建立在ARM基礎上的ADSL2+測試儀的設計

　　引言
　　
　　近幾年來，不對稱數字用戶線（ADSL）作為網絡“zui后一公里”問題的理想解決方案在世界范圍內得到了廣泛運用。在我，ADSL業務已成為運營商收入的主要增點之一。但由于現有線路專門為傳送低頻語音信號所設計，不利于高頻信號傳輸，線路周邊環境惡劣且復雜多變，無論ADSL業務的開通還是正常的運營維護，都需進行一系列復雜的測試工作。
　　
　　現有測試儀表多為國外品牌且價格昂貴，國內產品普遍存在測試頻段有限，測試結果片面的問題；而且由于核心芯片處理能力有限，嵌入式操作系統不*，軟件包功能不夠完善，對測試結果的管理也比較混亂。隨著市場不斷壯大，尤其是基于ITUG.992.3/G.992.5標準的ADSL2/2+推出后，價格合理、功能完備、操作簡便的測試工具成為寬帶運營商的迫切需求。基于種現狀，本文提出了一款新型ADSL2+測試儀，采用ARM9處理器與WindowsCE操作系統，全面提升了產品的處理能力和可靠性，并使用液晶觸摸屏為用戶提供了直觀簡便的友好界面，可以在用戶環路不同位置進行網絡服務質量評估。
　　
　　系統硬件設計
　　
　　系統硬件結構如圖1所示，主要由ARM控制處理模塊、內置Modem模塊及相關模擬測試模塊三部分組成。其中控制處理模塊是測試儀的核心部分，負責系統整體控制與相關的數據處理。　　　　
　　控制處理模塊
　　
　　本儀表要求具有液晶顯示及觸摸屏等部分，因此在要求高速數據處理能力同時，也要求相當的控制能力，系統采用的ARM9系列32位微控制器S3C2410X頻率可達203MHz，能夠輕松運行WinCE、Linux等操作系統以及進行較為復雜的信息處理。同時，采用5英寸STN液晶屏直觀的顯示各項測試指標，彌補了現有測試工具顯示效果的缺陷。使用觸摸屏代替鍵盤輸入部分，使便攜優勢更為突出。考慮到操作系統運行及大量高速數據處理的需要，系統采用了兩塊32MSDRAM，一塊32MNANDFlash及一塊2MNORFlash，程序、操作系統及測試數據保存于NANDFlash中，系統從16位NORFlash引導啟動。
　　
　　內置Modem模塊
　　
　　在測試線路傳輸性能數時，系統可不經用戶Modem直接連通局端，ADSL/ADSL2/2+數據幀經內置Modem轉換并送至CPU解碼分析，因此選擇一款性能可靠優良的Modem芯片也極為重要。本系統采用了美國BROADCOM公司基于ADSL2+標準的BCM6338芯片，適用于ADSL/ADSL2/ADSL2+等各型網絡，確保了測試結果的可靠性。
　　
　　模擬測試模塊
　　
　　物理層測試主要包括電壓、電阻、電容測試等內容，并內嵌了時域反射計（TDR）用于線路故障定位。全部測試功能由一獨立板卡實現，經通用I/O口及A/D轉換口送至CPU處理存儲。其中電壓、電阻、電容等測試經測算電壓后計算所得。S3C2410內部集成了一個8通道10Bit的ADC轉換模塊，A/D轉換器以片上采樣、保持方式工作，支持掉電模式，其測量模擬輸入電壓范圍為0～3.3V，在WindowsCE環境下可以實現外部模擬信號到數字信號的轉換。圖2是一個典型電壓測量的運用。
　　
　　TEST0/TEST1是模擬待測量電壓，經10倍分壓后接到一個減法放大器，然后與2410的第6支路AD6管腳連接，進行信號傳輸、濾波。通過設備驅動程序可以得到10Bit的ADC值，根據這一值計算AD6的模擬電壓VAD6為：*3.3，根據原理圖，可以得到外部待測點TEST0的電壓，計算公式為：VTEST=
　　
　　系統軟件設計
　　
　　系統軟件整體結構如圖2所示。　　　　
　　系統軟件開發使用的是Platform Builder4.2和EmbeddedVisualC++4.0（EVC）。
　　
　　操作系統內核
　　
　　選擇一款既滿足應用要求，性價比又*的實時操作系統是本次開發任務的關鍵。綜合考慮到操作系統對硬件的支持及二次開發的簡便性等方面，系統采用了微軟公司的Windows CE。
　　
　　操作系統的定制移植是項目開發的重要步驟，我們使用Platform Builder的集成開發環境，在選定BSP，根據項目需要以及存儲器容量限制，裁減內核、刪除不必要的系統組件，建立一個操作系統鏡像工程后，添加自定義的模塊組件到Platform Builder相應的工程中，生成一個操作系統鏡像。Windows CE的特性目錄是可以擴展的，可以將自己創制的特性如驅動程序等文件加入到特性目錄中，Platform Builder利用.cec文件來建立特性目錄，它允許Platform Builder顯示這個特性到集成開發環境，并且可以將這個特性加到一個操作系統中。
　　
　　應用程序
　　
　　本項目需開發的應用程序主要包括數據運算顯示和系統控制兩部分，使用EVC開發和調試。系統主要測試項目有物理層測試、網絡層測試。
　　
　　物理層測試用于測試ADSL/ADSL2/2+線路的物理層參數，包括ADSL/ADSL2/2+連接狀態、連接模式、上/下行速率、噪聲裕量、線路衰減、輸出功率、CRC誤碼、HEC誤碼、FEC誤碼、OCD誤碼、NCD誤碼以及信道比特圖。
　　
　　通過儀器內置的ADSL2+Modem進行PPPoE撥號，建立PPPoE撥號連接后，可以進行網絡層的Ping、Ipconfig、Tracert、Route測試。
　　
　　設備驅動程序
　　
　　Platform Builder雖然自帶了一些標準的BSP，里面也有一些通用的驅動程序，但對于一些的設備和功能，Platform Builder自帶的驅動無法滿足要求。為了便于與模擬測試部分的通訊與控制以及液晶觸摸屏的使用，還需編寫相應的接口驅動程序，主要包括用于TDR測試的具有PWM功能的I/O口驅動等，使用C語言編寫。
　　
　　PWM是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法，通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制，用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。S3C2410X集成了4個具有PWM功能的計時器，需使用PWM功能時，通過驅動程序可以調整PWM控制寄存器，控制I/O口輸出等幅值不同寬度的脈沖來等效理想的波形。PWM驅動源代碼略.