基于ARM的2M测试系统

1引言
数字通讯飞速发展的今天， 2M口日益成为重要的设备投入业务测试点和运营维护测试点。数字通讯飞速发展的今天，建立综合业务数字网正成为电信经营者努力的方向。差错（误码、误块）性能作为数字网的重要传输性能指标，是网络营运者进行数字网建设、维护的重要依据,也是评估电信业务性能优劣的标准之一。 因此，国际电联（ITU-T）极为重视对差错的研究，近年来，针对数字网的设计、安装、维护的要求，推出了一系列有关误码性能的建议。目前我国工程技术人员所使用的测试仪多为国外进口产品,产品价格昂贵。而国产的测试仪功能相对简单。为此我们研究设计了一款基于 ARM的2M传输口测试系统。2Mb/s是我国数字时分复用基群2048kbit/s 的简称，是PCM传输与交换的基础。本文涉及的2M传输口测试系统为手持式PCM 2M综合测试仪器。
2系统硬件设计
根据2M测试系统的性能要求，硬件层主要由系统核心部分、检测模块部分和语音监听部分组成。硬件原理框图如图1。

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2.1 系统核心组成设计
在此系统中我们选用三星公司的S3C2410[1]微控制器芯片，内含一个由ARM公司设计的16/32位ARM920T RISC处理器核，ARM920T为低功耗、高性能的16/32核。S3C2410微控制器芯片在本系统中的主要作用是：（1）读写和控制各模块芯片,（2）读取键值,（3）控制液晶屏的显示,（4）在测量时进行数据的读取和处理,（5）对存储器进行读写,（6）通过串行口与微机进行通讯，将测试结果上传微机。存储器以HY29LV160 FLASH作为程序存储器，以HY57V641620SDRAM作内存，构成嵌入式系统核心。S3C2410芯片内含一个IIC总线控制器，可方便的与各种带有IIC接口的器件相连。在该系统中，外扩一片AT24C01作为IIC存储器。可存放在系统掉电时需要保存的数据。
2.2 检测模块部分的设计
检测模块部分由芯片DS21354[2]和芯片DS21372组成，这两块芯片协同工作共同完成检测功能。DS21354芯片主要完成发送和接收2048kbit/s 的PCM 信号，并从中检测误码和告警状态。DS21372是一种软件可编程的测试图样产生、接收、分析器，能适用于对差错性能要求最严格的数字传输设备的能力。具有两种测试图样的生成方式（伪随机序列和重复序列）。符合CCITT/ITU O.151，O.152，O.153和 O.161标准。DS2172 可以工作在直流到20MHz，这样宽的频率工作范围使它可以灵活地使用在现有的设备和处于测试阶段的新设备中，如：传输设备，交换设备，复用器，DAC，路由器，桥设备等。
DS21372[3]中包含有4个功能块：图样产生，图样检测，差错计数和控制接口，具有完全独立的传输和接收部分，8bit的并行处理器接口，可以编程产生最大长度为（232－1）bits的伪随机序列图样，可编程的多项式长度和反馈量可以用于任意伪随机序列图样的生成，包括：26-1、29-1、211-1、215-1、220-1、223-1和232-1,蛘哂没П喑痰淖远ㄒ宄ざ却1到32bits的重复序列图样。拥有32bit差错计数器和比特计数器。软件编程的比特差错插入，最大比特差错率图样的检测可达10-2。DS21372能向线路插入单个bit或从10-1bit到10-7bit误码率的误码，以检验设备的操作状态和连通性。用于分析、评测、解决数字通信系统中出现的问题。
2.3 语音监听模块部分的设计
语音监听部分采用时隙交换电路和语音检测模块组成，语音检测模块采用ZARLINK的3.3V多功能CODEC  MT91L60[4]。这款芯片能实现声音信号的A/D、D/A转换，并为标准的电话机手柄等接收发送装置提供模拟接口。当E1接口电路与2M实际线路连通后，2M 链路上的话音时隙要通过时隙交换电路与MT91L60电路相连，构成了话音时隙收发的通道。在这个过程中要初始化时隙交换电路，将2M链路上的需要监测的话音时隙交换至MT91L60。打开MT91L60接收通路至电话机手柄输出，设置ITU-T A-law话音编码方式，设置接收增益+6dB，设置非消侧音非环回模式等。这些设置是通过设置MT91L60内部寄存器完成的，完成这一系列设置后，语音测试就可以开始了，语音可以通过电话机手柄听到，其他测试内容可以从MT91L60内部寄存器读到结果。

