（通信与信息系统专业论文）基于bob技术光模块测试系统的研究和设计.pdf

武汉理工人学硕士学位论文 摘要 光纤接入网设备价格昂贵一直是光纤到户普及的关键和难题，研究如何找 到一种新的技术设备并能生产使用，使之最适合中国地界大人口多的国情，成 为当前接入网研究技术的重点。b o s a 在板( b o s ao nb o a r d ) 技术简称b o b 技术，国内部分系统厂商，o d m 厂商已有研究和生产。b o b 技术的o n u ( o p t i c a l n c t w o r ku i n t ) ，硬件结构上与传统o n u 结构的差别，仅在光模块的封装上：传 统o n u 设备采用独立光模块封装，可以热插拔在o n u 板上；b o b 技术就是将 光模块直接焊接在o n u 板上，简化了o n u 系统板结构，降低了设备成本。软 件结构上基本无差异。 传统o n u 上的光模块采用独立封装和单独测试，一般由光模块提供商完成 测试。而b o b 技术的光模块，已集成到o n u 板上，光模块的测试无法再利用 测试板及测试夹具，光模块的测试是b o b 技术的关键和难点。 目前o n u 系统一般采用l i n u x 操作系统，本文提出了一种在l i n u x 系统上 开发光模块调试接口的方法，上位机软件调用接口，完成o n u 系统上光模块的 调试。与传统光模块的测试方法相比，该方法将光模块的调试集成到o n u 设备 的调试上，省略了在生产测试中光模块的单独调试。同时，传统的光模块测试 需要硬件开发测试板，且测试板不具有通用性，而本文中的光模块调试方法只 需软件投入，且底层1 2 c 驱动和1 2 c 读写软件具有一定通用性，对于不同光模块， 只需修改上位机测试软件即可。 通过该测试方法设计出的上位机软件测试系统，已经在基于b o b 技术的 o n u 生产线上投入使用，系统稳定可靠，且测试软件具有生产管理要求的特性， 如可靠性，高效性，自动化等。 本文主要的工作将集中在以下几个部分： 1 研究b o b 技术下的光模块结构，设计出一种具有可行性的光模块测试方 案和测试系统； 2 研究8 4 7 2 协议和光模块的调试，优化光模块中m c u 的代码和校准方 式，为上位机调试模块提供接口； 3 研究上位机、下位机的通信方式，编写了下位机通信接口程序和测试系 统所需的上位机软件； 4 对光模块测试系统进行系统测试，并对其性能、准确、效率、智能等方 武汉理t 大学硕+ 学位论文 面进行评估，指出其优缺点并提供改进建议。 关键词：b o s a 在板；光模块测试系统；系统测试 i i 武汉理工人学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e o p t i c a lf i b e re q u i p m e n to fa c c e s sn e t w o r ki se x p e n s i v e ，w h i c hh a sb e e nt h e k e yp r o b l e mo ft h ep o p u l a r i t yo ff r t h h o w t or e a r c ha n df i n dan e w e q u i p m e n ta n d c a nb ep u ti n t op r o d u c t i o n ，i st h ef o c u so fr e a r c h i n ga c c e s sn e t w o r k b o b ( b o s ao n b o a r d ) t e c h n o l o g y , a tp r e s e n t d o m e s t i c p a r t i a ls y s t e mm a n u f a c t u r e r s ，o d m m a n u f a c t u r e ro fe x i s t i n gr e s e a r c ha n dp r o d u c t i o n t h ed i f f e r e n c eb e t w w e e no fo n u b a s e do nb o b t e c h n o l o g ya n dt r a d i o n a lo n u i nh a r d w a r ea r eo n l yi nt h ep a c k a g i n g o fo p t i c a lm o d u l e s ：t r a d i t i o n a lo n ue q u i p m e n tw i t hi n d e p e n d e n to p t i c a lm o d u l e e n c a p s u l a t i o n ，c a l lb eah o ts w a po no n ub o a r d ；w i t hb o bt e c h n o l o g y , t h eo p t i c a l m o d u l ei sw e l dd i r e c t l yi no n ub o a r d ，w h i c hs i m