ExpressLRS开源之基本调试数据含义

1. 源由

基于ExpressLRS开源代码对基本调试验证数据进行详细的研读理解，以期望更深入的理解相关数据的实际含义。

ID(packetCounter),Antenna,RSSI(dBm),LQ,SNR,PWR,FHSS,TimingOffset
IRQ_CNT,RSSI_AVE,SNR_AVE,SNV_MAX,TELEM_CNT,FAIL_CNT

2. 代码

2.1 debugRcvrLinkstats

static void debugRcvrLinkstats()
{
#if defined(DEBUG_RCVR_LINKSTATS)
    if (debugRcvrLinkstatsPending)
    {
        debugRcvrLinkstatsPending = false;

        // Copy the data out of the ISR-updating bits ASAP
        // While YOLOing (const void *) away the volatile
        crsfLinkStatistics_t ls = *(crsfLinkStatistics_t *)((const void *)&CRSF::LinkStatistics);
        uint32_t packetCounter = debugRcvrLinkstatsPacketId;
        uint8_t fhss = debugRcvrLinkstatsFhssIdx;
        // actually the previous packet's offset since the update happens in tick, and this will
        // fire right after packet reception (a little before tock)
        int32_t pfd = PfdPrevRawOffset;

        // Use serial instead of DBG() because do not necessarily want all the debug in our logs
        char buf[50];
        snprintf(buf, sizeof(buf), "%u,%u,-%u,%u,%d,%u,%u,%d\r\n",
            packetCounter, ls.active_antenna,
            ls.active_antenna ? ls.uplink_RSSI_2 : ls.uplink_RSSI_1,
            ls.uplink_Link_quality, ls.uplink_SNR,
            ls.uplink_TX_Power, fhss, pfd);
        Serial.write(buf);
    }
#endif
}

2.2 debugRcvrSignalStats

static void debugRcvrSignalStats(uint32_t now)
{
#if defined(DEBUG_RCVR_SIGNAL_STATS)
    static uint32_t lastReport = 0;

    // log column header:  cnt1, rssi1, snr1, snr1_max, telem1, fail1, cnt2, rssi2, snr2, snr2_max, telem2, fail2, or, both
    if(now - lastReport >= 1000 && connectionState == connected)
    {
        for (int i = 0 ; i < (isDualRadio()?2:1) ; i++)
        {
            DBG("%d\t%f\t%f\t%f\t%d\t%d\t",
                Radio.rxSignalStats[i].irq_count,
                (Radio.rxSignalStats[i].irq_count==0) ? 0 : double(Radio.rxSignalStats[i].rssi_sum)/Radio.rxSignalStats[i].irq_count,
                (Radio.rxSignalStats[i].irq_count==0) ? 0 : double(Radio.rxSignalStats[i].snr_sum)/Radio.rxSignalStats[i].irq_count/RADIO_SNR_SCALE,
                float(Radio.rxSignalStats[i].snr_max)/RADIO_SNR_SCALE,
                Radio.rxSignalStats[i].telem_count,
                Radio.rxSignalStats[i].fail_count);

                Radio.rxSignalStats[i].irq_count = 0;
                Radio.rxSignalStats[i].snr_sum = 0;
                Radio.rxSignalStats[i].rssi_sum = 0;
                Radio.rxSignalStats[i].snr_max = INT8_MIN;
                Radio.rxSignalStats[i].telem_count = 0;
                Radio.rxSignalStats[i].fail_count = 0;
        }
        if (isDualRadio())
        {
            DBGLN("%d\t%d", Radio.irq_count_or, Radio.irq_count_both);
        }
        else
        {
            DBGLN("");
        }
        Radio.irq_count_or = 0;
        Radio.irq_count_both = 0;

        lastReport = now;
    }
#endif
}

3. 含义解释

对于debug给出参数含义解释，有助于理解性能测试结果。

ID(packetCounter),Antenna,RSSI(dBm),LQ,SNR,PWR,FHSS,TimingOffset
IRQ_CNT,RSSI_AVE,SNR_AVE,SNV_MAX,TELEM_CNT,FAIL_CNT

3.1 ID(packetCounter),Antenna,RSSI(dBm),LQ,SNR,PWR,FHSS,TimingOffset

• ID(packetCounter)：报文ID(递增，需打开Tx发射端DEBUG_RCVR_LINKSTATS)

报文ID是在发射机发射信号是递增，接收机解析报文是获取ID信息的。

//接收机
OtaUpdateSerializers
 ├──> UnpackChannelDataHybridSwitch8/UnpackChannelDataHybridWide
 │   └──> UnpackChannelDataHybridCommon - ota4->dbg_linkstats.packetNum
 │       └──> debugRcvrLinkstatsPacketId
 │           └──> packetCounter
 └──> UnpackChannelData8ch - ota8->dbg_linkstats.packetNum
     └──> debugRcvrLinkstatsPacketId
         └──> packetCounter

//发射机
OtaUpdateSerializers
 └──> GenerateChannelData8ch/GenerateChannelData12ch
     └──> GenerateChannelData8ch12ch
         └──>  ota8->dbg_linkstats.packetNum = packetCnt++

• Antenna：天线编号(0或1)

