（信号与信息处理专业论文）基于arm的手持式iptv多功能测试仪硬件设计.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 随着妒网络和应用的迅速发展，网络协议电视( r v ) 这一新的业务模式成 为各大运营商发展的重点。由于i f r v 网络设施、协议和业务的复杂性，运营商在 日常的网络开通、维护工作中面临许多新的挑战。因此必须要有一整套的监测方 案对州业务的运营网络和设备进行监测以及故障诊断，以增强网络设备的性 能、迅速提高和解决网络故障、优化网络性能从而改善和提高i v r v 用户体验质量。 本课题的基于a r m 架构的手持式i p t v 测试仪正好可以满足这种需求。其设 计方案在硬件架构上主要采用了a r m l l 处理器+ 现场可编程门阵列( f p g a ) 的结 构，在软件平台上采用了支持中文的w i n d o w sc e 操作系统。硬件电路主要包括 a r m 处理器模块电路、以太网模块电路、f p g a 模块电路、及外围模块电路等； 通过以太网模块对数据流进行采集，并按a r m 处理器的控制要求，在f p g a 模块 中对数据进行处理，并把测试结果送至a r m 处理器进行计算分析，把分析结果送 至显示模块中显示给用户。 本文主要阐述了手持式i y r v 测试仪的硬件电路设计。首先对i p l v 业务、测 试仪的测试指标，如r f c 4 4 4 5 与r f c 2 5 4 4 标准中的延迟、抖动、丢包率、背靠背 帧数等进行了说明：然后根据对i v l w 设备和网络生命周期各阶段测试需求的分 析，介绍了在整个网络中所需要的口t v 网络设备性能测试仪、i p t v 网络监测仪、 手持式刚测试仪；接下来根据功能需求分析，阐述了测试仪的整体设计方案， 重点介绍手持式i p t v 测试仪的硬件电路设计，对印制电路板的设计以及对其调试 作了说明，并以f l a s h 存储器为例，介绍了对其寄存器的配置以及对外部存储器 的编程与读写操作。最后，通过集成开发工具a d s 软件编辑、编译测试程序，把 编译好的测试程序导入集成在a d s 中的a x d 调试器中，通过对其进行断点调试、 单步执行、变量观察等调试手段，并分析调试结果。测试结果表明：所设计的电 路和所焊接的元器件均能够正确稳定的工作。 关键词：网络协议电视，测试仪，a r m 处理器，现场可编程门阵列 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi pn e t w o r ka n da p p l i c a t i o n ，职t va san e wb u s i n e s s m o d e lb e c o m e st h ef o c u so ft h em a j o ro p e r a t o r s b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo f 叮v n e t w o r kf a c i l i t y , p r o t o c o la n ds e r v i c e ，t h eo p e r a t o r sf a c e dw i t hm a n yn e wc h a l l e n g e si n t h en e t w o r ko p e n i n ga n dm a i n t e n a n c e s ot h eo p e r a t o r sm u s th a v eas u i to fs c h e m e st o m o n i t o rt h e 理t vn e t w o r ka n dd i a g n o s et h es t o p p a g e st oe n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo f e q u i p m e n t ，r e s o l v et h en e t w o r kf a u l t s ，a n do p t i m i z et h en e t w o r kt oi m p r o v et h eq o e t h et h e s i sh a n d h e l d 彤t e s t e r sb a s e do nt h ea r m j u s tm e e t st ot h en e e d t h e p r o p o s a la d o p t st h ea r m l lp r o c e s s o ra n df p g aa st h eh a r d w a r ea r c h i t e c t u r e ，a n dt h e w i n d o