p l i f i e do n u s y s t e mb o a r ds t r u c t u r e a n dr e d u c et h ec o s to fe q u i p m e n t t h e r ei sn od i f f e r e n c ei nt h eb a s i cs t r u c t u r eo f s o f t w a r e i nt r a d i t i o n a lo n u ，t h eo p t i c a lm o d u l eu s e si n d e p e n d e n te n c a p s u l a t i o na n d s e p a r a t et e s t ，g e n e r a l l yb yo p t i c a lm o d u l ep r o v i d e r a n db o bt e c h n o l o g y , h a s i n t e g r a t e do p t i c a lm o d u l ei n t ot h eo n u ，t r a d i t i o n a lo p t i c a lm o d u l et e s t i n gc a n tb e r e u s e d ，o p t i c a lm o d u l et e s t i n gi st h ek e y o fb o b t e c h n o l o g y a tp r e s e n to n us y s t e mg e n e r a l l yu s e st h el i n u xo p e r a t i n gs y s t e m ，t h i sp a p e r p r o p o s e san e wl i n u xs y s t e md e v e l o p m e n tm e t h o do fo p t i c a lm o d u l ed e b u g g i n g i n t e r f a c e ，p cs o f t w a r e c a l l i n t e r f a c e ，c o m p l e t e o n us y s t e m g l a z i n g m o d u l e c o m m i s s i o n i n g a n dt h et r a d i t i o n a lo p t i c a l m o d u l em e t h o dt h a nt h et e s t ，t h i s m e t h o dw i l lb e i n t e g r a t e dt h eo p t i c a lm o d u l ed e b u g g i n gi n t oo n ue q u i p m e n t d e b u g g i n g ，o m i t t e di nt h ep r o d u c t i o np r o c e s so fd e b u g g i n go p t i c a lm o d u l ea l o n e a t t h es a m et i m e ，w h i l et h et r a d i t i o n a lo p t i c a lm o d u l et e s t i n gn e e dd e v e l o p i n gt e s tb o a r d ， a n dt e s tb o a r di sn o tv e r s a t i l e ，b u tw i t hb o bt e c h n o l o g yt h eo p t i c a lm o d u l eo f d e b u g g i n gm e t h o do n l yn e e ds o f t w a r ei n v e s t m e n t ，a n dt h eb o t t o mt h e1 2 cd r i v e ra n d t h e1 2 cr e a d i n ga n dw r i t i n gs o f t w a r ei sv e r s a t i l e ，f o rd i f f e r e n to p t i c a lm o d u l e ，j u s t n e e dt om o d i f yt h eu p p e rm a c h i n et e s ts o f t w a r e p cs o f t w a r et e s ts y s t e m ，b a s e do nt h i st e s tm e t h o dh a sb e e nu s e di nb o b p r o d u c t i o nl i n e ，b a s e do nb o bt e c h o l o g y t h es y s t e mi ss t a b l ea n dr e l i a b l e ，a n dt h e t e s ts o f t w a r