基于M451和S15040的lOG誤碼測試儀的設計與實現(xiàn)

高學嚴　彭魏魏

摘要：10G誤碼測試儀是用于測量10G數(shù)據(jù)傳輸設備鏈路通道質(zhì)量的一種重測試設備，是一種可靠的通信系統(tǒng)測量工具。10G誤碼測試儀被廣泛地應用于通信設備的生產(chǎn)調(diào)試、檢驗以及日常維護等方面。根據(jù)此功能，文章研究并設計了一種基于M451和S15040的誤碼測試儀，詳細地分析和介紹了各個模塊的工作原理。

關鍵詞：10G誤碼測試；M451；S15040

1誤碼率概述

隨著社會的進步和科學技術的發(fā)展，人們對通信的速度要求提出了更高的要求，由于數(shù)字通信具有容量大、速度快等優(yōu)點被重點發(fā)展，并得到廣泛應用。目前伴隨著SFP+，XFP等10G段的通信速率光通信模塊應用普及，也對10G段的通信測試設備提出了多要求。尤其是10G段的誤碼測試儀，因為誤碼儀是測量數(shù)字通信可靠性的重要設備，是生產(chǎn)測試和維修測試的必要設備。

誤碼率是衡量數(shù)據(jù)通信通道質(zhì)量的重要參數(shù)指標，是由誤碼測試儀通過將數(shù)據(jù)從發(fā)射端輸出經(jīng)過整個數(shù)據(jù)鏈路再正確回到數(shù)據(jù)接收端的數(shù)據(jù)個數(shù)與發(fā)射端發(fā)射的數(shù)據(jù)總個數(shù)的比值關系算出來的，可以直接反映數(shù)據(jù)通道的通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)通信通道的可靠性。現(xiàn)有的10G段的誤碼測試儀都存在體積較大、價格昂貴、攜帶不方便等缺點，給生產(chǎn)測試和維修測試帶來諸多不便，尤其是在工程現(xiàn)場維修檢測更加困難。因此設計的這款基于M451和S15040的10G段誤碼測試儀式非常有必要的。

2測試原理及組成

2.1誤碼測試儀

誤碼測試儀，如圖1所示。

2.2測試原理

本設備以M451為主控芯片，其在系統(tǒng)中作用主要是設置數(shù)據(jù)的接收和控制系統(tǒng)工作的調(diào)度。首先接收觸摸屏界面設置過來的參數(shù)，包含測試用的偽隨機碼型、速率、測試時間和開始啟動信號等諸多參數(shù)，然后M451通過IIC數(shù)據(jù)總線按照測試目標速率要求進行配置S1514晶體振蕩器的輸出頻率，然后再通過IIC總線配置誤碼測試儀芯片S15040，讓其產(chǎn)生相對應的偽隨機碼，按照一定的速率輸出。S15040在接收到M451傳遞過來的啟動指令以后會自動根據(jù)內(nèi)部寄存器配置產(chǎn)生相對應的偽隨機碼如PRBs31，按照預定的目標速率運行并在數(shù)據(jù)輸出端輸出，偽隨機碼通過發(fā)射端的差分同軸電纜輸出到待測試設備中，帶測試設備將接收到的數(shù)據(jù)轉到期發(fā)射端，由發(fā)射端將數(shù)據(jù)再通過差分同軸電纜傳到S15040接收端。S15040通過內(nèi)部集成模塊根據(jù)時鐘信號判斷數(shù)據(jù)是否同步，如果同步再判斷數(shù)據(jù)和相位是否正確，最后檢測判斷誤碼情況，如果有誤碼產(chǎn)生也會將誤碼的個數(shù)保存到5個字節(jié)寄存器中，S15040也會將檢測到的數(shù)據(jù)總個數(shù)保存到另外5個字節(jié)寄存器中。測試過程中M451精確計時并定期從S15040讀取誤碼測試儀檢測到的誤碼個數(shù)，判斷是否有誤碼產(chǎn)生和計算誤碼率，同時在觸摸屏界面上顯示結果。

3硬件設計

Si5040是Silicon Laboratories公司高速產(chǎn)品線的產(chǎn)品。Si5040支持的模擬與數(shù)字信號質(zhì)量監(jiān)測功能有多種，有模擬信號丟失（Lost of Signal，LoS）檢測、連續(xù)相同數(shù)字檢測和眼圖開度測量功能，還提供多種回路測試功能，有線路回環(huán)測試、XFI電口回路測試等，帶有內(nèi)部PRBS7和PRBS31碼流生成和檢查功能。

Si5040可以提供的速率是9.8～11.35 Gbps連續(xù)可調(diào)。PRBS碼流有PRBS7和PRBS31兩種可選。具有靈活的串口控制，集成了IIC和SPI通信接口供選擇使用。

S1514是Silicon Laboratories公司的S1514晶體振蕩器，其輸出工作頻率范圍0.1～250 MHz，RMS抖動低于1 ps，多種電平輸出形式，有PECL，LVDS，CMOS和CML等。集成了IIC總線接口，方便外部靈活控制其輸出頻率。

M451是新塘科技的M451系列32位微控制器，內(nèi)嵌ARMCortex-M4F處理器，擴展了DSP功能和帶浮點運算單元，最大主頻72 MHz，內(nèi)置256 kb Flash，32 kb SRAM，帶有豐富的外設如：定時器、12位ADC、12位DAC，GPIO，RTC，UART，SPI，12C，12S，PWM、模擬比較器、溫度傳感器、電壓復位和掉電檢測功能等，工作電壓：2.5～5.5V；工作溫度：-40～105℃。產(chǎn)品應用十分廣泛。Si5040和M451硬件原理如圖2所示。

在誤碼測試儀上電時，M451首先對系統(tǒng)進行初始化并進行部分參數(shù)設置，然后等待M451進入等待狀態(tài)，等待觸摸屏傳來的參數(shù)和指令，當M451接收到參數(shù)和指令以后，按照觸摸屏傳遞來的參數(shù)要求分別配置S1514的輸出頻率和S15040的偽隨機碼型等參數(shù)，當M451收到觸摸屏傳遞過來的啟動指令后再通過IIC總線將啟動誤碼測試儀運行的指令傳遞到S15040，S15040接到啟動指令后啟動誤碼測試儀的測試功能，測試過程中M451定時500 MS讀取誤碼個數(shù)，判斷是否有誤碼產(chǎn)生，在讀取誤碼個數(shù)的同時也讀出數(shù)據(jù)總數(shù)，判斷是否有誤碼產(chǎn)生并計算誤碼率，將測試結果送到觸摸屏界面顯示。

4觸摸屏界面功能

系統(tǒng)的主界面采用觸摸屏，參數(shù)的輸入和測試結果的輸出都是通過觸摸屏實現(xiàn)，設置的參數(shù)只要有偽隨機碼、速率和運行時間，測試結束后在觸摸屏上顯示運行時間，誤碼個數(shù)和誤碼率。通過界面按鈕可以輸入誤碼測試儀的啟動和停止。通過文本輸入可設置碼型為PRBS7或PRBs31，速率從9.8～11.35 GHz。運行時間實時計時并顯示，運行總時間小于等于1200小時。

5結語

根據(jù)生產(chǎn)和維修人員的使用情況和對本10G誤碼測試儀的使用的實際感受，可以證明本10G誤碼測試儀的設計和開發(fā)時成功的。其體積小、成本低、運行安全穩(wěn)定，是一款性價比極高的lOG誤碼測試儀。