w sc ea st h eo p e r a t i n gs y s t e m t h eh a r d w a r ec i r c u i ti n c l u d e sa r m p r o c e s s o r m o d u l e ，e t h e l n e tm o d u l e ，f p g am o d u l ea n dp e r i p h e r a lc i r c u i tm o d u l e t h et e s t e r c o l l e c t st h ed a t as t r e a mw i t ht h ee t h e r n e tm o d u l ea n dh a n d l e st h ed a t ai nt h ef p g a m o d u l ea c c o r dt ot h ea r m p r o c e s s o rr e q u i r e m e n t s a n ds e n d st h er e s u l t st ot h ea r m ， t h e ns h o wt h ea n a l y s i sr e s u l t st ot h eu s e r s t h i sd i s s e r t a t i o ne x p o u n d st h ed e s i g n i n go fh a r d w a r ec i r c u i ti n t v t e s t e r f i r s t l y , t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h e 州s e r v i c e sa n dt h et e s ts t a n d a r d ，s u c ha st h er f c 4 4 4 5 a n dt h ed e l a y , j i t t e r , p a c k e tl o s sa n db a c k - t o - b a c ko ft h er f c 2 5 4 4 a c c o r dt ot h et e s t r e q u i r e m e n t so f 州e q u i p m e n ta n dl i f e c y c l eo fn e t w o r k ，t h ew h o l en e t w o r kn e e d s t vn e t w o r kd e v i c e sp e r f o r m a n c et e s t e r , t vn e t w o r km o n i t o rt e s t e ra n dh a n d h e l d i 矾t e s t e r t h e no nt h eb a s i so ff u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，t h ed i s s e r t a t i o nd e s i g n st h e o v e r a l ls c h e m eo ft h et e s t e r ，m a i n l yi n t r o d u c e dt h eh a r d w a r ec i r c u i td e s i g np r o p o s a la n d e x p l a i n st h ed e s i g na n dd e b u g g i n go fp r i n t e d c i r c u i tb o a r d a l s o ，t a k e st h ef l a s h f o r e x a m p l e ，t h ec o n f i g u r a t i o no fr e # s t e ra n dt h ep r o g r a m m i n g ，r e a d - w r i t eo p e r a t i o no f e x t e r n a lm e m o r yi si n t r o d u c e d a tt h ee n do ft h ed i s s e r t a t i o n ，i te d i t sa n dc o m p i l e st h e t e s tp r o g r a mb ym e a n so fi n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ta d s ，a n di m p o r t st h e p r o g r a mt ot h ea x dd e b u g g e ri nt h ea d s t h ed i s s e r t a t