3系统软件设计
软件部分主要由启动代码的设计和应用程序的设计，基于ARM是复杂的片上系统(SOC)，这种复杂系统里的多数硬件模块都是可配置的，需要由软件来设置其需要的工作状态。因此在用户的应用程序启动之前，需要有专门的一段启动代码来完成对系统的初始化。由于这类代码直接面对处理器内核和硬件控制器进行编程，一般都是用汇编语言写的。启动代码就是完成各种初始化工作，并引导进入C程序。
3.1 bootloader设计
启动代码[5]的主要实现功能包括以下部分：
(1)设置程序入口指针,
(2)设置中断向量表,
(3)初始化存储器系统,
(4)初始化CPU各种模式的堆栈和寄存器,
(5)初始化目标系统中要使用的各种片内外设,
(6)初始化用户程序执行环境,
(7)引导主应用程
具体实现的部分代码如下：                       
AERA Init， CODE，READONLY
ENTRY             ,定义入口点
B SYS_RST_HANDLER ,系统上电复位操作
B UDF_INS_HANDLER ,处理未定义中断模式
B SWI_SVC_HANDLER ,处理软件中断
B INS_ABT_HANDLER
B DAT_ABT_HANDLER ,处理中止异常
B ．
B IRQ_SVC_HANDLER ,处理IRQ 中断
B FIQ_SVC_HANDLER ,处理FIQ中断
SYS_RST_HANDLER
MSR R0, CPSR      ,禁止中断
ORR R0,R0,#0XC0
MSR CPSR_C,R0
BL initcpu        ,调整PLL和时钟
BL initmem        ,初始化存储器
BL initstack      ,设置堆栈
…                   …
…                   …
…                   …                                             
B main           , 跳转到主应用程序        
3.2应用程序的设计
应用程序采用Ｃ语言编写，由其实现本系统中所需的各种功能。根据系统功能需求，软件划分为以下模块：液晶显示模块、测试设置模块、测试指标计算模块等部分。软件设计思想是利用S3C2410的中断控制整个软件的流程。共使用4个硬件中断来完成系统的功能：一个内部硬件定时中断，3个外部硬件中断(键盘中断、串口中断、E1测试中断)。主程序流程图如图2所示。
 

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根据测试系统功能的要求, 在程序中定义了2个数据结构,一个是用来存放程序中需要用到的各种测试设置值的数据结构SetUp_struct,另一个是用于存放测试结果的数据结构Data_struct。这两个数据结构是连接各个功能函数的桥梁，通过判断SetUp_struct中各个变量的值可以使程序做出相应的操作，并改变相应Data_struct值，从而实现在不同的测试环境下对不同指标的测试。
3.3 2M测试系统测试指标的测量与计算
2M测试系统设计所能达到的测试指标如下：
(1)、在线和中断业务测试，可选接口阻抗：75Ω、120Ω、高阻（≥2KΩ）。
(2)、统计分析功能： G.826测试分析误块秒、严重误块秒、背景误块、不可用秒、误块秒率、严重误块秒率、背景误块率,G.821测试分析误码秒、严重误码秒、 不可用秒,M.2100测试分析误码秒、严重误码秒、不可用秒。
(3)、差错（误码、误块）监测比特误码、编码误码、帧字差错、CRC差错。
(4)、告警监测。
(5)、同时显示帧开销及30个话路数字型线路信号（a.b.c.d）的状态。
(6)、话音监听，各话音时隙可选。
(7)、测试结果掉电可记忆，可上传微机。
上述各项指标的测量由检测模块和语音监听模块实现,指标的(3)、(4)项可通过对ds21354和ds21372的相关寄存器的设置和对线路状态寄存器的读取并对数据简单处理可实现。指标的(5)、(6)项可通过对时隙交换电路相关寄存器的设置和读取对数据简单处理实现。第(2)项的指标参数是统计指标,需要在读取DS21372寄存器的原始测试数据之后，经过计算得到。统计指标以秒为单位,程序设置了周期为1s的中断定时读取ds21372的寄存器值，调用计算函数计算统计指标。图3是在G.821分析模式下的统计指标算法流程图，其余分析模式下与此相似。
 

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图3 G.821分析模式下测试指标计算流程图

4 结束语
2M 测试系统在我国电信、网络相关领域具有广泛的应用价值。本文介绍的基于ARM的2M测试系统具有体积小、功耗低、功能丰富等优点，特别是能够语音监听，并且各时隙可选，能够满足对2M口性能的测试和分析。ARM处理器以其高性价比，在嵌入式系统领域得到了广泛应用。
本文作者创新点:在2M测试系统中采用时隙交换芯片与语音检测芯片组合成语音在线监听模块，能实现任一时隙的语音监听，以及任一时隙的线路信号状态检测，能更好的帮助工程技术人员对2M线路的测试和维护。