目前，天线配置方面有以下几种工作模式：

1. Basic：一根天线
2. Antenna Diversity：两根天线，其中一根天线接收信号
3. True Diversity：两根天线，同时接收信号
4. Gemini：两根天线，同时接收信号，并且工作在两个不同的频点。
   

• RSSI(dBm)：信号强度，单位dBm

分贝毫瓦简写为dBm或dBmW，是一个表示绝对功率的量。

uplink_RSSI_1/uplink_RSSI_2
 └──> rssiDBM
     └──> LastPacketRSSI
         └──> GetLastPacketRSSI/GetLastPacketStats
             └──> readRegister(SX127X_REG_PKT_RSSI_VALUE)/ReadCommand(SX1280_RADIO_GET_PACKETSTATUS)

• LQ(Link Quality)：链路质量

链路接收到数据包与预期数据包的百分比，表示信号中丢包的概率。

uplink_Link_quality
 └──> uplinkLQ
     └──> LQCalc.getLQ()/LQCalcDVDA.getLQ()

• SNR(Signal-to-noise ratio)：信噪比

信号与干扰加噪声比 （Signal to Interference plus Noise Ratio）是指接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号（噪声和干扰）的强度的比值。

uplink_SNR
 └──> LastPacketSNRRaw
     └──> GetLastPacketSNRRaw/GetLastPacketStats
         └──> readRegister(SX127X_REG_PKT_SNR_VALUE)/ReadCommand(SX1280_RADIO_GET_PACKETSTATUS)

• PWR(Power)：功率

发射机工作时的发射功率。

RX::uplink_TX_Power
 └──> RX::UnpackChannelData8ch/UnpackChannelDataHybridWide
     └──> TX::GenerateChannelDataHybridWide/GenerateChannelData8ch12ch
         └──> TX::CurrentPower
             └──> TX::decPower/incPower
                 └──> TX::DynamicPower_Update
                     └──> TX::loop

其对应输出数值与功率之间的对应关系。

uint8_t powerToCrsfPower(PowerLevels_e Power)
{
    // Crossfire's power levels as defined in opentx:radio/src/telemetry/crossfire.cpp
    //static const int32_t power_values[] = { 0, 10, 25, 100, 500, 1000, 2000, 250, 50 };
    switch (Power)
    {
    case PWR_10mW: return 1;
    case PWR_25mW: return 2;
    case PWR_50mW: return 8;
    case PWR_100mW: return 3;
    case PWR_250mW: return 7;
    case PWR_500mW: return 4;
    case PWR_1000mW: return 5;
    case PWR_2000mW: return 6;
    default:
        return 0;
    }
}

• FHSS(Frequency-hopping spread spectrum)：跳频频率

FHSS，跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum)在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守要求。

debugRcvrLinkstatsFhssIdx
 └──> getRFlinkInfo
     └──> ProcessRFPacket
         └──> RXdoneISR
             └──> setupRadio
                 └──> setup

注：关于跳频方面的设置，详见FHSSrandomiseFHSSsequence和FHSSgetNextFreq。

• TimingOffset

这里的时间差是指HWtimerCallbackTock调用到ProcessRFPacket报文开始处理的时间差。

PfdPrevRawOffset
 └──> PFDloop.calcResult() = PFDloop.intEvent(HWtimerCallbackTock) - PFDloop.extEvent(ProcessRFPacket)
     └──> updatePhaseLock
         └──> HWtimerCallbackTick
             └──> setup

3.2 IRQ_CNT,RSSI_AVE,SNR_AVE,SNV_MAX,TELEM_CNT,FAIL_CNT

• IRQ_CNT

接收机收到RF芯片中断的数量。

setup
 └──> setupRadio
     └──> RXdoneISR
         └──> ProcessRFPacket
             └──> GetLastPacketStats
                 └──> instance->rxSignalStats[i].irq_count++

• RSSI_AVE

接收机平均RSSI信号强度。

double(Radio.rxSignalStats[i].rssi_sum)/Radio.rxSignalStats[i].irq_count

• SNR_AVE

接收机平均SNR信号强度。

double(Radio.rxSignalStats[i].snr_sum)/Radio.rxSignalStats[i].irq_count/RADIO_SNR_SCALE

• SNV_MAX

接收机最大SNR信号强度。

float(Radio.rxSignalStats[i].snr_max)/RADIO_SNR_SCALE

• TELEM_CNT

接收机发送报文数量。

setup
 └──> HWtimerCallbackTock
     └──> HandleSendTelemetryResponse
         └──> TXnb
             └──> telem_count++

• FAIL_CNT

判断双天线是否第二根天线受到同样的报文，如果没有收到则fail++。

setup
 └──> setupRadio
     └──> RXdoneISR
         └──> ProcessRFPacket
             └──> GetLastPacketStats
                 └──> fail_count++

4. 总结

通过对上面调试参数含义的分析，在对单/双天线模块配置下：

可以根据以下表格内容进行可选择性的分析比对，详细比对方法请见：
【1】ExpressLRS开源之RC链路性能测试
【2】ExpressLRS开源之接收机固件编译烧录步骤

ID(packetCounter)	Antenna	RSSI(dBm)	LQ	SNR	PWR	FHSS	TimingOffset
报文ID	天线编号	信号强度	信号质量	信噪比	发射功率	跳频频率	中断时延
单、双	双	单、双	单、双	单、双	单、双	单、双	单、双

IRQ_CNT	RSSI_AVE	SNR_AVE	SNV_MAX	TELEM_CNT	FAIL_CNT
中断数量	平均信号强度	平均信噪比	最大信噪比	发送报文数量	报文缺失次数
单、双	单、双	单、双	单、双	单、双	双

,

5. 参考资料

【1】ExpressLRS开源之RC链路性能测试
【2】ExpressLRS开源之接收机固件编译烧录步骤
【3】High-performance Open Source Radio Control Link