CN111722832B - 一种卫星载荷数据模拟源测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种卫星载荷数据模拟源测试方法及装置,测试方法:接收测试指令,产生并发送伪随机数据模拟源;接收伪随机数据模拟源,实时产生比对模板,并与填充数据进行实时比对,判断填充数据是否有误码;对帧头信息和数据填充进行校验,产生校验填充的比对模板,将校验填充的比对模板与伪随机数据模拟源中的校验填充进行比较,判断整个数据帧是否有误码;针对帧头信息部分确定有误码或可能有误码的情况,缓存多个通道的帧头信息,根据虚拟信道标识对帧头信息进行分组排序后,再次判断帧头信息部分是否有误码,确定误码位置,获取误码相关信息。本发明能够实现数据的实时在线判读,不仅节省了测试系统的存储资源,还提高了固态存储器的测试效率。
Description
技术领域
本发明属于卫星载荷数据测试领域,具体涉及一种卫星载荷数据模拟源测试方法及装置。
背景技术
卫星在轨运行时,载荷数据存储于固态存储器中。目前,对这类数据的测试方法是将服务器中存储的数据模板通过固定速率发送给固态存储器,再将固态存储器回放的数据通过分批缓存的方式与原数据模板进行比对。然而,随着高分辨率对地观测卫星的发展和应用,卫星所需的存储空间以及传输速率不断增长。星载固态存储器的容量由Gb级增长至Tb级,输入输出数据的总带宽由几十Mbps增长至几十Gbps,导致依赖于数据缓存的测试方法对测试设备的性能要求越来越高,测试设备成本显著增加。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种卫星载荷数据模拟源测试方法及装置,本发明能够实现数据的实时在线判读,不仅节省了测试系统的存储资源,还提高了固态存储器的测试效率。
本发明采用的技术方案如下:
一种卫星载荷数据模拟源测试方法,包括如下步骤:
S1、接收测试指令,产生并发送伪随机数据模拟源;
S2、接收伪随机数据模拟源,同时实时产生伪随机数据模拟源的比对模板,将比对模板与伪随机数据模拟源中的填充数据进行实时比对,判断填充数据是否有误码;
S3、对接收到的伪随机数据模拟源中的帧头信息和数据填充进行校验,产生校验填充的比对模板,将校验填充的比对模板与伪随机数据模拟源中的校验填充进行比较,判断整个数据帧是否有误码;
S4、若S2的判断结果无误码,S3的判断结果无误码,则说明数据帧正确;
若S2的判断结果无误码,S3的判断结果有误码,则说明帧头信息部分有误码;
若S2的判断结果有误码,S3作为校验填充部分的判断,S3的判断结果一定有误码,则说明帧头信息可能有误码;
针对帧头信息部分确定有误码或可能有误码的情况,缓存多个通道的帧头信息,根据虚拟信道标识对帧头信息进行分组排序后,再次判断帧头信息部分是否有误码,确定误码位置,获取误码相关信息。
所述伪随机数据模拟源包括数据帧和同步字符;所述数据帧包括帧头信息、数据填充以及校验填充;所述帧头信息包括虚拟信道标识、实空帧标识和帧计数标识;不同传输通道的数据帧通过虚拟信道标识区分;所述的误码相关信息包括:误码数据、误码位置、误码所在虚拟信道标识以及正确数据。
S1中,所产生的伪随机数据模拟源为变速伪随机数据模拟源,变速伪随机数据模拟源的变速是通过随机产生数据模拟源中两个数据帧之间同步字符的个数实现的,实现过程包括:
根据速率遍历长度,确定m序列的参数n1,遍历长度为2n1-1;
将外部获取的可转换为n1位二进制数据一个随机数据作为m序列的初始值;
在第一个数据帧发送结束之前,使用m序列发生器产生第一个二进制序列,二进制序列转换为十进制数之后作为第一个数据帧后同步字符的个数,以此类推,经过2n1-1个数据帧后,同步字符个数开始下一次循环,变速伪随机数据模拟源的速率开始下一次循环;
