摘要：5G通信信号模拟器是5G关键技术、关键核心部件和5G基站研发/生产必备的测试验证平台，整个系统软件是其核心组成部分。 本文立足实际，对5G通信信号模拟器系统软件进行建模，并介绍了完整系统软件的设计方法，从而实现对5G通信信号模拟器软件设计技术的支持。
0前言
软件技术在测试系统中发挥着越来越重要的作用。 测试系统早已成为以通用硬件为基础、以测试软件为核心的集成系统。 “软件就是仪器”的理念改变了传统测试仪器的观念。 以往传统仪器中由硬件完成的许多功能都可以通过软件来实现。 在测试软件的开发过程中，早期人们使用测试编程语言来编写仪器测试程序。 测试软件开发人员除了了解测试系统中的套接字标准和通信规范，熟悉仪器的各种程序控制代码外，还必须掌握测试编程语言的编程技能。 测试软件应该是开放的、可重用的和可扩展的。 随着测试仪器种类不断减少、测试任务日益复杂，测试软件的标准化已成为发展的必然趋势。
1软件架构建模
1.1 基于SCPI命令的可互换虚拟仪器驱动模型标准体系
可编程仪器标准命令SCPI是国际仪器制造商商会为了解决可编程仪器编程的标准化问题于1990年在该标准的基础上制定的重要的可编程仪器软件标准。 SCPI 全面定义了标准化仪器程序控制消息、响应消息以及数据和状态报告结构。 其基本原则是使测试软件编程面向测试功能而不是仪器，并且相同的命令控制相同的测试功能，而不是相同的仪器。 SCPI标准大大提高了仪器的互换性。 SCPI提出了三种兼容方式，即水平兼容、水平兼容和功能兼容。
在该方案中，多个模块之间集成的软件结构如右图所示。 通过调用统一通用的SCPI库函数并配置相应参数，可以控制不同socket的模块。 当测试任务发生变化，需要更换其他仪器时，只需更新仪器驱动并相应调整SCPI功能参数，无需更改应用代码。
1.2 总线仲裁和同步
因为当多个模块连接到总线上时，会出现诸如何时从哪个组件发送信息、如何计时、如何避免信息丢失、如何防止多个设备同时发送、如何指定等一系列问题。发送部件等都需要总线控制器统一管理。 ，主要包括总线仲裁控制（仲裁逻辑）和通信控制。
方案中，测试对象为单模多频通信终端。 这些庞大、复杂、多样的测试需求使得基于任何总线技术的手动测试系统都无法覆盖整个测试对象。 为此，需要重点研究总线仲裁以及总线间的触发和同步技术。
1.3 集中仲裁形式
集中仲裁方式主要分为链式查询、计数器定时查询和独立请求三种形式。
链式查询是指当一个或多个设备同时发出总线使用请求信号时，中央仲裁器发出的总线授权信号沿着菊花链从一个设备串行传送到下一个设备，直到发送请求的设备为止。信号被查询。 乐器。
计数器定时查询是指总线上各设备通过总线请求信号发送请求的方法。 中央仲裁器发出请求信号后，当总线空闲时软件系统设计，通过计数器计数确定设备地址，从而使设备获得总线的使用权。 形式。
独立请求方式是指连接到总线上的每个设备都有一组独立的总线请求信号和总线授权信号。 当每个设备请求使用总线时，它们各自发出自己的总线请求信号。 中央仲裁器中设置了专门的排队电路，按照一定的优先级顺序决定响应哪一个设备的请求，然后给该设备一个总线授权信号。
2 总线间同步机制
总线间同步机制的准确性直接影响多个模块之间协同功能的实现。 该方案采用基于信号触发的消息同步机制软件系统设计，通过总线传输富含触发信息的消息包。 触发设备通过解析消息包来判断是否触发。 这些机会消息包触发的同步机制本质上就是通过总线传输联通号码。 触发设备在收到此信号后执行预定义的操作。 同时，该信息包中还包括机会系统同步时钟的时间戳信息。 这些消息包触发的同步精度可以达到微秒级。
系统软件设计方案
5G通信信号模拟器的硬件配置非常复杂。 为了有效协调整机各模块的正常运行，结构清晰、分工合理的整体软件设计就显得尤为必要。 它是实现其他特定软件功能的前提。 仪器软件总体方案如右图所示。