i o nu s e sd e b u g g i n g t o o ls u c ha s t h eb r e a k p o i n td e b u g g i n g , s i n g l es t e pa n dt o g g l ew a t c h t h ed e b u g g i n gr e s u l t ss h o w s ： t h ed e s i g n e dc i r c u i ta n dt h ew e l dc o m p o n e n t sw o r kc o r r e c t l ya n ds t e a d y k e yw o r d s ：i p t e s t e r , a r mp r o c e s s o r f p g a n 重庆邮电大学硕士论文 插图清单 插图清单 第二章 图2 1i p t v 体系架构图4 图2 2t m s 3 2 0 d m 3 6 5 外围结构图。5 第三章 图3 1 整体设计方案图。9 图3 2 系统硬件总体框图1 0 图3 3i p t v 测试仪软件系统构架框图1 4 图3 4 嵌入式系统体系结构框架框图1 5 第四章 图4 1a r m 外围结构框图1 8 图4 2 时钟电路图1 9 图4 3j t a g 接口电路2 0 图4 4 复位电路2 1 图4 5u s b 结构图。2 1 图4 6 串口电路图2 2 图4 7d d r 与处理器的接口连接图2 4 图4 8k 4 x s l l 6 3 p e 与$ 3 c 6 4 1 0 的连接电路2 4 图4 。9f l a s h 接口电路2 6 图4 1 0 网卡接口结构图2 6 图4 1 1p h y 与m a c 的连接图2 9 图4 1 2 千兆以太网m a c 芯片数据处理流程图2 9 图4 1 3m a c 器件外围电路框图。3 0 图4 1 4 光口的结构图。3 1 图4 1 5f p ( ；a 外围电路框图。3 2 图4 1 6f l a s h 与f p g a 的连接图3 3 图4 1 7m a c 模块与f p g a 模块接口电路架构图3 5 图4 1 8f p g a 内部功能结构3 6 图4 1 9 处理流程3 6 图4 2 0 数据分析模块。3 7 图4 2 1 数据统计模块。3 7 图4 2 2 流量生成器3 8 v 重庆邮电大学硕士论文插图清单 图4 2 3p o s p h yl e v e l3 接口模块3 8 图4 2 4a r m 接口图3 8 图4 2 5m a c 器件与a r m 连接电路框图3 9 图4 2 6f p g a 模块与a r m 处理器模块电路连接框图4 0 图4 2 7l c d 与a r m 处理器接口电路框图4 2 图4 2 8 电源模块电路4 4 图4 2 9 板层结构图4 6 第五章 图5 1 调试流程。4 7 图5 2n a n df l a s h 控制器框图4 8 图5 3 读流程图5 1 图5 4 编程流程图5 1 图5 5 擦除流程图5 2 图5 6f l a s h 的操作流程5 3 图5 7 工程文件5 4 图5 8 调试窗口图5 5 v i 重庆邮电大学硕士论文附表清单 附表清单 第四章 表4 1 $ 3 c 6 4 1 0 电源输入引脚。1 9 表4 2j t a g 接口定义2 0 表4 3 管脚说明2 2 表4 4p o r t o 的管脚说明2 3 表4 5p o r t l 的管脚说明2 3 表4 6k 9 f 1 g 1 6 u o m 的管脚定义2 5 表4 7 器件的引脚配置位映射2 7 表4 8 a n e g 3 ：0 配置2 7 表4 9g m l i 管脚说明2 8 表4 1 0 连接到光收发器的串行接口说明3 1 表4 1 1p o s p h yl e v e l3 信号管脚说明。3 3 表4 1 2m c u 管脚说明。3 9 表4 1 3a r m 处理器与f p g a 模块连接信号说明4 0 表4 1 4 ，兀丌l c d 显示接口4 1 表4 1 5i = n 弭3 0 w q f o c 信号管脚说明4 2 表4 1 6d s 2 7 8 4 的管脚信号说明4 3 第五章 表5 1 配置寄存器4 9 表5 2f l a s h 设备的特定命令5 0 v n 重庆邮电大学硕士论文 缩略词 英文缩写 i 唧 a d s l q o e q o s s t b s l a d f m u t m d i f p g a m f c d m a m m u r t c d d r j ，i = a g 脚 u 蕊 e b i l c d t s p 中文译文 网络协议电视 非对称数字用户线 体验质量 服务质量 机顶盒 服务质量等级 延迟因素 媒体丢包速率 媒体传输质量指标 现场可编程门阵列 多格式视频解码器 