟硬件的行为，支持硬件寄存器、存储空间的读写，触发物理层软件运行所需要的中断，检查物理层软件的配置内容及时序.此外需要模拟空口信号的变化以支持测量、重选、切换等功能.
图1为针对EVDO终端物理层软件的验证方案.
如图1所示，测试引擎模块读取测试用例文件中的命令，控制高层协议栈模拟器、终端硬件模拟器、空口模拟器、网络模拟器和时间模拟调度器，整个验证系统对物理层软件进行验证.
2验证系统工作机制及示例 2.1验证系统测试用例文件
验证系统测试用例文件描述了测试用例包含的测试命令.
2.2验证系统测试引擎
测试引擎根据测试用例文件里的测试命令执行验证工作，验证工作主要分为：1）解析测试用例文件；2）将解析处理的命令发送给对应模块；3）结果检查；4）测试控制.
2.3时间模拟调度器
整个验证系统在windows环境中运行，需要制定一个统一的时间轴将网络时间和终端时间进行同步，终端的各个硬件模拟器每一个步骤的执行时间也要依赖于这个统一的时间轴.
假设晶振调整的精度为f，EVDO定时调整精度为1/64码片，则时间的颗粒度为1/（（109/f）×（1.2288×106×64）） s.
2.4网络模拟器
网络模拟器模拟和物理层软件相关的网络侧行为.
2.5空口模拟器
空中接口模拟器是为了模拟信号在空中传播的过程.不同小区的传播路径及模拟参数不同，对应参数可以由用例指定.
2.6高层协议栈模拟器
整个EVDO协议栈分为：物理层、媒体接入层、鉴权加密层、连接层、会话层、数据流层、应用层.
2.7终端硬件模拟器
硬件模拟器模拟硬件的行为，但为了不降低测试效率，本研究只实现部分硬件功能.
2.8验证系统工作示例
验证系统工作机制如图2所示.
图2中的执行步骤如下：
1）T1时刻，系统调度第一个默认事件；
2）测试引擎解析第一行命令，调度网络模拟器建立小区；
3）網络模拟器计划在T2开始时，发送第一个半时隙长度信号，加入一个T2时刻的事件；
4）分析下一条命令如果在Tn时刻发生，加入一个Tn时刻的事件；
5）T2时刻，触发网络模拟器预设的事件；
6）网络模拟器发送第一个前向半时隙长度信号，将下一个半时隙的信息添加到空口模拟器的信号存储区中；
7）网络模拟器计划在T3时刻检查上行终端反向发送情况，在T4时刻发送前向第二个半时隙长度信号，并将其分别加入T3和T4时刻的事件；
8）T3时刻，触发网络模拟器预设的事件；
9）网络模拟器检查此时终端信号的发送情况，如果信号没有发送，则物理层软件存在问题；
10）T4时刻，触发网络模拟器预设的事件；
11）网络模拟器发送第二个前向半时隙长度信号；
12）网络模拟器调度后续前向发送和发现检查事件；
13）Tn时刻，触发测试引擎预设的事件；
14）测试引擎通知高层协议栈模拟器给物理层发送开机命令；
15）高层协议栈模拟器给物理层发送开机命令；
16）物理层软件处理开机命令，初始化对应硬件.
图3为验证系统EVDO终端物理层软件找网过程示例.找网过程的主要检验点为：EVDO终端物理层软件需要在指定时间内完成搜索工作，并将结果报告给高层协议栈模拟器，接着要能够自动启动后续同步消息（SYNC Message）的接收，将译码结果报告给高层协议栈模拟器，并基于SYNC Message的译码结果调整定时，使终端与目前网络的定时同步.
3实验验证及结果分析
作者基于本验证系统对EVDO终端物理层软件的基本功能设计测试用例，这些基本功能包括：找网、空闲态睡眠唤醒过程、随机接入、进出连接态、连接态前向控制、连接态反向控制、测量、功率控制、重选、切换等.
实验结果表明，本文作者描述的EVDO终端物理层软件验证系统可以支持EVDO终端物理层软件的各项基本功能，将物理层软件的各个模块串联起来集成测试，达到设计目标.研发人员可以在缺乏硬件环境的条件下完成代码的基本验证；硬件电路板调试过程中也利用此验证系统并行分析，构造类似用例，发现问题，有效地提高了软件集成的效率.
4结语
本文作者给出了一种EVDO终端物理层软件仿真验证系统设计.整个验证系统划分为七大模块：测试用例文件、测试引擎、时间模拟调度器、网络模拟器、空口模拟器、高层协议模拟器和终端硬件模拟器.
针对测试用例，提出了一种重复序列的概念，可以灵活支持各种物理层信道内容的不同组合，具有可扩展性；时间模拟调度器让整个验证系统变得简单有序，易于调试；网络模拟器和空口模拟器只模拟必要的功能，简化了验证系统的复杂度；硬件终端模拟器设计了一种“同步+异步”的处理方式，这种方式可以使得验证系统不用按照硬件实际的时钟级别进行仿真，有效缩短了验证时间，提高了验证效率.
参考文献：
[1]Qualcomm.EVDO Rev A and B：wireless broadband for the masses [R/OL].（20071201）.https：//www.qualcomm.com/documents/evdorevandbwirelessbroadbandmasseswhitepaper.
[2]Han T H，Han S C，Han D K，et al.Ahardwaresoftware coverification methodology for cdma2000 1x compliant mobile station modem [J].Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD，2002，39（7）：46-56.
[3]胡浩洲，孙玲玲.片上系统验证研究 [J].微电子学，2003，33（5）：407-410.
Hu H Z，Sun L L.Astudy on the verification of systemonachip [J].Microelectronics，2003，33（5）：407-410.
[4]Klein R.A hardware/software cosimulation environment [C].Proceedings of International Workshop on Rapid System Prototyping.Washington，DC：IEEE，1996.
[5]Koch G，Kebschull U，Rosenstiel W.Coemulation and debugging of HW/SWsystems [C].Proceedings of the 10th International Symposium on System Synthesis.Belgium：IEEE，1997.
（责任编辑：包震宇，郁慧）