所述m序列为最长线性移位寄存器序,m序列是由n1级线性移位寄存器产生的周期为2n1-1的码序列。
S1中,变速伪随机数据模拟源中伪随机数据的产生基于m序列,将当前序列的最低位0或1扩展成变速伪随机数据源位宽的全0或全1,作为变速伪随机数据源发送。
S2中,伪随机数据模拟源的比对模板生成过程包括:
接收伪随机数据模拟源,截取伪随机数据模拟源首个数据帧中填充数据的前n2个伪随机数据,每个伪随机数据为全0或全1;
取前n2个伪随机数据的单比特数据,组成n2位的m序列的初始值,将该初始值作为伪随机数据源的初始值;
以伪随机数据源的初始值为m序列发生器的输入,生成伪随机数据模拟源的比对模板。
本发明还提供了一种卫星载荷数据模拟源测试装置,包括:
数据模拟源产生控制器:用于接收测试指令,产生并发送伪随机数据模拟源;
数据在线判读控制器:用于实时产生伪随机数据模拟源的比对模板,将比对模板与伪随机数据模拟源中的填充数据进行实时比对,判断填充数据是否有误码;对接收到的伪随机数据模拟源中的帧头信息和数据填充进行校验,产生校验填充的比对模板,将校验填充的比对模板与伪随机数据模拟源中的校验填充进行比较,判断整个数据帧是否有误码;
缓存数据判读控制器:用于缓存多通道帧头信息,根据数据在线判读控制器的结果,产生是否判断帧头信息的指令,接收到帧头信息判断指令后,对缓存的多通道帧头信息进行分组排序后判断,再次判断帧头信息部分是否有误码,确定误码位置,获取误码相关信息;
其中数据在线判读控制器的结果包括:
若填充数据无误码,整个数据帧无误码,则说明数据帧正确;
若填充数据无误码,整个数据帧有误码,则说明帧头信息部分有误码;
若填充数据有误码,整个数据帧一定有误码,则说明帧头信息可能有误码。
数据模拟源产生控制器所产生的伪随机数据模拟源为变速伪随机数据模拟源,变速伪随机数据模拟源的变速是通过随机产生数据模拟源中两个数据帧之间同步字符的个数实现的,实现过程包括:
根据速率遍历长度,确定m序列的参数n1,遍历长度为2n1-1;
将外部获取的可转换为n1位二进制数据一个随机数据作为m序列的初始值;
在第一个数据帧发送结束之前,使用m序列发生器产生第一个二进制序列,二进制序列转换为十进制数之后作为第一个数据帧后同步字符的个数,以此类推,经过2n1-1个数据帧后,同步字符个数开始下一次循环,变速伪随机数据模拟源的速率开始下一次循环;
所述m序列为最长线性移位寄存器序,m序列是由n1级线性移位寄存器产生的周期为2n1-1的码序列。
数据在线判读控制器生成伪随机数据模拟源的比对模板的过程包括:
接收伪随机数据模拟源,截取伪随机数据模拟源首个数据帧中填充数据的前n2个伪随机数据,每个伪随机数据为全0或全1;
取前n2个伪随机数据的单比特数据,组成n2位的m序列的初始值,将该初始值作为伪随机数据源的初始值;
以伪随机数据源的初始值为m序列发生器的输入,生成伪随机数据模拟源的比对模板。
本发明具有如下有益效果:
本发明卫星载荷数据模拟源测试方法通过实时产生填充数据的比对模板,将比对模板与伪随机数据模拟源中的填充数据进行实时比对,判断填充数据是否有误码;对接收到的伪随机数据模拟源中的帧头信息和数据填充进行校验,产生校验填充的比对模板,将校验填充的比对模板与伪随机数据模拟源中的校验填充进行比较,判断整个数据帧是否有误码;因此本发明能够完成伪随机数据源填充数据和校验数据两部分的实时在线判断,打破了传统的数据落盘判断方式,不仅节省了测试系统的存储资源,还提高了固态存储器的测试效率,可取代误码率分析仪。在保证测试完备性、正确性的同时,测试设备的体积减小了2/3,测试设备的成本减少了90%。
进一步的,本发明所产生的伪随机数据模拟源为变速伪随机数据模拟源,能够支持速率的多样可调,更接近真实的测试环境,提高了测试覆盖性。解决了现有的固定速率数据源与真实应用环境中的数据输入方式相差甚远,导致固态存储器单机测试时测试覆盖性不全的问题。