直接存储器访问 内存管理单元 实时时钟 双倍数据速率 联合测试行动小组 测试访问端口 通用异步收发器 外部总线接口 液晶显示器 触摸屏 缩略词 v m 英文全称 i n t e m e tp r o t o c o lt e l e v i s i o n a s y m m e t r i cd i 【g i t a ls u b s c r i b e rl i n e q u a l i t y o fe x p e r i e n c e q u a l i t yo fs e r v i c e s e t t o pb o x s e r v i c e - l e v e la g r e e m e n t d e l a yf a c t o r m e d i al o s sr a t e m e d i a d e l i v e r yi n d e x f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y m u l t i f o r m a tv i d e oc o d e c d i r e c tm e m o r ya c c e s s m e m o r ym a n a g e m e n tu n i t r e a l t i m ec l o c k d o u b l ed a t a r a t e j o i n tt e s ta c t i o ng r o u p t b s ta c c e s sp 0 r t u n i v e r s a la s y n c h r o n o u s r e c e i v e r t r a n s m i t t e r e x t e r n a lb u si n t e r f a c e l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y t o u c hs c r e e np a n e l 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 本章主要介绍论文的课题来源及背景，研究的意义，论文的主要工作，以及 论文结构。 1 1 课题来源及背景 本论文的研究课题属于校企合作的产品开发项目，研究的主要对象是对唧 业务进行性能测试，测试网络层指标、视频流指标以及测试流量生成等功能。研 究课题主要属于工程应用性的研究。 自上世纪9 0 年代中期互联网登陆中国以来，其服务在中国获得了飞速的发展， 用户数量呈几何式增长，随着互联网技术与应用环境的改变，基于互联网的多媒 体服务也日益普及，网络游戏和在线影视点播等收费节目如火如荼，中国的p ， 服务此时也应运而生。口t v 将会是一场革命，它将电视和互联网的优势最大限度 地结合在一起，使人们的生活方式更加丰富多彩。 1 2 课题研究意义 随着口网络和应用的迅速发展，i f r v 这一新的业务模式成为各大运营商发展 的重点。口业务最重要的特征是视、音频内容的交互性和个性化，它利用非对 称数字用户环路( a s y m m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ，a d s l ) 、以太网或者广电 的有线电视网络等宽带接入网，通过口协议传送电视信号，以电视或电脑作为主 要终端，将来还包括3 g 手机，提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。通过 哪，我们可以实现视频点播、视频直播、上网浏览等丰富的业务形式。由于唧 网络设施、协议和业务的复杂性，运营商在日常的网络开通、维护工作中面i 临许 多新的挑战，保障良好的用户体验质量( q u a l i t yo fe x p e r i e n c e ，q o e ) 是i i y 业 务得以成功发展和推广的关键。由此i f f v 测试仪应运而生，i p t v 测试仪在 设备和网络生命周期的各个阶段统筹、有效地对口t v 服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 和q o e 的各项指标进行测量，不断增强网络设备的性能、迅速提 高和解决网络故障、优化网络性能从而改善和提高删用户体验质量i l j 。 本课题研究的测试仪能够利用r f ( = 2 5 4 4 和r f c 4 4 4 5 标准对网络进行测试，包 括网络吞吐量( t h r o u g h p u t ) 、时延( l a t e n c y ) 、丢包率( f r a m el o s sr a t e ) 、背 靠背帧数( b a c k t o b a c kf r a m e s ) 、系统恢复时间( s y s t e mr e c o v e r y ) 、v l a n 统 计等。