[发明专利]适于数字通信终端底层协议栈的数据采集与仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字通信终端的数据采集与处理系统，特别涉及一种适于数字通信终端底层 协议栈的数据采集与仿真系统。

背景技术

随着软件无线电思想与技术的发展，现代数字通信系统中越来越多的使用通用数字信号 处理器(DSP)结合高速模/数(A/D)、数/模(D/A)转换器来进行通信体系模型中物理层(信号 的调制、解调)和媒体接入层(信道编、解码)的部分数据处理工作。近年来，数字信号处 理理论发展迅猛，数字信号处理器工作频率及处理能力不断提高，数字通信系统中越来越多 的工作能够通过DSP来完成，因而DSP本身的程序结构也越来越复杂。由于通信信号(尤 其是无线通信)本身具有很强的实时性、随机性特点，造成DSP的输入数据缺乏规律性，一 闪即逝，从而导致相应的处理程序出现了问题不好复现，而且问题难于追踪、捕捉，这就给 DSP的程序设计与调试带来了较大困难。

常见的嵌入式系统调试手段有JTAG仿真器调试、串口输出、通用输入输出端口(GPIO) 输出等几种。

JTAG仿真器可以连接硬件电路，通过JTAG协议直接访问芯片内部寄存器，从而达到 在线仿真的目的，可以设置断点调试程序。但是由于底层协议栈所处理的通信信号有很强的 实时性和随机性，程序一旦出现异常，使用JTAG仿真器不具备实时调试能力，无法捕捉连 续的信息，无法分析异常的前因后果，因而这种方式不适于底层协议栈调试。

串口输出是嵌入式系统远程调试最常用的一种方法，主要是因为串口是一种比较常用的 通信端口，协议简单，大多数设备都支持，另外在计算机上处理串口数据也很容易。调试时， 在目标程序中添加一些调试信息从串口输出，在计算机上通过接收到的串口数据可以比较容 易的分析目标程序的流程。但这种方法一个致命的弱点就是串口速率很低，最高只能达到 115200bit/s。而对于底层通信协议栈来说，从信道接收到的数据一般都有较高的数据率，一 般都达到几Mbit/s甚至更高，如果需要跟踪每个数据的处理流程，那么串口速率显然是不够 用的。

GPIO是另一种比较常见的嵌入式程序调试方法，程序通过设置几个GPIO引脚的状态， 来表示某种流程或者结果，通过示波器来观察GPIO的信号变化情况，从而得到程序的运行 状态。由于GPIO变化速率很快，因而这种方式能够跟踪高速信号，但其弱点是GPIO只能 以电平的高低来表示两种状态，即使使用多个GPIO端口也只能表示有限的状态。一些算法 的实现程序，调试时需要知道某一步计算结果的具体数值，这时候GPIO调试方式就无能为 力了。

常见的数据采集系统一般通过A/D转换器直接采集模拟信号。整个通信系统中有多个数 据采集切入点可选，可以对中频信号直接采样，也可以对基带信号采样，但这种采集方式， 采集系统需要直接连接到终端模拟信号通路上，很可能由于匹配等原因造成原信号的失真， 直接影响底层协议栈解调部分的正常运行。同时由于A/D转换器本身的差异，也不能保证采 集系统采集到的数据与DSP的输入数据完全一致，那么就不能保证对底层协议栈运行状况再 现时得到完全一致的数据流程。因而这种采集系统也不适合底层通信协议栈的调试。

发明内容

鉴于上述技术现状，本发明的目的是采用高速的数据采集系统，来收集底层协议栈的运 行信息，之后根据收集到的信息，在计算机上进行分析，以再现当时底层协议栈的运行状况， 方便查找问题。由此设计了适于数字通信终端底层协议栈的数据采集与仿真系统。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案是：一种适于数字通信终端底层协议栈的数据 采集与仿真系统，其特征在于：包括数字信号处理器、数据采集系统和计算机仿真系统，数 据采集系统包括FPGA和USB接口芯片以及与之对应的FPGA程序存储器和USB接口芯片 程序存储器，计算机仿真系统包括计算机以及运行于计算机之上的数据接收程序模块和系统 仿真程序模块，所述的数字信号处理器分别通过地址总线、数据总线连接到数据采集系统内 的FPGA上，FPGA的采集输出端连接到USB接口芯片的数据输入端口及写使能上，USB 接口芯片通过USB总线连接到计算机仿真系统的计算机上，计算机上运行的数据接收程序 模块与系统仿真程序模块连接。