附图说明
图1为本发明伪随机数据的产生过程示意图;
图2为本发明实施例中255序列PN码产生的记录速率变化;
图3为本发明伪随机数据的判读方法;
图4为本发明卫星载荷数据模拟源测试装置;
图5为本发明卫星载荷数据模拟源测试系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
本发明卫星载荷数据模拟源测试方法,包括如下步骤:
S1、接收测试指令,产生并发送伪随机数据模拟源;
其中,伪随机数据模拟源包括数据帧和同步字符;所述数据帧包括帧头信息、数据填充以及校验填充;所述帧头信息包括虚拟信道标识、实空帧标识和帧计数标识;不同传输通道的数据帧通过虚拟信道标识区分;误码数据、误码位置、误码所在虚拟信道标识以及正确数据;
所产生的伪随机数据模拟源为变速伪随机数据模拟源,变速伪随机数据模拟源的变速是通过随机产生数据模拟源中两个数据帧之间同步字符的个数实现的,参照图1,实现过程包括:
根据速率遍历长度,确定m序列的参数n1,遍历长度为2n1-1;
将外部获取的可转换为n1位二进制数据一个随机数据作为m序列的初始值;
在第一个数据帧发送结束之前,使用m序列发生器产生第一个二进制序列,二进制序列转换为十进制数之后作为第一个数据帧后同步字符的个数,以此类推,经过2n1-1个数据帧后,同步字符个数开始下一次循环,变速伪随机数据模拟源的速率开始下一次循环;
所述m序列为最长线性移位寄存器序,m序列是由n1级线性移位寄存器产生的周期为2n1-1的码序列;
变速伪随机数据模拟源中伪随机数据的产生基于m序列,将当前序列的最低位0或1扩展成变速伪随机数据源位宽的全0或全1,作为变速伪随机数据源发送;
S2、接收伪随机数据模拟源,同时实时产生伪随机数据模拟源的比对模板,将比对模板与伪随机数据模拟源中的填充数据进行实时比对,判断填充数据是否有误码;
其中,参照图3,伪随机数据模拟源的比对模板生成过程包括:
接收伪随机数据模拟源,截取伪随机数据模拟源首个数据帧中填充数据的前n2个伪随机数据,每个伪随机数据为全0或全1;
取前n2个伪随机数据的单比特数据,组成n2位的m序列的初始值,将该初始值作为伪随机数据源的初始值;
以伪随机数据源的初始值为m序列发生器的输入,生成伪随机数据模拟源的比对模板;
S3、对接收到的伪随机数据模拟源中的帧头信息和数据填充进行校验,产生校验填充的比对模板,将校验填充的比对模板与伪随机数据模拟源中的校验填充进行比较,判断整个数据帧是否有误码;
S4、若S2的判断结果无误码,S3的判断结果无误码,则说明数据帧正确;
若S2的判断结果无误码,S3的判断结果有误码,则说明帧头信息部分有误码;
若S2的判断结果有误码,S3作为校验填充部分的判断,S3的判断结果一定有误码,则说明帧头信息可能有误码;
针对帧头信息部分确定有误码或可能有误码的情况,缓存多个通道的帧头信息,根据虚拟信道标识对帧头信息进行分组排序后,再次判断帧头信息部分是否有误码,确定误码位置,获取误码相关信息。
下面对本发明的内容进行更详细的介绍。
伪随机数据模拟源是由数据帧和同步字符共同组成:数据帧为存储于固态存储器中的有效数据数据帧中填充数据的码型就是固态存储器的记录数据码型;同步字符用于保证传输链路的同步,同步字符的个数决定了伪随机数据模拟源的速率,伪随机数据模拟源的速率是固态存储器的记录速率。因此,码型和速率作为伪随机数据模拟源的关键特性对测试效率的提高起着至关重要的作用。经过实际测试验证,变速伪随机数据模拟源是一种较为严苛的测试手段。
本发明中,伪随机数据模拟源的产生选择最常用的最长线形反馈移位寄存器序列,也称作m序列码,它是由n1位移位寄存器加异或反馈网络组成,其序列长度为M=2n1-1。以此为依据,伪随机码型数据模拟源的产生方法如图1所示。