通过测试这些数据，网络管理部门可以随时了解网络状况，及时排查网络 中出现的故障。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 手持式州测试仪特别适合于电信r r 运营商的传输运维部或基础网络部使 用，进行网络的业务日常维护、故障诊断和业务开通测试。手持式i f r v 测试仪具 有技术先进和功能完备的优势，可以预见其经济效益将十分可观，有很高的应用 价值和广阔的市场前景。 1 3 论文主要工作 本论文的设计任务是“手持式r v 测试仪”项目中的硬件电路设计，元器件 寄存器的配置以及相关调试。 硬件电路设计包括原理图设计与印制电路板设计两部分，相关工作主要是根 据测试仪系统功能需求选用合适的元器件，阅读相关芯片手册，熟悉元器件，设 计电路原理图。印制电路板布线时需要熟悉高频布线规则规范，尽可能减少电磁 干扰，使系统稳定工作。通过分析考虑后，操作系统选用符合人们日常使用习惯 的w i n d o w s c e 嵌入式操作系统。在最后调试时，通过运行一些测试程序，调试电 路板上每个元器件工作是否正常，如果不能正常工作，分析其原因并解决。 1 4 论文结构 本论文是以手持式州测试仪中硬件部分的设计为主要研究内容，设计了功 能实现的处理流程并进行了模块框图的实现论述。整个论文共分为以下几章： 第一章绪论，介绍了论文课题的来源、研究背景、意义、论文的主要工作以 及论文结构。 第二章首先对r v 业务进行概述，并介绍口t v 的特点及发展。其次，介 绍了彤r v 测试仪，以及l p t v 测试仪应具备的指标测试功能。 第三章介绍手持式口t v 测试仪系统的整体设计方案，包括硬件电路整体设 计，核心元器件选型以及软件架构设计和操作系统的选择。 第四章详细地对手持式口t v 测试仪的硬件电路进行设计，包括a r m 处理 器模块设计、以太网功能模块设计、f p g a 外围模块电路的设计、外围模块电路的 设计、以及印制电路板的设计等。 第五章主要介绍对测试仪的电路调试以及寄存器的配置。 第六章结论与展望，对本文的工作进行了总结，并提出了改进方案。 2 重庆邮电大学硕士论文第二章i p l v 业务概述及测试仪指标 第二章ip t v 业务概述及测试仪指标 本章首先对旷r v 进行概述，介绍其特点及发展。其次，介绍了彤r v 测试仪， 以及刚测试仪应具备的功能指标。 2 1 ip t v 业务概述 2 1 1ip t v 概述及特点 刚( i n t e r a c tp r o t o c o lt e l e v i s i o n ) 网络协议电视，是宽频电视( b r o a d b a n dt v ) 的一种，也可称为交互式网络电视，是一种利用p 宽带网络，集互联网，多媒体， 通信等多种技术于一体的交互式宽带网络数字电视，为用户提供包括直播电视、 视频点播、上网浏览等多种交互式服务的崭新的通信新业务。它能够很好的适应 当前网络飞速发展的形势，充分有效地利用网络资源。用户只需要在普通电话线 上申请宽带接入，通过一台调制解调器、一台掣r v 专用的数字机顶盒( s e t t o p b o x ， s t b ) 加一台电视机或者个人电脑，即可使用i p t v 交互式业务。 唧主要的特点： 1 ) 高清晰度。胛v 借助先进高效的视频压缩技术( m p e g 4 、h 2 6 4 等) 为用 户提供接近d v d 质量的数字媒体信息服务，将来还可以升级到高清电视。 2 ) 自由选择。享受各宽带i p 网站提供的视频节目服务。 3 ) 交互性。州采用的播放平台，能根据用户的选择配置多种多媒体服务 功能，包括数字电视节目，可视i p 电话，d v d n c d 播放，互联网浏览， 电子邮件，以及多种在线信息咨询、娱乐、教育、商务等功能。实现媒 体业务提供者和媒体消费者的实质性互动。 4 ) 技术成熟。目前通信事业正在迅猛地发展，用户对信息服务的要求越来 越高，技术发展已经成熟，特别是宽带视频信息技术，已经基本具备了 大力发展i p t v 技术和市场的条件。 口t v 能提供点播、广播、直播、视频通信、短信、彩信、信息服务、游戏等 业务。刚充分有效地利用网络资源，它既不同于传统的模拟有线电视，也不同 于经典的数字电视。传统和经典的数字电视都具有频分制、定时、单向广播等特 点；尽管经典的数字电视相对于模拟电视有许多技术革新，但只是信号形式的改 变，而没有触及媒体内容的传播方式，所以口t v 能够很好地适应当今网络飞速发 展的趋势l l j i 引。 3 重庆邮电大学硕士论文第二章i p l v 业务概述及测试仪指标 2 1 2ip t v 体系架构 按照视频头端到用户接收终端的业务流程划分，i p l w 系统平台总体结构包括 后台支撑层、业务平台层、网络承载层和接入层。架构图如图2 1 所示。 