eh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fp r o d u c t i o nm a n a g e m e n tr e q u i r e m e n t s ，s u c ha s i i i t h er e l i a b i l i t y , e f f i c i e n c y , a n da u t o m a t i o ne t c t h i sp a p e r sm a i n l yw o r kw i l lf o c u so nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： 1 s t u d v0 fo n us t r u c t u r e a n do p t i c a lm o d u l es t r u c t u r e ，b a s e d o nb o b t e c h n o l o g y , d e s i g n af e a s i b l eo p t i c a lm o d u l et e s t i n gs c h e m ea n d t e s ts y s t e m ； 2 s t u d y8 4 7 2p r o t o c o la n do p t i m i z et h em c u c o d eo fo p t i c a lm o d u l e ，m a k ei t m o r ee f f i c i e n tt om o n i t o rb o s a sw o r ks t a t e ，r e a l - t i m er e a d8 4 7 2a g r e e m e n ta b o u t f i v em o n i t o r i n gq u a n t i t y , a n dp r o v i d ei n t e r f a c ef o rp c t e s t ； 3 s t u d yc o m m u n i c a t i o nm o d eo ft h ep c ，t h em a c h i n e ，w r i t ec o m m u n l c a t l o n i n t e r f a c e ，w h i c hi sn e e d e di nt h e t e s ts y s t e m ； 4 t e s tt h eo p t i c a lm o d u l et e s t i n gs y s t e m ，a n dg e ti t sp e r f o r m a n c e ，a c c u r a t e ， e f f i c i e n c v ，i n t e l l i g e n c ea s s e s s m e n t ，p o i n t so u tt h ea d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e s 卸d p r o v i d ei m p r o v e m e n ts u g g e s t i o n s ； k e y w o r d s ：b o s ao nb o a r d ；o p t i c a lm o d u l et e s t i n gs y s t e m ；s y s t e m t e s t i v 武汉理t 大学硕士学位论文 1 1 目的与意义 第1 章绪论 随着可变比特率和突发性数据如i n t e m e t 等业务迅猛发展，用户对带宽的需 求在迅速增长【1 1 。近年来通信的主干网发展迅速，在删( 光纤入户) 和“三 网融合”背景下，光纤铺设速度和范围也在迅速提升。而在接入部分却变化很 少，“最后一公里”的接入部分仍是高速局域网和主干网的瓶颈。以光纤为传输 介质的接入设备将是接入设备发展的最终目标1 2 一。 光纤接入网( o a n ：o p t i c a la c c e s sn e t w o r k ) 是指在接入网中用光纤作为传输 媒介来实现数据传送的网络，它不是传统意义上的光纤传输系统，而是针对接 入网特点而设计特殊的光纤传输网络1 5 j 。如下图所示，在删册背景下， 几种常见的接入网1 6 j ： f t l w 用 户 端 n t 7 铜缆 、 0 n u n t (铜缆 、 o l t 局 端 图1 - 1 常见接入网类型 根据接入网是否含有有源设备，光纤接入网可分为有源光网络和无源光网 络【7 。如果接入网设备由光分路器，波分复用器，光纤等无源设备，这种接入网 属于无源光接入网络。无源光网络简称p o n ，p o n 的复杂性在于信号处理技术。 在下行方向上，交换机发出的信号是广播式发给所有的用户。在上行方向上， 各o n u ( o p t i c a ln e t w o r ku i n t ) 必须采用某种多址接入协议如时分多路访问 t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 协议才能完成共享传输通道信息访问【引。 