1)将外部获取的随机数据作为m序列码的初始值,称为种子1,其位宽为n1;
2)根据步骤1)的参数n1,确定反馈函数;
3)根据步骤1)的种子1和步骤2)的反馈函数得出第一个序列;
4)将步骤3)产生的序列的最低位0或1扩展成变速伪随机数据模拟源位宽的全0或全1,发送给固态存储器;
5)根据步骤3)产生的第一个序列和步骤2)的反馈函数得出第二个序列,采用步骤4)的方法生成伪随机数据模拟源发送,以此类推,直到2n1-1个序列产生完毕后,返回步骤3),再次循环。
数据源中同步字符个数的多少决定了记录速率的快慢,假设数据帧长为p Byte,同步字符为q Byte,则单通道固态存储器记录速率为该通道满速率的:
由上式可以看出,通过改变分母中参数q的值,即可改变发送数据的速率。当q为随机数时,同步字符个数随机。同步字个数采用m序列生成,假设2n1-1中n1=8,那么就可以产生28-1=255个8位的二进制序列,将二进制序列转换为十进制数q(1),q(2)……q(255)之后代入上面公式可产生变速伪随机数据模拟源。具体实现方法为:
1)选取m序列的参数,即n1的值。若n=8,则反馈函数可表示为:
2)第一个数据帧结束之前生成第一个数据帧的同步字符的个数q(1),并填充q(1)个同步字符;第二个数据帧结束之前生成第二个数据帧的同步字符个数q(2),并填充q(2)个同步字符;以此类推,经过255个数据帧之后,同步字符的个数开始下一次循环。
对速率模型进行仿真,假设数据帧长p为448,单通道慢速率为1.6Gbps,可得出速率分布如图2所示,横轴为m序列发生器的动作次数,纵轴为伪随机数据模拟源的速率单位Gbit/s,可以看出速率的分布无规律,具有与白噪声相似的伪随机特性。
变速伪随机数据模拟源经固态存储器存储后回放,需要对回放数据进行判断,即对伪随机数据模拟源进行实时判断,过程参照图3,包括如下步骤:
1)接收固态存储器回放出的伪随机数据模拟源,截取伪随机数据模拟源首个数据帧中填充数据的前n2个伪随机数据,取前n2个伪随机数据的单比特数据,组成n2位的m序列的初始值,称为种子2;
2)根据步骤1)得出的种子2和反馈函数得出当前序列;
3)将步骤2)的序列最低位扩展成已知位数的全0或全0;
4)将步骤3)的结果作为填充数据的比对模板与伪随机数据模拟源中的填充数据进行实时比对,判断填充数据是否有误码;本发明能够为固态存储器提供变速伪随机数据模拟源,可模拟真实的测试环境;对固态存储器回放的伪随机数据源进行实时判断;针对数据帧中帧头信息进行缓存后判断,完善了数据帧的判读机制。
伪随机数据模拟源的数据帧由三部分组成,如表1所示。第一部分是由虚拟信道标识、实空帧标识和帧计数标识组成的帧头信息(标识为A),数据量约占数据帧的1.8%;第二部分是由伪随机数组成的数据填充(标识为B),数据量约占整帧数据的98%;第三部分为校验填充,采用的CRC校验(标识为C),数据量约占整帧数据的0.2%。传统的针对回放速率为Mbps级别的固态存储器的测试,是通过数据采集卡将所有数据回传至PC机后对其进行误码判断,数据的接收和判断为分时处理,测试效率低。使用的数据采集卡最大采集频率是50MHz,数据位宽为32bit,满足Mbps级别的回放速率的要求,但不满足回放速率几十Gbps的固态存储器的测试需求。因此,针对现有的测试设备,本发明采用非落盘的方式,实现了伪随机数据模拟源的实时判读。
本发明卫星载荷数据模拟源测试方法如下:
1)接受伪随机数据模拟源,针对B部分数据,实时产生比对模板,判断B部分数据是否有误码,若有误码,则将误码相关信息回传至测试计算机;
2)对接收到的A部分数据和B部分数据进行CRC校验,实时产生校验填充的比对模板,判断C部分数据是否有误码;