从图中可以看出，软件的总体设计思路是根据认证、数据和参数的控制流程将系统软件分为以下几个主要部分：单模化学层处理模块、模块、核心控制模块、脚本处理模块等。几大模块通过预定义的消息套接字传递命令和参数，协同工作，实现最优的认证和数据操作。
系统主控软件负责整个系统的控制和人机界面处理，因此是主控软件整个平台的控制核心。 主控软件包括人机界面、资源管理、测试程序维护、测试系统标定、测试任务执行、数据分析处理、用户权限管理、操作平台维护、操作员引导等处理单元，还参与一些数字信号处理内容。 因此，对硬件平台的要求非常高。 本项目将采用高性能工控板+多芯片FPGA+DSP的设计方案； 从软件角度来看，将采用多线程处理方法来解决复杂高效的系统控制和人机套接字处理问题，从而满足本项目产品5G通信信号模拟器的系统要求。
工控板选用高性能工控机，采用美国控创公司的XXX系列工控机。 这款工业计算机拥有高性能处理器和更好的帧率。 同时模块内部具有可定制功能，可以节省插座电路的规格和帧率。 DSP将采用TI的高性能定点DSPTMSXXX，特别适合实时数据传输、存储和处理。 主要技术指标和特点如下：（1）芯片包含四个1.2GHz定点DSP内核和一个1.2微处理器（2）双通道PCIeGEN2插槽（3）64位DDR3插槽并行存储插槽，具有高速1333MHz（5）4通道RapidIO插座，可实现高速串行通道互连以太网插座FPGA将采用Virtex-7系列VX平台的XC7XXX和DSP建立高性能、高处理速率的数据处理平台。 FPGA 针对高性能逻辑应用、高性能信号处理和高速串行连接进行了优化。 主要技术指标及特点如下：系统时钟、各IO管脚资源、专用（6）4路PCIe-GEN3插槽核心电压、13.1Gb/sGTH收发器（9）支持10/100/1000Mb/s以太网插槽整机软件将采用分层设计、多组件并行处理、开放平台的思想，实现多标准单模测试。 总体软件包括主控软件、DSP软件和开发调试应用软件平台。
主控软件是平台软件的重点，工作量最大。 操作系统采用Windows嵌入式操作系统。 根据硬件设计并充分利用硬件资源，定制了满足本仪器要求的操作系统平台。 它具有高可靠性和低占地面积。 资源少的优势。 主要开发软件采用Google标准的Visualstudio软件开发平台设计。 为了方便软件编程和维护，采用符合Windows编程的软件规范进行设计。 主要完成整机资源管理、程序维护、系统标定、单元任务执行、数据分析处理、用户权限管理、操作平台维护、操作员指导等其他功能，框图如图3所示。
DSP开发软件采用TI公司的DSP开发工具软件，提供了功能强大的信号处理软件包。
在设计和开发过程中，将使用大规模FPGA（现场可编程门阵列），例如扩频模式形成、IQ基带信号处理、实时频谱分析、实时基带信号处理、数字合成和本地选用Xilinx Spartan6系列FPGA用于高端应用（速度要求低、容量要求低），如数字插座控制电路等； Vritex7系列选择用于高端应用（高速、大容量），如数字中频处理等。因此，FPGA开发软件采用Xilinx的Vivado2015.2和ISE12.4开发平台，它们是Xilinx的FPGA-具体的开发工具。 该软件集成了大量的IP核库，如通用逻辑单元、RapidIO套接字等，对设计过程影响很大。 有很大帮助。 此外，在设计过程中，还会使用许多其他仿真和CAD软件来设计本地单元，例如用于数字信号处理仿真、高频电路设计仿真、射频电路仿真的MATLAB软件。 HPADS软件等
推理
5G通信信号模拟器是5G关键技术、关键核心部件和5G基站研发/生产必备的测试验证平台，整个系统软件是其核心组成部分。 本文介绍了一种5G通信信号模拟器系统软件的设计方法，可为5G通信信号模拟器的软件设计提供技术支撑。