目前用于宽带接入的p o n 技术主要有：e p o n 和g p o n 。 武汉理工人学硕士学位论文 由于宽带业务的整合，用户对网络服务带宽的更高要求，接入网面临着巨 大挑战和改革。接入网是从电信网局端到最终用户之间的网络。接入网提供主 干网和用户设备或用户网络之间的信息传输通道。接入网可采用电话双绞线、 光纤、同轴电缆等多种传输媒质，或它们的组合。现存的接入网以电话接入网 和有线电视网为主，宽带和电话业务使用电话接入网【9 。1 。目前，主要的传输介 质仍是双绞线和同轴电缆。随着技术的发展和光纤制造成本的降低，人们提出， 接入网使用光纤为传输介质，o n u 就是光纤接入网中的用户端接入设备。 b o b 技术是b o s a ( 光收发模块组件) o nb o a r d 技术的简称，是接入设备 上的技术创新。传统o n u 设备上的光模块采用单独模块封装，并在系统p c b 板 上预留空间和接口，通过2 木1 0 针插拔的方式将光模块连接到o n u 设备板中。 b o b 技术，光器件不再以模块的形式单独制作，单独测试，单独组装，而是将 模块中的光器件，i c ( m c u ，f l a s h 等) 及元器件焊接在o n u 设备板上，去掉了光 模块的p c b 板和2 1 0 的封装壳。 b o b 技术在硬件节省了硬件成本，包括模块p c b 板和2 1 0 针的封装，简化 了系统组成，使o n t 设备结构更为精简。在软件方面，也简化了生产测试流程， 将系统测试和模块测试整合到一次流水线测试中。而以往的测试，模块由模块 生产商测试并输出测试报告，系统设备商再进行系统测试。通过b o b 技术，可 以进行在板测试和校准，模块测试和系统测试将会快速完成。 华工科技正源光子技术有限公司依托b o b 项目由模块厂商转型o d m 厂商， 本课题属于b o b 项目中一部分，为基于b o b 技术下的光模块测试提供可行方案， 该方案所涉及到的思路和方法具有一定的通用性，最后设计和实现一套测试系 统。 1 2 国内外研究现状及趋势 当前世界的接入网现状是传统的铜缆接入方式仍然占据着主流，但宽带接入 呈现飞速发展的势头，接入网用户逐年剧增【1 2 。1 3 1 。新技术和新业务发展成为可 预期的新的增长点。例如i p t v ( 互联网电视) 、v o i p ( v o i c eo v e ri p ) 等，己逐渐被 国人认识、业务需求也日益发展起来【1 4 】。 电信业务转型的方向为从传统的语音服务为主转向话音、数据、视频的融 合业务转变、从固话业务向移动业务扩展、从传统公网业务市场向企事业市场 渗透、从电信业务向包括有线电视业务在内的广义全业务发展。电信业务的转 2 武汉理工人学硕士学位论文 型要求，必然也要求接入网的转型适应业务的转型1 1 5 】。接入网转型的内涵是适 应业务转型的需求，通过网络和技术转型为业务转型提供基础和先导，在实现 业务融合时需要很高的带宽，而f 1 r h 恰好能为三网融合提供高带宽的保证， 硎应运而生。 美国，日韩以及中国均已试点盯m ，接入设备也根据使用环境和需求，种 类繁岁1 6 】。由于传输媒介由电缆变成了光纤，接入设备就必须包含光电转换功 能，光纤接入网中接入设备与普通宽带接入网中设备，最典型的区别在于，光 纤接入网设备都含有光模块，其作用是进行光电转化，将光信号转换成电信号 给用户旧。当然，光纤通信中很多标准和协议，跟传统宽带接入网通信，也有 很大区别，在这里没有作详细介绍。 目前，国内外芯片厂商，研制出了许多g p o n e p o n 主芯片并针对硎 中的应用提供了许多解决方案，主要有b r o a d c o m ，b r o a d l i g h t ，p m c ，华为海思 等芯片商和系统商。o n u 系统板上的光器件均以模块的形式直接插拔在系统板 上，各芯片厂商也不需要关心光器件的研发和制作，合格的光器件由专业生产 商制作和生产。 在删发展过程中，光纤接入网设备与电缆接入设备相比，价格昂贵一 直是制约其发展的主要因素。b o s ao nb o a r d 技术可大幅度降低成本，在板进 行测试和校准。b o s a 器件在o n t 整体成本中比重很大，有近三分之一的成本 在b o s a 器件上，而b o s a 的成本大部分集中于封装，封装本身的过程多集中 在具体的自动设备，操作简单，过程与普通工厂相近。通过将b o s a 封装部分 整合到供应链和生产环节中，也可以进一步大幅降低成本。 目前将b o s ao nb o a r d 技术应用到o n u 设备生产制作的，c i g ( 剑桥工业集 团) 发展较早，随着三网融合步伐加快，光纤主干网发展迅速，各运营商和系 统商的接入网设备已经进入价格战，降低成本是获取市场份额的主要因素。在 国内，华为，中兴，烽火等系统设备商均提出b o b 需求，芯片方案商也均针对 b o b 技术提供了g p o n 、e p o n 解决方案。在未来几年，b o b 技术将在光纤到户 ( f t t h ) ，三网融合中得到充分利用，b o b 技术也将得到进一步优化和改进。 b o b 技术可最大限度简化光模块和o n u 设备的结构，传统光模块含有：光 器件、驱动芯片、m c u 三个主要器件。