一種微波變頻器系列嵌入式固件設計方法與流程

本發明屬于微波變頻器領域，具體涉及一種微波變頻器系列嵌入式固件設計方法。

背景技術：

微波變頻器是無線通信、雷達、遙測遙感、衛星通信等系統中的重要組成部分，實現微波頻段和中頻的相互轉換，以滿足不同應用領域對微波信號頻段的具體需要。但是在微波變頻器固件研發過程中，由于所涉變頻器波段較多：l波段、s波段、c波段、x波段、ku波段、ka波段等，同時每個波段根據實現的功能要求又分為上變頻和下變頻兩種功能，這就形成了一個非常龐大的變頻器系列。在固件程序的設計上，如果為每一個變頻器都設計一套程序的話，不但軟件研發工作量較大，而且對后期的開發和調試也是一個不小的挑戰。此外，也非常不利于后期的維護和升級。

在發射鏈路中，上變頻器把中頻信號搬移到發射所需的射頻頻段上，并對信號進行放大，以便從天線發射出去；在接收鏈路中，下變頻器將天線接收下來的微弱射頻信號進行選頻、放大后，通過頻譜搬移和中頻放大，為后端解調提供中頻信號。如此，微波上/下變頻器實現了信號在中頻與微波間的相互變換，以滿足不同應用領域對微波信號頻段的具體需要。為了實現對變頻器的控制，這就需要設計和開發相應的機內控制程序。

現有的技術方案是根據每個變頻器的特點建立一個獨立的軟件工程，單獨進行設計、開發和調試，有多少個變頻器型號就需要設計多少個工程。由于變頻器的相似性，常規的設計方法一般是先針對某個變頻器型號(例如s波段上變頻器)，開發一個完整的固件工程。之后，復制這個工程形成一個新的軟件工程，再根據當前變頻器型號的特性，在程序中修改對應的參數信息即可，例如修改變頻器的頻率信息，包括起始頻率、終止頻率；變頻器的增益信息；以及預置電壓和增益校準值等。最后對每個工程都要進行編譯、鏈接和下載，從而完成對應變頻器固件的設計開發工作。

現有的設計方法在變頻器型號較少時還看不出什么較大問題，但是隨著變頻器應用的擴展，變頻器正在向更高的頻段擴展，會存在越來越多的型號，這種設計方法就存在如下的設計問題：1)軟件工程較多：每個變頻器型號對應一個工程，軟件工程管理上較為繁瑣；2)調試工作量較大：如果一個工程發現問題，則需要同步修改其他工程中存在的同樣問題，修改之后還需要重新編譯和鏈接；3)操作較為繁瑣：每個工程都必需經歷編譯、鏈接和下載等過程；4)參數更改實現較為麻煩：在微波變頻器中，由于更換微波器部件或更改電路芯片之后，相應的校準數據或預置電壓等信息都需要在工程中進行相應修改，這就導致工程必需重新編譯、鏈接和下載；5)后期維護和升級成本高：在后期的維護和升級中，如果采用全新的軟件設計架構或其他優化方法以后，則需要將所有變頻器工程中的對應部分進行修改，并且還要經過編譯、鏈接、下載的過程，非常的耗時耗力。總之，現有的技術方案在設計、開發、調試和維護上存在諸多不便，也非常不利于變頻器系列的大批量生產。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種微波變頻器系列嵌入式固件設計方法，設計合理，克服了現有技術的不足，具有良好的效果。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種微波變頻器系列嵌入式固件設計方法，包括如下步驟：

