1 引言

　　根據(jù)國際上對射頻工作頻率的劃分標準[1-5]，超高頻(UHF，Ultra-high Frequency)的頻段為300 MHz～3 GHz。其中，超高頻電子標簽的典型工作頻率為 433 MHz、860 MHz～960 MHz 以及 2.45 GHz。本文論述的超高頻電子標簽是工作在 860 MHz～960 MHz之間的產(chǎn)品。這一頻段產(chǎn)品采用的國際協(xié)議主要為 ISO/IEC 18000-6(Type C)、EPC Gen2 等。本文論述的電子標簽符合 ISO/IEC 18000-6(Type C)的 Part 63，即 ISO/IEC 18000-63 協(xié)議。該頻段標簽已經(jīng)在制造、物流、醫(yī)療、運輸、零售等領(lǐng)域得到應用，目前已經(jīng)具有很好的市場前景。因此，開展對標簽產(chǎn)品的全面的功能驗證、保證電子標簽的質(zhì)量變得越來越重要。

　　目前，ISO/IEC 18047-6 等協(xié)議可以用來對超高頻電子標簽進行一致性驗證/互操作驗證。但是，如何高效地對標簽產(chǎn)品開展全面的功能驗證，尚未發(fā)現(xiàn)有效的解決方法。手動測試方式或者開發(fā)常用命令的自動化測試(本文稱為半自動化測試)具有效率較低、耗時較長、容易出現(xiàn)漏項和錯項的缺點。因此，華大半導體公司購買了美國國家儀器公司(National Instrument，簡寫為 NI)的 NI RFID 測試儀。該設(shè)備不僅能夠解決命令/時間參數(shù)的限制，還能夠使用 NI TestStand 管理測試腳本，達到高效地對標簽產(chǎn)品開展全面的功能驗證的目的。本文從功能測試中測試項最為復雜、測試項數(shù)目最多的清點功能驗證角度著手，基于 NI RFID 測試儀和 TestStand 管理軟件，設(shè)計和開發(fā)了一套超高頻電子標簽清點功能自動化測試序列軟件，目標是高效完成清點功能驗證。

　　2 NI TestStand

　　本文使用的是 NI 開發(fā)的管理軟件 TestStand，它是一個現(xiàn)成可用的自動化測試管理軟件，用于從自動化原型創(chuàng)建、設(shè)計認證到執(zhí)行生產(chǎn)測試的整個過程。它與 NI LabVIEW、NI LabWindows/CVI、VB 和 VC 等所有給主流測試編程環(huán)境兼容，且能調(diào)用動態(tài)鏈接庫(DLLs)、ActiveX 自動化服務器、EXE 可執(zhí)行程序等。它建立在高速、多線程執(zhí)行引擎基礎(chǔ)上，可滿足最嚴格的測試吞吐量要求[6-8]。

　　具體到本文論述的功能測試，關(guān)系到多條強制命令與自定義命令及其對應的眾多參數(shù)域，全面遍歷對設(shè)備處理數(shù)據(jù)的能力有很高的要求。而 TestStand 的高速、多線程、高吞吐能力，將會滿足功能測試的要求。

　　3 自動化測試序列的工作原理

　　3.1 硬件工作原理

　　華大半導體現(xiàn)有的設(shè)備資源是上海聚星儀器有限公司提供的 NI RFID 測試系統(tǒng)，由 2.7 GHz 上變頻轉(zhuǎn)換器 PXI-5610、2.7 GHz 下變頻轉(zhuǎn)換器 PXI-5600 以及以 FPGA 為基礎(chǔ)的中頻轉(zhuǎn)換器 PXIe-5641R組成，用于實時處理與被測標簽之間的數(shù)據(jù)通信。以本文被測對象為例，當超高頻標簽進入射頻場之后，PXIe-5641R 將上位機指定的命令轉(zhuǎn)換為 20 MHz 帶寬的數(shù)字信號，再通過 D/A 轉(zhuǎn)換為模擬信號發(fā)送至上變頻轉(zhuǎn)換器，上變頻轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)換至上位機指定的工作信號(例如：載波 922.5 MHz /發(fā)射功率 15 dBm /調(diào)制深度 90%)，并通過天線發(fā)送至標簽。天線接收到標簽的反射后，通過下變頻轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換至 20 MHz 的數(shù)字信號，經(jīng) PXIe-5641R 中的 A/D 變換，轉(zhuǎn)換至 FPGA 可以處理的信號，處理完畢后，上傳至上位機，在上位機顯示相應的波形和數(shù)據(jù)。