而随着g p o n 、e p o n 芯片功能和资源 逐渐扩大和改进，b o b 技术将朝着最大限度优化结构的方向发展，其光模块生 产测试技术也将逐步优化。 3 武汉理：j ：人学硕十学位论文 1 3 本文主要研究工作 目前，硎规划如火如荼的进行，全球各国也在尝试可行的接入技术。由 于b o b 技术自身的优势，吸引了众多的厂商来开发基于b o b 技术的o n u 产品， 开发低成本高带宽优质量的基于b o b 技术的o n u 产品成为接入网发展的一个 主要方向，在此研究b o b 的相关技术具有重要的意义 本论文的研究工作旨在研究基于b o b 技术下，在o n u 生产测试中调试光模 块参数的测试系统和关键技术。参阅了国内外期刊，公司相关资料，从光模块 的角度阐述了模块功能结构、工作原理，光模块测试以及b o b 技术中光模块测 试的关键技术。其中重点研究测试系统中，通信方式，光模块的调测、接收灵 敏度校准以及测试系统方案等。 本文的研究内容主要包括以下几个方面： 第一章介绍了接入网的发展情况，引入了接入网的概念，并且解析了f f f x 中光纤接入设备及光模块的发展状况；介绍了论文研究的主要工作和内容； 第二章研究了光模块测试系统的需求，系统构成、工作原理；深入研究了光 模块的协议标准8 4 7 2 协议；并针对系统框架各组成软件，分别研究和设计软硬 件环境； 第三章研究了系统中的关键技术，包含在p o n 芯片中l i n u x 环境下1 2 c 驱 动程序及通信应用程序的开发：研究了自动化测试和控制技术和v i s a 接口； 第四章详细研究了生产测试系统的系统测试，根据测试系统的功能和目标， 分别介绍测试系统中所涉及到的测试软件和主要代码，最后对该系统的测试结 果和性能进行分析和改进。 第五章对本文的研究内容进行总结与展望。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章b o b 生产测试系统设计 2 1 测试系统需求 光模块测试一般分为发射和接收两部分，在测试过程中，有老化测试，老化 后需要复测以验证光器件的性能，是否达标。所以，测试系统中测试分为以下4 个部分：发射初测，接收初测，( 老化后) 发射终测，( 老化后) 接收终测。 光模块的测试主要是对五个模拟参量( 工作电压、模块温度、偏置电流、发 射光功率、接收光功率) 的监测和校准。 2 1 1 光模块测试及d d ml 发射测试的主要测试指标：平均光功率、消光比、交点等。 平均光功的定义为： 1 p a v g = ( p 0 + p 1 )( 式2 1 ) 2 消光比的定义为： d e r = 1 0 l o g ( i 。1 ) ( 式2 - 2 ) 交点的定义为：示波器眼图中，上升沿与下降沿的交点。 接收测试的主要测试指标：接收灵敏度，饱和光功率，高低关断。 光接收灵敏度是指在一定误码率或信噪比条件下光接收机的最小平均光功 率。 饱和光功率是指在一定光功率条件下，光接收机发生误码的接收光功率值。 低关断是指光接收机l o s 信号告警时的接收光功率临界点。 高关断是指光接收机恢复接收是的接收光功率临界点。高关断与低关断只差 称为回滞。 d d m i ( d i g i t a ld i a g n o s i sm o d u a li n t e r f a c e ) 光模块数字诊断接口通过增加芯 片和辅助电路设计，网络管理单元可以实时监测收发模块的温度、供电电压、 激光偏置电流以及发射和接收光功率【1 8 乏2 1 。这些参量的测量，可以帮助管理单 元找出光纤链路中发生故障的位置，简化维护工作，提高系统的可靠性【挫矧。 d d m i 通过传感器等得要一系列的模拟量，然后经过a d 转换，计算转换， 5 武汉理下大学硕十学位论文 变成数字量。但是由于传感器的不同，探测到的模拟量也会不同。8 4 7 2 协议里 定义了a d 转换方法，校准方法以及光模块参量的寄存器地址，计算参数地址等， 为d d m i 提供一个标准。根据s f f 8 4 7 2 协议，光模块的温度、光功率等五个模 拟参量有内部校准和外部校准两种正向的校准方式，两种校准的数据存储方式 不一样，内部校准存储的数据格式为校准后的标定值，外部校准存储的为a d 转换值。 采用内部校准，a d 值被校准为标定值。s f f 8 4 7 2 标准分别为温度、光功 率等五个模拟参量规定了相应的范围和分辨率。d 转换值经过物理量变换和相 应缩放，最后输出的数字标定值符合协议中规定的数值范围。内部校准相当于 一个可编程的增益，其功能框图如图2 - 1 所示，以发射光功率为例。 图2 - 1 发射光功率内校准示意图 采用外部校准时，存储的是未经处理的a d 转换值，监测软件通过读取存 储单元a 2 h 中地址内的校准常数，再通过外部校准公式把a d 值换算成实际值。 如图2 2 所示。 图2 2 发射光功率外校准示意图 2 1 2 传统光模块测试 光模块结构种类繁多，目前主流方案主要由光收发激光器、驱动芯片、m c u 、 存储单元等组成，其结构图如图2 3 下所示。 