3)若C部分数据有错,则对多个通道的A部分数据进行缓存,根据虚拟信道标识对多通道的A部分数据进行分组排序,判断A部分数据是否有误码,并将误码相关信息回传至测试计算机;
表1
用于实现本发明数据检测方法的硬件装置包括数据接口器件和FPGA,如图4所示。FPGA设置了数据模拟源产生控制器、数据在线判读控制器和缓存数据判读控制器的功能。
用于实现本发明卫星载荷数据模拟源测试方法的数据测试系统如下:
以数据接口器件和FPGA为测试板卡、配合直流稳压源、测试计算机即可组成数据测试系统,如图5所示。固态存储器为被测设备。测试过程包括以下步骤:
1)直流稳压源为测试板卡提供外部一次电源;
2)测试计算机向固态存储器发送记录开始指令;
3)测试计算机向测试板卡发送伪随机数据模拟源的发送指令;
4)测试板卡执行步骤3),向固态存储器发送数据源;
5)固态存储器执行步骤2),完成记录操作;
6)测试计算机向固态存储器发送回放开始指令;
7)固态存储器执行步骤6),开始回放数据;
8)测试板卡接收步骤7)的回放数据并完成实时在线判读;
9)测试计算机回读步骤8)的判读结果。
实施例
本实施例中,伪随机数据模拟源的产生参考图1,具体步骤包括:
确定参数n1为32,得出反馈函数,伪随机数据模拟源中伪随机数据的遍历周期为232-1;
确定参数n2为16,得出反馈函数,伪随机数据模拟源的速率遍历周期为216-1;
对固态存储器回放数据进行实时判读,参考图3,数据实时判读方法具体步骤包括:
1)截取首个数据帧数据填充部分的前32个伪随机数据的单比特数据,组成一个32位的序列作为m序列的初始值;
2)依照反馈函数和初始值产生下一个序列,得到填充数据的比较模板,以此类推;
3)在产生填充数据比较模板的同时将填充数据模板与接收到的伪随机数据模拟源中的填充数据进行比较得出比对结果。
本发明的优点在于,基于低成本的测试设备即可实现对高速大容量固态存储器的测试,且可实现伪随机数据模拟源的在线判读,测试效率高,测试覆盖性全面。测试设备的存储资源节省了97.99%,设备成本节省了80%。
Claims (2)
1.一种卫星载荷数据模拟源测试方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、接收测试指令,产生并发送伪随机数据模拟源;
S2、接收伪随机数据模拟源,同时实时产生伪随机数据模拟源的比对模板,将比对模板与伪随机数据模拟源中的填充数据进行实时比对,判断填充数据是否有误码;
S3、对接收到的伪随机数据模拟源中的帧头信息和数据填充进行校验,产生校验填充的比对模板,将校验填充的比对模板与伪随机数据模拟源中的校验填充进行比较,判断整个数据帧是否有误码;
S4、若S2的判断结果无误码,S3的判断结果无误码,则说明数据帧正确;
若S2的判断结果无误码,S3的判断结果有误码,则说明帧头信息部分有误码;
若S2的判断结果有误码,S3作为校验填充部分的判断,S3的判断结果一定有误码,则说明帧头信息可能有误码;
针对帧头信息部分确定有误码或可能有误码的情况,缓存多个通道的帧头信息,根据虚拟信道标识对帧头信息进行分组排序后,再次判断帧头信息部分是否有误码,确定误码位置,获取误码相关信息;
所述伪随机数据模拟源包括数据帧和同步字符;所述数据帧包括帧头信息、数据填充以及校验填充;所述帧头信息包括虚拟信道标识、实空帧标识和帧计数标识;不同传输通道的数据帧通过虚拟信道标识区分;所述的误码相关信息包括:误码数据、误码位置、误码所在虚拟信道标识以及正确数据;
S1中,所产生的伪随机数据模拟源为变速伪随机数据模拟源,变速伪随机数据模拟源的变速是通过随机产生数据模拟源中两个数据帧之间同步字符的个数实现的,实现过程包括:
根据速率遍历长度,确定m序列的参数n1,遍历长度为2n1-1;
将外部获取的可转换为n1位二进制数据一个随机数据作为m序列的初始值;