步驟1：個性化配置文件的實現，具體包括如下步驟：

步驟1.1：根據變頻器的型號填寫起始頻率和終止頻率；

步驟1.2：根據變頻器的型號填寫起始增益和終止增益；

步驟1.3：根據變頻器中的一本振實現原理填寫變頻因子；

步驟1.4：填寫預制電壓；

步驟1.5：填寫增益校準值；

步驟2：通用固件程序的實現，具體包括如下步驟：

步驟2.1：硬件電路初始化；

步驟2.2：環境變量初始化；

步驟2.3：人機交互；

步驟2.4：電路控制。

優選地，在步驟1.4中，需借助變頻器和頻譜儀進行查找實現，具體實現步驟如下：

步驟1.4.1：將整個變頻器的頻率范圍按照一定的頻率步進進行劃分；

步驟1.4.2：通過程序預設對應的預制電壓，調整變頻器一本振的輸出使之在期望的頻率輸出范圍內；

步驟1.4.3：重復步驟1.4.1-步驟1.4.2，直至找到所有變頻器一本振的預制電壓值；

步驟1.4.4：將查找到的所有預制電壓值填入配置文件中。

優選地，在步驟1.5中，需要借助信號源、變頻器和功率計的配合實現，具體實現步驟如下：

步驟1.5.1：根據變頻器的頻率和增益，設置信號源的頻率和增益，將信號源的輸出打開，將信號源的輸出端接入變頻器的輸入端，將變頻器的輸出端接入功率計的輸入端；

步驟1.5.2：調節變頻器的增益校準值，直到變頻器的標稱增益和功率計實測功率的差值小于0.01db，則完成一次增益校準，記錄下此時的增益校準值；

步驟1.5.3：保持信號源參數不變，改變變頻器的標稱增益，重復步驟1.5.1-步驟1.5.2，即可完成該頻率下的全部增益校準；

步驟1.5.4：改變信號源的輸出頻率，重復步驟1.5.1-步驟1.5.3，即可完成全部的增益校準；

步驟1.5.5：將所獲得的全部增益校準值填入配置文件。

優選地，在步驟2.2中，具體包括如下步驟：

步驟2.2.1：從個性化配置文件中讀取頻率信息：將文件中的起始頻率和終止頻率分別初始化到頻率的全局變量中；

步驟2.2.2：從個性化配置文件中讀取增益信息，將文件中的起始增益和終止增益分別初始化到增益的全局變量中；

步驟2.2.3：從個性化配置文件中讀取變頻因子，根據從文件中讀取的變頻因子，實現將變頻器的頻率轉換為一本振的工作頻率；

步驟2.2.4：從個性化配置文件中讀取預制電壓，并將預制電壓初始化；

步驟2.2.5：從個性化配置文件中讀取增益校準值，并將增益校準值初始化。

優選地，在步驟2.2.4中，將預制電壓初始化的具體實現步驟如下：

步驟2.2.4.1：從個性化配置文件的預制電壓處讀取一個預制電壓值；

步驟2.2.4.2：檢測讀取的預制電壓值是否為空；

若讀取的預制電壓值非空，則將讀取的數值轉換成整數類型，并存儲到預制電壓數組中；

步驟2.2.4.3：重復步驟2.2.4.1-步驟2.2.4.2，直到讀取的預制電壓值為空，即可實現預制電壓的初始化。

優選地，在步驟2.2.5中，將預制電壓初始化的具體實現步驟如下：

步驟2.2.5.1：按照包括起始頻率、終止頻率和頻率步進在內的頻率信息，通過外層for循環來實現；

步驟2.2.5.2：按照包括起始增益、終止增益和增益步進在內的增益信息，通過內層for循環來實現。

本發明所帶來的有益技術效果：

1、所有的變頻器共享一套通用固件程序，設計人員只需要根據變頻器的型號信息修改個性化配置文件中的對應參數，然后將配置文件放入系統的對應位置，最后接通電源即可。

2、在最終成果上，表現為一個通用固件程序和一個個性化配置文件，架構形式簡單便于管理，而常規設計方法則存在多個工程。

3、程序設計調試時，非常簡便。

4、后期維護、擴展和升級時也非常方便，只需要更改固件程序，重新編譯一次即可實現所有的更新。

5、生產操作性強，無論哪個型號的變頻器都燒寫一套相同的固件程序，生產人員只需要根據變頻器的型號更改配置文件的對應參數即可。

附圖說明

圖1是桌面的局部示意圖，示出的是x波段上變頻器配置文件。

圖2為本發明方法中固件程序的實現的流程圖。

圖3為環境變量初始化實現示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施方式對本發明作進一步詳細說明：

本方法針對常規設計方法存在的問題，結合變頻器系列固件的特點，提出了一種全新的設計方法，即通用固件程序+個性配置文件的設計思路。本方法的設計初衷不是針對某一具體型號的變頻器，而是站在變頻器系列的高度，將變頻器內的固件程序分成兩個獨立部分，即通用固件程序和個性化配置文件。下面分別介紹兩部分的實現思路。

(1)個性化配置文件的實現

變頻器的參數信息總體上可以分為兩大類：1)型號信息：包括頻率信息和增益信息；不同的變頻器型號，頻率信息和增益信息是不同的；2)工作參數信息：包括增益校準值和預置電壓信息。這是變頻器進行正常工作的數據信息，因電路不同而不同。這兩類信息每個變頻器都有并且隨著變頻器型號的不同而不同。因此，可以構成一個統一架構的配置文件，只需要在配置文件的對應位置根據變頻器的型號修改相應的參數信息即可。