6 武汉理t 大学硕士学位论文 图2 3 光模块结构图 在传统光模块测试中，由于光模块被封装了，在测试时会采用测试板的方式， 将光膜块通过2 1 0 针插在测试板上，测试板上接出若干插针，连接到测试设备 中，进行测试。如下图2 4 所示。 l 心 书麓zp o n i 试必；t 图2 4 传统光模块测试示意图 如图2 3 所示，m c u 芯片通过1 2 c 总线与d r i v e r 芯片通信，m c u 通过模拟 1 2 c 总线与外部通信。在m c u 内部程序里，周期读取b o s a 工作状态，在上位 机通过串口通信，就能获取b o s a 工作状态并作相应调试。 2 1 3b o b 技术光模块测试 b o b 技术拆除了光模块的封装，将光模块组成元器件直接焊接在o n u 的 p c b 板。与传统测试方法比较，光模块无法通过测试板进行测试，光模块的测 试接口只能通过o n u 系统板。o n u 系统结构如下图2 5 所示。 7 武汉理工大学硕士学位论文 f l 2 图2 5o n u 系统结构图 光模块移植到o n u 设备板上，对外无接口，仅与主芯片通过1 2 c 连接。只 有通过o n u 主芯片上的接口，与外界通信。 单片机与主芯片通过1 2 c 总线连接。主芯片通过1 2 c 读写单片机寄存器里的 值，单片机通过g p i o 模拟1 2 c ，对b o s a 驱动芯片进行读写，驱动芯片实时配置 b o s a 工作状态。工作模式如下图2 - 6 所示。 图2 - 6 光模块工作示意图 在上位机中要对光模块进行调试，可通过r s 2 3 2 接口或网口与p o n 芯片进 行通信，在p o n 芯片的l i n u x 系统罩开发1 2 c 读写应用程序，读取和配置光模 块状态。连接原理图如图2 7 所示。 8 武汉理工人学硕七学位论文 园曰 模块 l 2 2 测试系统结构 图2 7b o b 光模块测试连接原理图 根据测试需求及指标，测试系统在光模块测试部分，主要包含发射初测，接 收初试，发射终测，接收终测。从实际情况和测试指标特性来看，测试系统中 光模块部分流程图如图2 8 。 图2 - 8 测试系统流程 2 2 1 系统功能 如图2 8 所示，光模块测试部分含有发射初测，接收初试，发射终测，接收 终测。发射端测试指标有光功率，消光比，交点，眼图测试；接收端测试指标 有接收灵敏度，高低关断，回滞光功率，饱和光功率等 系统除了具有精确和高效的特性，还要具有自动化和防错的功能，避免在使 用中，出现由于误操作和意外造成系统的中止。 自动化是通过软件控制，在测试过程中由软件控制测试流程并正确分析测试 结果，减少测试过程中人员的参与，提高测试与生产的效率。 9 武汉理：王= 人学硕士学位论文 防错防呆是一种预防矫正的行为约束手段，运用避免产生错误的限制方法， 让操作者不需要花费注意力、也不需要经验与专业知识即可直觉无误完成正确 的操作。在生产使用上，为了避免使用者的操作失误造成系统错误和中止，应 有针对这些可能发生的情况来做预防措施。系统应具有以下四点措施： 1 出现操作失误，设备就不会继续测试，并告知操作者错误操作； 2 自动修正操作失误、动作失误，更正后开始测试； 3 在后工序检查出前工序不合格，前工序停止操作； 4 作业上如有遗漏，后工序停止动作。 2 2 2 系统设备 该测试系统需要使用到如下仪表设备：o l t 、光示波器、c d r 模块、光衰 减器、光功率计、网络测试仪、g p i b p c i 卡、温箱、串口线等。按照测试系统 流程，各流程所需设备如下： 1 发射初测：光示波器、c d r 模块、g p i b 卡、串口线等； 2 接收初测：o l t 、光衰减器、光功率计、网络测试仪、g p i b 卡、串口线 等： 3 发射终测：光示波器、c d r 模块、g p i b 卡、串口线等； 4 接收终测：光源、光衰减器、光功率计、g p i b 卡、串口线等； 5 老化：温箱等； 2 2 3 系统软件结构 系统软件结构如下图2 9 所示。 图2 - 9 系统软件结构图 按照流程将测试系统中的软件分为4 个，分别是：发射初测软件、接收初测 软件、接收终测软件、发射终测软件。在测试系统中，通过远程连接数据库服 务器，可从数据库服务器下载测试指标的规格，并将测试记录保存至数据库中。 1 0 武汉理工人学硕十学位论文 2 3 发射端软件设计 2 3 1 发射初测的硬件环境 发射测试测试环境如下图2 一1 0 所示。 图2 1 0 发射初测硬件环境 c d r 模块是为观测0 n u 发射的光眼图提供时钟，为示波器提供0 n u 发射时钟。 p c 通过r s 2 3 2 、g p i b 分别控制0 n u 、示波器通信，完成测试。 2 3 2 发射初测的软件环境 发射初测软件的功能是多光模块进行a p c 调测和m o d 调测，使光模块的发射 光功率和消光比等参数稳定在需求指标范围内。 发射模块调测原理如下图2 1 1 所示【2 5 之7 】。 a p c 环路 图2 - 1 1 发射模块调测原理 激光器首先将输入的电信号调制为激光器驱动信号，驱动信号包含偏置电 流和调制电流，激光器在驱动信号的驱动下，发出相应的光信号，光信号被耦 合入光纤中并传输到接收端【2 5 2 7 1 。 