　　3.2 上位機軟件的工作原理

　　在芯片設(shè)計過程中，根據(jù)相關(guān)協(xié)議/技術(shù)規(guī)格書等文檔，編制了芯片樣品驗證方案。芯片樣品驗證方案中，列出所有命令的功能驗證項，尤以清點功能的循環(huán)遍歷驗證最為復雜。清點功能對應的驗證為一條命令流的驗證，包含 4 條命令，分別為 Select、Query、ACK、GetRN 命令，其中 Select 命令包括 6 個可變命令參數(shù)域(見表1)，Query 命令包括 7 個可變命令參數(shù)域(見表2)，ACK 命令與 GetRN 命令用于判斷清點功能驗證的結(jié)果。由表 1、表 2 可以看出，實現(xiàn)清點功能的全覆蓋驗證，測試項數(shù)目總計為 274，877，906，944(Select 命令指針數(shù)據(jù)域以 8 bit 計)，測試工作量非常大。再加上設(shè)備開關(guān)空間場的時間、命令交互時間以及上位機處理時間，耗費時間難以估計，也就違背了使用 TestStand 的初衷。因此必須要對測試項數(shù)量做科學的處理。

　　處理的原則是：(1)明確清點功能的驗證是對標簽匹配與否的驗證。(2)對于存儲區(qū)掩碼匹配的驗證，根據(jù)邊界測試的原理，將存儲區(qū)的掩碼匹配范圍指向界內(nèi)、邊界點、越界三種情況。(3)將對時隙計數(shù)器值的驗證歸到防沖突驗證項中。

　　經(jīng)過精簡，測試項數(shù)目減少至 92，160。

　　接下來論述測試項實現(xiàn)的方法。

　　編寫測試序列時，首先讀出標簽的 TID(Tag Identifier，即標簽的唯一識別符)信息，并在 UII 區(qū)(Unique Item Identifier)寫入固定信息，在驗證過程中用于掩碼信息的對比。讀取 TID 信息及寫入 UII信息無誤后，下一步執(zhí)行清點功能的測試序列。根據(jù) Select 命令中目標命令域?qū)ζヅ錁酥?盤點標志的設(shè)置，為了便于分析標簽匹配與否，將清點功能的自動化測試序列分為 8 個序列，在每個序列中，對其他的命令域進行遍歷，每個序列包含 11，520 個測試項。程序流程如圖 1 所示。

　　經(jīng)過精簡的清點功能測試序列，測試項總數(shù)為 92，160，在各個測試項之間加入 100 ms 的延時后，實際運行時間約為 4 小時，在一個工作日能夠至少完成 2 支標簽的清點功能的全面驗證。

　　在測試的過程中，對標簽的響應，與預期的響應之間做出比對，將不一致的結(jié)果寫入以當前測試序列命名的 txt 文檔中，記錄格式為：“以‘|’為分隔符記錄當前命令數(shù)據(jù)域的值， Expected：(期望的返回值) Real：(實際的返回值)”。在最終完成該測試序列后，將 txt 文檔保存至以該序列命名的文件夾中。

　　4 關(guān)鍵技術(shù)

　　編寫自動化測試序列的思路是：(1)各個測試序列的程序流程一致，只需要簡單修改輸入?yún)?shù)就能實現(xiàn)對不同命令的功能進行自動化測試。(2)應當盡可能地減少循環(huán)嵌套個數(shù)，由于功能測試是針對命令的數(shù)據(jù)域進行遍歷，不可避免的涉及循環(huán)嵌套的問題，而循環(huán)嵌套層數(shù)太多會導致調(diào)試困難。

