认识BLE协议栈 —— 直接测试模式

BLE协议充分考虑了设备的测试问题,在协议栈层面提供了直接测试模式,用于执行BLE设备的RF物理层一致性的测试。

直接测试模式(Direct Test Mode)常简称为DTM。

DTM测试的核心工作是令设备在指定的频率上发送一段数据序列,在另一端使用测试设备接收数据序列并给出测试报告,或者反过来测试设备发送一段数据序列,BLE设备接收并给出测试报告。

测试报告中会给出通信频率的偏移量,频率的功率,通信丢包率PER(Packet Error Rate)等信息,并根据这些信息判断BLE设备的物理层是否满足设计要求。

1. 工作模式介绍

DTM测试的基本工作模式如下:

DTM_Test_Scheme

左侧DUT(Device Under Test)表示待测设备,右侧Upper Tester表示上位机测试设备,通常使用PC代替,右侧Lower Tester表示下位机测试设备,通常是一台专业的蓝牙RF测试设备。

上位机与DUT之间使用串口线连接,上位机发送测试命令,DUT执行指定的操作,并返回执行结果。串口至少应支持以下几种波特率:1200、2400、9600、14400、19200、38400、57600、115200。

下位机接收DUT发送的信号,或向DUT发送信号,并给出报告。

值得注意的是,图中DUT与下位机之间的连线既有实线又有虚线。实线指二者之间可以用一根同轴电缆传输RF信号,虚线指可以使用RF信号进行无线传输。使用同轴电缆,需要考虑接口处的阻抗匹配和功率损耗,使用无线传输则要考虑外部射频干扰,需要在一个屏蔽箱或屏蔽室内进行测试才能保证准确。

如果RF测试设备具有串口收发能力和数据处理能力,那么该设备可以脱离PC独立完成全部测试任务。

2. 测试内容

PC向DUT发送测试命令,具体如下:

测试命令 含义
LE_TEST_SETUP 设置测试
LE_TRANSMITTER_TEST BLE设备发射机测试
LE_RECEIVER_TEST BLE设备接收机测试
LE_TEST_END 停止测试

DUT收到命令会向PC返回事件消息,具体如下:

事件消息 含义
LE_STATUS 收到命令后,DUT返回命令执行状态
LE_PACKET_REPORT 停止测试后,DUT返回测试报告

实际工作时,PC与DUT之间的工作流程如下所示:

<发送测试>

DTM_Transmit_Test

<接收测试>

DTM_Receive_Test

3. 命令与事件

命令与事件都是2字节数据,在串口中传输时按照MSB优先传输。

3.1 命令

收发机测试命令的数据帧格式如下:

DTM_Test_CMD

设置测试和停止测试的命令数据帧格式如下:

DTM_Test_CMD_2

两种数据格式的首位2bite都是CMD:

  • CMD = 00b,表示该命令为Test Setup。
  • CMD = 01b,表示该命令为Receiver Test。
  • CMD = 10b,表示该命令为Transmitter Test。
  • CMD = 11b,表示该命令为Test End。

Test Setup命令

Control = 0x00, Param = 0x00,表示重置测试参数。

Control = 0x02, Param = 0x01-0x04,设置不同的物理层。

Test End命令

Control = 0x00, Param = 0x00,表示停止测试。

Transmit Test命令

Frequency = 0x00 ~ 0x27,分别代表0-39信道频率。

PKT = 00b ~ 11b,表示不同的0/1测试序列。

Length的低6位表示Payload的数据长度。

3.2 事件

事件只有两种,一种是LE_Test_Status_Event事件,另一种是LE_Packet_Report_Event事件。

LE_Test_Status_Event事件的数据帧格式如下:

DTM_Event_Format_1

其中EV = 0。Response包含了状态信息。ST(Status)表示结果是成功还是失败。

LE_Packet_Report_Event事件的数据帧格式如下:

DTM_Event_Format_2

其中EV = 1。Packet Count表示收到的数据帧总数,其有效范围是0 – 32767。

4. 测试数据

当进行收发机测试时,RF数据格式不是标准的BLE数据格式,它无法被BLE主机扫描,仅能被BLE射频测试设备识别。

4.1 数据格式

对于非编码型物理层设备,测试数据格式如下:

DTM_Data_Format

对于编码型物理层设备,数据格式略有不同,增加了编码相关的字段。

测试时,数据不执行白化操作,不执行CRC计算并将其设置为常数值,前导码和Sync Word也均设置为固定常数值。

4.2 数据PDU

数据PDU的格式如下:

DTM_PDU_Format

其中Payload的格式如下:

DTM_Payload_Format

第一部分Payload Type代表了测试数据的类型,可用的测试数据包括:

  • PRBS9
  • PRBS15
  • 有规则的0/1序列
  • 纯0或纯1序列

PRBS9表示9-bit的伪随机数,PRBS15表示15-bit伪随机数。

(完)