在第一个数据帧发送结束之前,使用m序列发生器产生第一个二进制序列,二进制序列转换为十进制数之后作为第一个数据帧后同步字符的个数,以此类推,经过2n1-1个数据帧后,同步字符个数开始下一次循环,变速伪随机数据模拟源的速率开始下一次循环;
所述m序列为最长线性移位寄存器序,m序列是由n1级线性移位寄存器产生的周期为2n1-1的码序列;
S1中,变速伪随机数据模拟源中伪随机数据的产生基于m序列,将当前序列的最低位0或1扩展成变速伪随机数据模拟源位宽的全0或全1,作为变速伪随机数据模拟源发送;
S2中,伪随机数据模拟源的比对模板生成过程包括:
接收伪随机数据模拟源,截取伪随机数据模拟源首个数据帧中填充数据的前n2个伪随机数据,每个伪随机数据为全0或全1;
取前n2个伪随机数据的单比特数据,组成n2位的m序列的初始值,将该初始值作为伪随机数据源的初始值;
以伪随机数据源的初始值为m序列发生器的输入,生成伪随机数据模拟源的比对模板。
2.一种卫星载荷数据模拟源测试装置,其特征在于,包括:
数据模拟源产生控制器:用于接收测试指令,产生并发送伪随机数据模拟源;
数据在线判读控制器:用于实时产生伪随机数据模拟源的比对模板,将比对模板与伪随机数据模拟源中的填充数据进行实时比对,判断填充数据是否有误码;对接收到的伪随机数据模拟源中的帧头信息和数据填充进行校验,产生校验填充的比对模板,将校验填充的比对模板与伪随机数据模拟源中的校验填充进行比较,判断整个数据帧是否有误码;
缓存数据判读控制器:用于缓存多通道帧头信息,根据数据在线判读控制器的结果,产生是否判断帧头信息的指令,接收到帧头信息判断指令后,对缓存的多通道帧头信息进行分组排序后判断,再次判断帧头信息部分是否有误码,确定误码位置,获取误码相关信息;
其中数据在线判读控制器的结果包括:
若填充数据无误码,整个数据帧无误码,则说明数据帧正确;
若填充数据无误码,整个数据帧有误码,则说明帧头信息部分有误码;
若填充数据有误码,整个数据帧一定有误码,则说明帧头信息可能有误码;
所述伪随机数据模拟源包括数据帧和同步字符;所述数据帧包括帧头信息、数据填充以及校验填充;所述帧头信息包括虚拟信道标识、实空帧标识和帧计数标识;不同传输通道的数据帧通过虚拟信道标识区分;误码数据、误码位置、误码所在虚拟信道标识以及正确数据;
数据模拟源产生控制器所产生的伪随机数据模拟源为变速伪随机数据模拟源,变速伪随机数据模拟源的变速是通过随机产生数据模拟源中两个数据帧之间同步字符的个数实现的,实现过程包括:
根据速率遍历长度,确定m序列的参数n1,遍历长度为2n1-1;
将外部获取的可转换为n1位二进制数据一个随机数据作为m序列的初始值;
在第一个数据帧发送结束之前,使用m序列发生器产生第一个二进制序列,二进制序列转换为十进制数之后作为第一个数据帧后同步字符的个数,以此类推,经过2n1-1个数据帧后,同步字符个数开始下一次循环,变速伪随机数据模拟源的速率开始下一次循环;
所述m序列为最长线性移位寄存器序,m序列是由n1级线性移位寄存器产生的周期为2n1-1的码序列;
变速伪随机数据模拟源中伪随机数据的产生基于m序列,将当前序列的最低位0或1扩展成变速伪随机数据源位宽的全0或全1,作为变速伪随机数据源发送;
数据在线判读控制器生成伪随机数据模拟源的比对模板的过程包括:
接收伪随机数据模拟源,截取伪随机数据模拟源首个数据帧中填充数据的前n2个伪随机数据,每个伪随机数据为全0或全1;
取前n2个伪随机数据的单比特数据,组成n2位的m序列的初始值,将该初始值作为伪随机数据源的初始值;
以伪随机数据源的初始值为m序列发生器的输入,生成伪随机数据模拟源的比对模板。
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