一圈日圈| l 国国圆倒d 倒l 霍器国圈圈； 圆圈dd 倒i ：l 流媒体服务管理 1l i e b 、s o c k e t 等服务 l l皇三! 璺兰! 竺! i l 二二二玉亚巫耍二二 i i - - - ，- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - j ： ：la d s l 按入l l a n 接入lie p o n 接入|fw l a n 接入l ：( 网络承载层 ) i - _ - - - - - - _ - - - _ - - 一_ - _ - - - - - - 。_ - - - - 一- - - - - - - - - - - - - - - - - - 一i _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - _ 一 i - _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一， i 巫田 p c i 二互 lc 至亘 后台支撑层：该层是运营商的业务管理和控制的核心平台，位于用户的数据 网络承载层：主要基于宽带网络的平台建设，为i f r v 业务提供承载网络，主 要包括骨干网、城域网和各种宽带接入方式，如a d s l 接入、l a n 接入、p o n 接 接入层：目前i f r v 系统支持的业务的终端形式包括电视+ 机项盒、个人电脑 和3 g 手机三种形式，随着3 g 网络的大规模建设和使用习惯的养成，通过3 g 手 机观看州的用户数将会大大增加，成为推广唧业务的一大动力【2 1 。 a r m 9 2 6 e j s 内核、h 2 6 4 处理器、m p e g - 4 处理器，多格式、多速率高清视频支 持h 2 6 4 、m p e g - 4 、m j p e g 以及v c 1 等编解码器，可实现高度的视频灵活性， 4 重庆邮电大学硕士论文第二章彤业务概述及测试仪指标 并确保与传统视频解码器的高度互操作性。a r m 9 2 6 e j s 内核可实现高达3 0 0 m h z 速率，同时可将视频编解码任务交由集成高清视频加速器来执行，从而显著优化 系统性能【3 l 。其外围模块结构如图2 2 所示。 图2 21 m s 3 2 0 d m 3 6 5 外围结构图 2 2ip t v 测试仪介绍 2 2 1ip t v 测试仪 由于州网络设施、协议和业务的复杂性，运营商在日常的网络开通、维护 工作中面临许多新的挑战，保障良好的用户体验质量是州业务得以成功发展和 推广的关键。因此i f f v 测试仪就应运而生了，i i r r v 测试仪在i p t v 设备和网络生 命周期的各个阶段统筹、有效地对i p t vq o s 和o o e 的各项指标进行测量，不断 增强网络设备的性能、迅速提高和解决网络故障、优化网络性能从而改善和提高 刚用户体验质量。手持式i p t v 测试仪应用在州网络中最后一公里的维护， 在i f y v 业务开通前对i p 承载网进行端到端的q o s 性能测试，验证i p 承载网性能 是否能达到彤业务的要求。在蜊网络的运行、维护阶段可根据用户的投诉， 携带手持式测试仪到用户的家庭网络中进行故障排查【4 j 。 根据玎阻 v 设备和网络生命周期各阶段的测试需求分析，可将口t v 测试工具 分为三大类：网络设备性能测试仪、网络监测仪表、手持式m ，测试 仪。 口在彤网络设备研发和系统集成阶段 i p l v 网络设备性能测试仪的作用是：第一，对w i n 网络进行o o s 性能测试， 如吞吐率、丢包和时延等。第二，模拟真实三重播放流量，验证彤r v 设备的q o e 指标，如媒体传输质量指标( m e d i ad e l i v e r yi n d e x ，m d i ) 和频道切换性能。第三， 对网络性能高可靠性测试。 刚网络监测仪表的作用是：第一，同唧网络设备性能测试仪配合使用， 5 重庆邮电大学硕士论文第二章口业务概述及测试仪指标 对它和网络设备之间的流量进行监测，验证q o e 指标和进行故障诊断。第二，对 l p l v 网络设备之间的信令协议进行监测，诊断设备间的协议互操作性问题。 口删网络安装、开通阶段 r v 网络设备性能测试仪的作用是：在网络开通前，模拟大规模的i p t v 用 户流量，对网络进行性能验证。 i p t 、，网络监测仪表的作用是：第一，对州网络设备之间的信令协议进行 监测，诊断设备间的协议互操作性问题。第二，在刚网络的各关键节点和网段 进行q o e 指标监测，验证其性能是否达到网络设计目标。第三，生成胛vq o e 基准报告，供将来参考比较。 手持式m t v 测试仪的作用是：第一，在i p t v 开通前，对州承载网进行 端到端的q o s 性能测试，验证口承载网性能是否能达到彤业务要求。