偏置电流由a p c s e t 外部设置的电流和a p c 反馈回路的电流决定的，由于 不同激光器的响应度不一样，同样的驱动电流但光功率不一样。当要保持平均 光功率，或改变平均光功率时，可通过调节a p c s e t 电阻来实现。m o d s e 端的 武汉理 = = 大学硕十学位论文 电阻可以改变调制电流，调制电流改变可以改变消光比。 激光驱动器具有自动光功率控n ( a p c ) 功能，a p c 电路利用激光器组件中的 背光二极管，监测激光器背光的大小，当光功率小于某一额定值时，通过反馈 电路使驱动偏置电流增加，激光器输出功率增加为额定功率值。反之，若光功 率大于某一额定值，则通过反馈电路使驱动电流减小，激光器输出功率随之减 小，保持其输出光功率波动范围相对稳定。 软件控制流程图如图2 1 2 所示。 图2 1 2 软件控制流程图 在调试光功率和消光比后，读取示波器眼图的交点，并对眼图进行模版测试， 通过对发射端参数指标判定该光模块是否通过测试。 1 2 武汉理下大学硕十学位论文 2 3 3 发射终测的硬件环境 发射端终测测试环境如下图2 1 3 所示。 图2 1 3 发射端终测测试环境 2 3 4 发射终测的软件环境 在发射终测时，只需对发射端指标进行验证即可，不再需要进行调试。 2 4 接收端软件设计 2 4 1 接收初测的硬件环境 接收端初测测试环境如下图2 1 4 所示。 图2 1 4 接收端初测测试环境 武汉理丁大学硕十学位论文 2 4 2 接收初测的软件环境 接收初测软件的功能是对光模块的接收端参数进行测试，确定光模块的接 收端参数在需求指标范围内。 接收模块主要作用，就是将经光纤光缆传输后的光信号通过光电转换成为电 信号，放大、均衡与还原成为标准的数字信号。光接收模块原理图如图2 1 5 所 示，限制幅放大器由功率放大器、均衡滤波器、再生器三部分组成，接收组件 r o s a 由光电检测器、前置放大器、a g c 电路、高压变换器四部分组成【2 5 御。 图2 1 5 光接收模块原理图 软件流程图如图2 1 6 所示。 图2 1 6 接收软件流程图 1 4 武汉理1 二大学硕士学位论文 接收端初测除了完成接收校准外，还需完成灵敏度测试和接收饱和测试， 测试方法均采用如图2 1 7 流程。 否 图2 - 1 7 接收端测试流程图 2 4 3 接收终测的硬件环境 接收端终测测试环境如下图2 1 8 所示。 图2 1 8 接收端终测测试环境 1 5 武汉理下入学硕士学位论文 2 4 4 接收终测的软件环境 软件流程图如下图2 1 9 所示。 登录，初始化l 一 i 成功 接收比对 高关断 低关断 絮蔓 剖眦 i 成功 p a s s 图2 - 1 9 接收端终测软件流程 接收端终测完成高低关断测试，低关断指光模块接收端在接收到光信号时， 逐步降低接收光信号的光功率，在光模块接收不到光信号时并发生告警时的接 收光功率；高关断指在接收端发出告警后，逐步增加接收光功率，当接收端能 接收到光信号时的接收光功率。测试方法均采用如下图2 2 0 所示。 1 6 武汉理1 ：火学硕+ 学位论文 2 5 本章小结 否 图2 2 0 高低关断测试流程 本章主要分析了测试系统流程及测试指标需求，针对各流程设计了测试硬件 环境拓扑图和软件流程和功能，为测试系统软件的设计奠定了基础；分析和研 究了光模块发射和接收工作原理和调试方法，为测试软件的实现提供了参考和 依据。 1 7 武汉理下大学硕士学位论文 第3 章b o b 测试系统关键技术 3 1l2 c 驱动程序开发 3 1 1l2 c 协议和通信 1 2 c ( 内置集成电路) 总线是f 1 4 p h i l i p s 公司开发的两线式串行总线，由两个 信号线数据线s d a 和时钟线s c l 组成。产生于2 0 世纪8 0 年代，用于连接微控制器 及其外围设备。1 2 c 总线简单而有效，占用很少的p c b ( 印刷电路板) 空间，芯 片管脚数量少，设计成本低【3 引。 1 2 c 总线支持多主机模式，在多主机模式下，可能同时有几个主机想调用1 2 c 总线传送主机，为避免混乱，i ：c 总线通过仲裁来决定那一个主机控制总线。在 1 2 c 总线上的设备都有一个唯一的地址，根据主机与设备间的发送和接收数据关 系，可以将1 2 c 总线上的主机和设备分为接收器和发送器。 主机有读和写两种模式，这两种模式中又分单字节读写和多字节读写，写 和读的基本过程如下所示： 主机写模式的基本过程如下【3 3 】： ( 1 ) 主机发出开始( ( s t a r t ) 信号。 ( 2 ) 主机送出1 个字节的从机地址信息，高7 位为从机器件地址，最低位为 读写控制码，写模式为0 。 ( 3 ) 从机发出认可的a c k 信号。 ( 4 ) 主机接收到a c k 信号后发送第一个数据，即内存地址。 ( 5 ) 主机收到a c k 信号后，发送普通数据。若是单字节写，则跳到( 6 ) ；若是 多字节传输，则继续发送数据，直到全部发送完毕。 ( 6 ) 主机发出停 k ( s t o p ) 信号。 主机读模式的基本过程如下： ( 1 ) 3 j e 机若是随机地址读，则先执行写模式的( 1 ) 一( 4 ) 步骤，确定要读的内存 地址；若是当前地址读，则从( 2 ) 步骤开始。 ( 2 ) 主机发出重开始( r e s t a r t ) 信号。 ( 3 ) 主机送出1 个字节的从机地址信息，高7 位为从机器件地址，最低位为 读写控制码，读模式为l a ( 4 ) 3 i e 机接收到a c k 信号后，接着接收从机发送过来的第一个数据。 1 8 武汉理- 【大学硕士学位论文 ( 5 ) 主机收到数据后，若是单字节读，则不发送a c k 信号，跳到( 6 ) ；若是多 字节读，则发送a c k 信号，准备接收下一个数据，直到全部接收完毕，再不发 送a c k 信号。 ( 6 ) 主机发出停j j 2 ( s t o p ) 信号。 3 1 2l2 c 驱动和读写接口 1 2 c 的函数接口定义如下： s t a t i ci n tf h b s p d e v _ o p e n ( v o i d ) ；打开1 2 c ： s t a t i cv o i df h _ b s p _ d e v c l o s e ( v o i d ) ；关闭1 2 c ； v o i df h b s p i 2 c _ p r i n t e r r ( 1 0 n gi n tx o _ e r r c o d e ) ；报错 i n tf h b s p _ i 2 c _ r e s e t ( v o i d ) ；重启1 2 c i n tf h _ b s p i 2 c r e a d ( u n s i g n e dc h a r * v a l ，u n s i g n e dl o n gi n tx i _ w a i t s t a r t ， s i g n e dl o n gi n t * x o _ e r r _ c o d e ) ；读操作 i n tf h b s p _ i 2 c _ w r i t e ( u n s i g n e dc h a rv a l ，s i g n e dl o n gi n tx i f i r s t ， s i g n e dl o n gi n tx i l a s t ，s i g n e d l o n gi n t * x o _ e r r c o d e ) ；写操作 3 2 下位机通信程序开发 在第二章里讲到过，上位机与光模块的通信，必须经过o n u 系统主芯片。 连接示意图如下图所示，要实现上位机软件与光模块的通信，必须在o n u 系统 里运行一个“桥接”的通信程序。 如图2 7 所示，上位机可通过r s 2 3 2 与o n u 系统通信，光模块作为o n u 主芯片上1 2 c 总线的一个从设备，上位机如何通过主芯片，与光模块通信，是软 件的关键。o n u 主芯片是通过1 2 c 与m c u 进行通信的，光模块的状态信息逻 辑上被存储在两个表内，根据8 4 7 2 协议规定，这两个表被当作主芯片1 2 c 总线 上的两个从设备，通过总线寻址，可对这两个设备进行读写。那么，上位机可 在o n u 系统下，通过串口发送读写命令，o n u 系统解析命令，并返回结果。 综上，若想实现上位机与光模块通信，必须在o n u 系统下，运行一个解析 程序，解析和返回上位机通过串口发送的命令，这些命令会调用o n u 系统上的 1 2 c 读写接口，去访问1 2 c 总线设备。 1 2 c 读写光模块部分函数接口定义如下： i n tg e t b y t e ( i n t a d d r e s s ，i n tt a b l e d ：读取单片机寄存器单字节； i n ts e t b y t e ( i n ta d d r e s s ，i n tv a l u e ) ：写单片机寄存器单字节； 1 9 武汉理t 大学硕士学位论文 下位机程序源码见附录a 。 3 3vis a 接口封装 g p i b 通用接口总线目从1 9 6 5 年产生以来，由于在组建自动测试系统中， 有着方便、高效的特点，得到了许多机构的广泛应用，g p i b 接口卡作为组建自 动测试系统的一部分，也获得了较快的发展【3 4 1 。另外，g p i b 总线的连接支持串 联和星型连接，一根g p i b 总线最多能连接3 0 余个设备。 1 9 9 6 年，v x i 联盟制订了v i s a ( v i r t u a ll n s t n u n e n t a t i o ns o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ) 标准，并以此作为v x i 模块生产厂家开发v x i 模块的驱动程序的底层函数集。 作为通用加标准，v i s a 具有与仪器硬件接口、具体计算机无关的特点，即不 同厂家生产的控制器只要按v p p 标准开发了v i s a ，都能调用同一个v i s a 应用 程序去控制仪器，而不像普通的加函数用户在使用不同控制器时必须修改应用 程序，给用户提供了很大方便【3 5 1 。n i ，泰克等公司都对其相应控制器开发了 v i s a ，深受广大用户欢迎。有了v i s a ，开发人员只需关注设备的编程命令库即 可。 3 3 1 封装示波器vis a 接口 以a g i l e n t 8 6 1 0 0 系列示波器为例，根据软件需求，定