　　4.1 各個測試序列結(jié)構(gòu)的一致性

　　在劃分測試序列時，本文選取了以 Select 命令的目標數(shù)據(jù)域作為分割的標準。因此各個測試序列在結(jié)構(gòu)上必然保持一致，只需要在對每個序列輸入盤點標志 / 匹配標志/保留值(目標數(shù)據(jù)域 000b~011b 表示盤點標志，100b 表示匹配標志，101b~111b 表示保留值)就可以完成測試序列的編寫。同時也保持了各個測試序列之間的相對獨立性。如圖 2 所示。

　　4.2 命令數(shù)據(jù)域遍歷結(jié)構(gòu)的一致性

　　在如前所述，清點功能遍歷數(shù)據(jù)域為 12 個，如果按照常用的實現(xiàn)方式，數(shù)據(jù)域的個數(shù)就是實現(xiàn)遍歷的程序中循環(huán)嵌套的個數(shù)。這種實現(xiàn)方式，優(yōu)點是簡單，但循環(huán)嵌套次數(shù)過多，導致程序結(jié)構(gòu)復雜，調(diào)試不方便。

　　基于以上原因，在實際開發(fā)過程中，采用了兩層循環(huán)嵌套的方式，將循環(huán)的數(shù)據(jù)域分為 3 組。一是主循環(huán)數(shù)據(jù)域 a，即 Select 命令的動作數(shù)據(jù)域;二是次循環(huán)數(shù)據(jù)域 b，范圍是 Select 命令的動作/存儲區(qū)/指針/長度/截斷數(shù)據(jù)域以及 Query 命令的 DR/M/Trext/Sel/Session/ 目標數(shù)據(jù)域;三是最底層數(shù)據(jù)域 c，即時隙計數(shù)器數(shù)據(jù)域 Q。實現(xiàn)流程圖如圖 3 所示，Index() 表示命令參數(shù)數(shù)據(jù)域?qū)乃饕?，Data()表示命令參數(shù)數(shù)據(jù)域的數(shù)值，Max() 表示命令參數(shù)數(shù)據(jù)域?qū)淖畲笾怠?/p>

　　上述程序流程的實現(xiàn)，使得清點功能的各個測試序列之間的結(jié)構(gòu)基本一致，單個測試序列內(nèi)部遍歷結(jié)構(gòu)復用性強。由于已經(jīng)具備超高頻標簽符合性測試的程序，因此，將整個測試序列的實現(xiàn)過程集中于解析遍歷清點功能的響應，也就是解析 ACK 命令與 GetRN 命令的響應，產(chǎn)生預期結(jié)果的實現(xiàn)中，使得樣品驗證人員的精力更多的關(guān)注于如何去實現(xiàn)標簽的測試，如何能更高效的實現(xiàn)自動化測試序列，而不是測試序列實現(xiàn)的本身。

　　5 結(jié)語

　　本測試序列的開發(fā)的初衷是，既要高效地完成測試項最為復雜的清點功能遍歷測試，又要對后續(xù)其他命令的功能測試提供參考。因此，選取TestStand，一方面解決了高速、多線程、大吞吐量的問題，另一方面實現(xiàn)了測試序列以及遍歷命令數(shù)據(jù)域的結(jié)構(gòu)一致性。該功能的引進/使用對當前測試及后續(xù)測試質(zhì)量與效率的提高均有積極作用，大大降低了以往手動測試及半自動化測試的耗時，有效地提高了測試效率。

　　表 3 列舉了手動測試、半自動化測試和本文設(shè)計的自動化測試這三種測試方式在測試時間、測試項目完成程度、測試效率方面的對比。

　　本軟件充分運用了 TestStand 的優(yōu)勢，解決了清點功能驗證耗時長、效率低的問題，提高了清點功能的自動化驗證的效率。本文可以為超高頻電子標簽產(chǎn)品功能的全面驗證工作提供思路和參考，為搭建超高頻電子標簽樣品驗證的自動化測試平臺奠定了基礎(chǔ)。