第二， 在新申请i f f v 业务的用户家庭网络中进行安装、开通测试。 口i f i v 网络运行、维护阶段 i p t v 网络监测仪表的作用是：第一，对刚网络的q o e 指标进行长期监测， 以保证一定的服务质量等级( s e r v i c e l e v e la g r e e m e n t ，s e a ) 。第二，对口t v 网 络的用户体验投诉问题进行故障定位。第三，对州网络的q o e 性能进行优化 和容量规划【5 】。 手持式州测试仪的作用是：当接到州用户投诉时，若在运营商网络中 无法确定问题根源，则需携带手持式仪表到用户的家庭网络中进行故障查找。 2 2 2ip t v 测试仪功能指标 i p t v 测试仪功能指标不但要满足相关网络设备测试标准要求，还要考虑到手 持式设备的应具特征。 本课题中主要的网络测试标准是r f c 4 4 4 5 ( b e n c h m a r k i n gt e r m i n o l o g yf o r n e t w o r ki n t e r c o n n e c t i o nd e v i c e s ) 、r f c 2 5 4 4 ( b e n c h m a r k i n gm e t h o d o l o g yf o rn e t w o r k i n t e r c o n n e c td e v i c e s ) 等【6 】【7 l 。 i p t v 测试仪具备的测试功能主要包括： 基本网络测试指标介绍 1 ) 吞吐量( t h r o u g h p u t ) 测试路由器包转发的能力。通常指路由器在不丢包条件下每秒转发包的极限。 一般可以采用二分发查找该极限点。 约时延和抖动( d e l a ya n d j i t t e r ) 在测试中，时延是指测试仪发送测试包和与接收测试包的时间的差值。当音 6 重庆邮电大学硕士论文第二章i p t v 业务概述及测试仪指标 频和视频口包离开发送端时，按照规则的间隔均匀的排列。在通过网络之后，这 一均匀的间隔因不同的时延大小而遭到破坏，从而产生抖动。抖动会导致目标终 端上音频和视频流的不连贯性。测试时，在发送的口包中加上发送时间戳，在接 收时提取口包中的时间戳，同时记录接收时间，接收和发送的时间的差值即统计 时延。 3 ) 丢包率 丢包对视频播放质量有直接的影响，发生口数据包丢失可能基于多个原因一 带宽限制、网络拥塞、链路故障以及传输错误。数据包丢失通常代表了一种突发 式行为，经常与网络拥塞时段相关联。 媒体传输指标( m e d i ad e l i v e r yi n d e x ，m d i ) 对口视频流的传输质量用r f c4 4 4 5m d i 标识。m d i 包括了两个参数：d f 和m l r 1 ) d e l a yf a c t o r ( 延迟因素，简称d f ) d f 是一个时间值，单位是毫秒( m s ) ，表明被测试视频流的延迟和抖动状况， 它表示缓冲器必须包含多少毫秒的数据才能消除抖动。延迟因素可反映视频是否 会出现图像失真，从而在一定层面获得用户体验质量。延迟因素还可确定每个网 元在视频流传输路径中的影响。通过比较流入设备的d f 与流出设备的d f ，可确 定该设备是否注入过多的抖动以至于影响视频传输。d f 将视频流抖动的变化换算 为对视频传输和解码设备缓冲的需求。被测视频流抖动越大，d f 值越大。当网络 设备和解码器的缓冲区容纳的视频内容时间不小于被测视频流d f 读数时，将不会 出现视频播放质量的下降。因为网络节点需要分配不小于d f 值的缓冲用于平滑视 频流抖动，所以d f 的最大值为视频内容通过该网络节点的最小延迟。 笳m e d i al o s sr a t e ( 媒体丢包速率，简称m l r ) 媒体丢包速率可以简单定义为每秒钟丢失( 或非正常) 的媒体数据包的数量。 对非正常数据包的检测非常重要，因为许多设备往往不对接收到的数据包重新排 序，而直接将其发送到解码器。任何数据包丢失都会对视频质量带来不利影响， 并造成视觉失真或异常，以及不均匀的视频回放。 该数值表明被测试视频流的传输丢包速率。由于视频信息的封包丢失将直接 影响视频播放质量，理想的i p 视频流传输要求m l r 数值为零。因为具体的视频 播放设备对丢包可以通过视频解码中进行补偿或者丢包重传，在实际测试中m l r 的阈值可以相应调整【6 】【7 】。 3 _ ) m d i 在刚网络监测中的作用 m d i 可用于定位和表征对媒体质量和用户的体验质量造成不利影响的网络故 障。如果在传输网络的中间点跟踪m d i ，则d f 和m l r 要素在连续网络元素之间 7 重庆邮电大学硕士论文第二章i p t v 业务概述及测试仪指标 的差值可以帮助迅速隔离潜在的问题或已经存在的损坏。