配置文件的具體實現步驟如下：

step1：根據變頻器的型號填寫頻率信息，包括起始頻率和中指頻率；

step2：根據變頻器的型號填寫增益信息，包括起始增益和中指增益；

step3：根據變頻器中的一本振實現原理填寫變頻因子；

step4：填寫預制電壓。預制電壓需要借助于變頻器自身和頻譜儀進行查找來實現。具體實現過程如下：首先將整個變頻器的頻率范圍按照一定的頻率步進進行劃分(注：頻率劃分值不同型號的變頻器劃分有所不同)；其次，通過程序預設對應的預制電壓，以調整變頻器一本振的輸出達到期望的頻率輸出范圍內。這個過程需要進行多次迭代才能實現。根據前述頻率劃分點，通過重復上面的操作過程，即可找到所有變頻器一本振的預制電壓值。之后將查找到的預制電壓值填入配置文件中。

step5：填寫增益校準值。增益校準值的查找需要借助于信號源、變頻器和功率計的配合來實現。具體實現過程如下：首先根據變頻器當前的頻率和增益設置信號源的頻率和增益并打開信號源的輸出，將信號源的輸出信號接入變頻器的輸入端，并將變頻器的輸出端接入功率計的輸入端。然后，不斷調節變頻器的增益校準值，直到變頻器的標稱增益和功率計實測功率的差值小于0.01db，則完成一次增益校準，并記錄下此時的增益校準值。然后，保持信號源參數不變，改變變頻器的標稱增益，重復上面的過程，從而完成該頻率下的全部增益校準。進一步，改變信號源的輸出頻率，再重復上面的過程，即可完成全部的增益校準。最后，將所獲得的增益校準值填入配置文件。

本方法采取的個性配置文件實例如圖1所示。

(2)通用固件程序的實現

由于本方法提出的通用固件是在單個變頻器的控制流程基礎上提煉而來，因此在程序的整體運行流程上與單個變頻器的控制流程相同，都存在硬件電路初始化、人機交互、電路控制等環節。但本方法提出的通用固件實現中存在一個非常關鍵的環節就是環境變量初始化。正是這個環境變量初始化環節保證了當前型號變頻器的正確控制流程。環本發明方法中固件程序的實現的流程圖如圖2所示。

所謂環境變量初始化，就是專門在通用固件中設計一段程序代碼，當程序上電初始化運行到該代碼位置時，由程序從個性化配置文件中讀取對應的參數信息，從而實現對應變量信息的初始化。具體實現流程如圖3所示。

當電路初始化完成之后，程序首先檢查配置文件是否存在，不存在則進行錯誤提示；存在則進行對應的變量初始化。此時的初始化步驟如下：

步驟1：從文件中讀取頻率信息：將文件中的起始頻率和終止頻率分別初始化到頻率的全局變量中；

步驟2：從文件中讀取增益信息：將文件中的起始增益和終止增益分別初始化增益的全局變量中；

步驟3：從文件中讀取變頻因子：根據從文件中讀取的變頻因子，實現將變頻器的頻率轉換為一本振的工作頻率。

步驟4：從文件中讀取預制電壓：從配置文件的預制電壓處讀取一個預制電壓值，首先檢測是否為空：非空，則將讀取的數值轉換成整數類型，并存儲到程序的預制電壓數組中；重復上面的過程，直到讀取的預制電壓值為空，即可實現預制電壓的初始化。

步驟5：從文件中讀取增益校準值：從前面的增益校準過程可以看出，增益校準值是一個二維數據，x軸是增益信息，y軸是頻率信息。因此，增益校準的初始化也是按照這個二維結構進行初始化。程序中的具體實現是通過兩個for循環來實現，外層循環是按照頻率信息(起始頻率、終止頻率和頻率步進(10mhz))；內層循環是按照增益信息(起始增益、終止增益和增益步進(1db))。內層循環中的程序體實現為：從文件中讀取一個值，將其轉化為整數類型，并存儲到增益校準值的二維數組中。

通過上述的初始化過程，即可實現變頻器的環境變量初始化。當程序的變量信息得到正確的初始化之后，就進入和單個變頻器相同的控制流程。

采用本方法提供的設計思想，最終可以達到一種這樣的效果：所有的變頻器共享一套通用固件程序，設計人員只需要根據變頻器的型號信息修改個性化配置文件中的對應參數。然后將配置文件放入系統的對應位置，最后接通電源即可。

當然，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發明的保護范圍。