1 引言

　　根據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之間的產品。這一頻段產品采用的國際協(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。該頻段標簽已經在制造、物流、醫(yī)療、運輸、零售等領域得到應用，目前已經具有很好的市場前景。因此，開展對標簽產品的全面的功能驗證、保證電子標簽的質量變得越來越重要。

　　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。該設備不僅能夠解決命令/時間參數的限制，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、設計認證到執(zhí)行生產測試的整個過程。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，關系到多條強制命令與自定義命令及其對應的眾多參數域，全面遍歷對設備處理數據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 上變頻轉換器 PXI-5610、2.7 GHz 下變頻轉換器 PXI-5600 以及以 FPGA 為基礎的中頻轉換器 PXIe-5641R組成，用于實時處理與被測標簽之間的數據通信。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換為 20 MHz 帶寬的數字信號，再通過 D/A 轉換為模擬信號發(fā)送至上變頻轉換器，上變頻轉換器將信號轉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，通過下變頻轉換器轉換至 20 MHz 的數字信號，經 PXIe-5641R 中的 A/D 變換，轉換至 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據。

　　3.2 上位機軟件的工作原理

　　在芯片設計過程中，根據相關協(xié)議/技術規(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 個可變命令參數域(見表1)，Query 命令包括 7 個可變命令參數域(見表2)，ACK 命令與 GetRN 命令用于判斷清點功能驗證的結果。由表 1、表 2 可以看出，實現(xiàn)清點功能的全覆蓋驗證，測試項數目總計為 274，877，906，944(Select 命令指針數據域以 8 bit 計)，測試工作量非常大。再加上設備開關空間場的時間、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，根據邊界測試的原理，將存儲區(qū)的掩碼匹配范圍指向界內、邊界點、越界三種情況。(3)將對時隙計數器值的驗證歸到防沖突驗證項中。

　　經過精簡，測試項數目減少至 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 Select 命令中目標命令域對匹配標志/盤點標志的設置，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。

　　經過精簡的清點功能測試序列，測試項總數為 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據域的值， 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 關鍵技術

　　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參數就能實現(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，由于功能測試是針對命令的數據域進行遍歷，不可避免的涉及循環(huán)嵌套的問題，而循環(huán)嵌套層數太多會導致調試困難。

　　4.1 各個測試序列結構的一致性

　　在劃分測試序列時，本文選取了以 Select 命令的目標數據域作為分割的標準。因此各個測試序列在結構上必然保持一致，只需要在對每個序列輸入盤點標志 / 匹配標志/保留值(目標數據域 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 命令數據域遍歷結構的一致性

　　在如前所述，清點功能遍歷數據域為 12 個，如果按照常用的實現(xiàn)方式，數據域的個數就是實現(xiàn)遍歷的程序中循環(huán)嵌套的個數。這種實現(xiàn)方式，優(yōu)點是簡單，但循環(huán)嵌套次數過多，導致程序結構復雜，調試不方便。

　　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)的數據域分為 3 組。一是主循環(huán)數據域 a，即 Select 命令的動作數據域;二是次循環(huán)數據域 b，范圍是 Select 命令的動作/存儲區(qū)/指針/長度/截斷數據域以及 Query 命令的 DR/M/Trext/Sel/Session/ 目標數據域;三是最底層數據域 c，即時隙計數器數據域 Q。實現(xiàn)流程圖如圖 3 所示，Index() 表示命令參數數據域對應的索引值，Data()表示命令參數數據域的數值，Max() 表示命令參數數據域對應的最大值。

　　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構基本一致，單個測試序列內部遍歷結構復用性強。由于已經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，產生預期結果的實現(xiàn)中，使得樣品驗證人員的精力更多的關注于如何去實現(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據域的結構一致性。該功能的引進/使用對當前測試及后續(xù)測試質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。