如果在口t v 数据流路径 中前一跳( h o p ) 的m l r 为零，而经过某路由器后引入了个较大的m l r ，这就 明显表明该路由器中存在性能问题，例如缓冲器上溢或数据包遭到破坏。同样， 如果延迟系数d f 在两个连续跳跃( h o p ) 中的变化非常明显，表示由于数据包拥 塞而造成较长的队列延迟，这种情况还可预警即将发生的数据包丢失1 6 1 1 7 】。 根据对现有厂商同类产品调研，以及运营商要求，手持式i y f v 测试仪还需具 有如下特征： 1 ) 人机交互 触摸屏和按键两种操作模式。彩色触摸屏显示，图形化用户界面( 中文界面) 友好直观，以及中文联机帮助，一键测试等。 2 ) 数据存储 足够的存储空间保存测试结果和测试配置，能将结果输出到外接存储设备， 支持u 盘或c f 存储卡。还需具有实时写盘功能，掉电后自动保存相关数据和设 置。 3 ) 外设接1 ：3 1 0 1 0 0 1 0 0 0 m 自适应l u 4 5 电口，1 0 0 0 m 光接口，电源接口等。 4 ) 电源管理 通过内部锂电池或外部适配器供电，锂电池可拆卸，可充电。电池使用时间 满足正常工作5 1 0 个小时。还需具有电源状态指示( 电池电量、电池电量低告 警等) ，休眠功能( 时间、方式可配置) 等。 8 重庆邮电大学硕士论文 第三章测试仪整体方案设计 第三章测试仪整体方案设计 本章介绍了i f f v 测试仪整体设计，主要为测试仪系统硬件电路整体设计，详 细介绍了核心器件的选型及特点，软件整体设计介绍了嵌入式软件操作系统的特 点及选型，以及测试仪的软件构架。 3 1 测试仪整体设计 本课题设计的测试仪主要是实现通信网络物理层、数据链路层、网络层的功 能测试。整个系统分为硬件部分和软件部分，硬件部分主要实现以太网帧的解包 与组装、口数据包的解析以及地址过滤等功能，软件部分主要实现系统控制、数 据的统计分析、异常处理、参数配置、日志记录、存储操作、图形显示等功能。 整体设计方案框图如图3 1 所示。 厂、厂、 ， 红 。 。 i 刀入、 a 础处理器 图形显示 叫 广 物理 层模 八m a c 芯么、 块 疑 il 弋夕 操作 应用程序 系统 1 入、 f i 疆；a 模块 订 i 电源模块外围电路存储模块 初始化程序 ， ， 图3 1 整体设计方案图 3 2 系统硬件电路整体设计 唧测试仪系统硬件电路包括主控a r m 模块、接口模块、f p g a 高速流量 生成模块、以及人机交互外围模块等。 3 2 1 硬件电路系统设计 a r m 嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统构成， 是集软硬一体的可独立工作的系统。在本课题设计中，硬件系统架构部分主要包 9 重庆邮电大学硕士论文第三章测试仪整体方案设计 括线路测试、物理层模块、m a c 层模块、f p g a 模块、微处理器模块、存储模块、 外围电路、电源模块。主要完成的任务是以太网帧的识别、解析和过滤，对口数 据包的解析和过滤、流量生成、图形显示、通信、供电等功能。系统硬件总体框 图如图3 2 所示： # 剖a d s l 模块 1 八、 n y 一 八 a r m 处理器 待 v 。 测 彳 ，1 光红卜光收发 m a c 芯片 i 模块 弋夕 线 物 i 路 彳八 理 铜缆 层 1卜、 卜 f p g a 模块 模 、广、 n 块 j ， 图3 2 系统硬件总体框图 a r m 处理器模块部分是其中一个重要的组成部分，在系统中a r m 处理器主要 负责系统控制部分，其硬件体系结构灵活、接口丰富。核心包括嵌入式a r mc p u 及必需的d d rr a m 和f l a s h 等器件，通过表贴封装的双排插针将各信号线及控制 线引出。这样，只需要设计不同的扩展板即可实现不同的系统功能，节约了开发 成本并提高了平台的灵活性【9 1 。 a r m 硬件一般是在最小系统上按需求定制扩展其功能，设计的核心是面向产 品需求定制的最优系统。在a r m 硬件结构设计时，采用新型的和适合应用场合的 a r m 可极大提高系统的程序执行效率，缩短系统的反应时间，满足实时性的要求： 采用低功耗器件和贴片封装元器件，可以有效地降低功耗，减小p c b 面积，提高 电路本身的抗干扰性能，从而提高系统的稳定性和可靠性；采用通用型平台硬件 电路设计，可以根据需要增删部件而生产不同型号的产品，这样的设计思路可以 大大地减少开发成本和开发周期，如果推向市场将极大的提高产品的市场竞争力； 在硬件电路的设计中将富于的端口都做成插座形式的接口电路，有利于产品功能 的扩展和改进，在产品升级和系统维护调试方面极大地方便了开发人员和维护人 员的工作【8 】【1 0 1 。 m a c 模块的强大的统计功能实现m a c 层的管理。m a c 层的统计在发送方向 上和接收方向上为：收发的正确帧数、收发的b y t e 数、因内部收发错误丢失的 1 0 重庆邮电大学硕士论