析通用電子產(chǎn)品功能測試平臺設(shè)計方案

　　1.概述

　　1.1背景

　　1.1.1目前現(xiàn)狀

　　縱觀國內(nèi)外的電子產(chǎn)品測試系統(tǒng)，普遍存在以下幾點(diǎn)問題：

　　1）整個大系統(tǒng)的測試任務(wù)中，其統(tǒng)一性與整體性缺乏體系支持；

　　2）測試工藝、流程、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；

　　3）測試模塊的通用性、可移植性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性較差；

　　4）測試人員問的素質(zhì)不一；

　　5）不同人員測試不同階段，信息交流的程度不同；

　　6）測試數(shù)據(jù)的組織、存儲、管理和使用較為混亂，數(shù)字化程度較低；

　　7）數(shù)據(jù)的有效性、可靠性、可追溯性、共享度以及對數(shù)據(jù)的分析能力較差；

　　8）數(shù)據(jù)對于產(chǎn)生、審批、發(fā)布、變更、流通的支持度不夠；

　　9）生產(chǎn)效率偏低，導(dǎo)致單位生產(chǎn)成本較高。

　　以上問題的出現(xiàn)，會降低電子產(chǎn)品的研制效率，導(dǎo)致項目進(jìn)度不可控，產(chǎn)品質(zhì)量保證難度加大。

　　1.1.2未來發(fā)展

　　新一代電子產(chǎn)品測試系統(tǒng)會朝著通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、組合化、網(wǎng)絡(luò)化的方向進(jìn)行發(fā)展。結(jié)合現(xiàn)代自動測試技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品測試系統(tǒng)的測試技術(shù)必將產(chǎn)生深刻的變革，這主要表現(xiàn)在四個方面：

　　1）測試整體上，要求C3M一體化。C3M指的是控制（Control）、通信（Communication）、計算機(jī)（Computer）和測量（Measurement）；

　　2）測試平臺上，采用虛擬儀器技術(shù)；

　　3）測試管理上，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)；

　　4）測試信息處理上，采用智能傳感器信息處理和多傳感器信息融合技術(shù)。

　　1.2意義

　　軟件自動化測試

　　自動化測試是把以人為驅(qū)動的測試行為轉(zhuǎn)化為機(jī)器執(zhí)行的一種過程。通常，在設(shè)計了測試用例并通過評審之后，由測試人員根據(jù)測試用例中描述的規(guī)程一步步執(zhí)行測試，得到實際結(jié)果與期望結(jié)果的比較。在此過程中，為了節(jié)省人力、時間或硬件資源，提高測試效率，便引入了自動化測試的概念。另外，在充分考慮當(dāng)前電子產(chǎn)品測試存在問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合新一代電子產(chǎn)品測試系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)，我們開發(fā)了電子產(chǎn)品功能測試軟件平臺（ElectronicTestPlatform，以下簡稱ETP），從而為構(gòu)建通用電子產(chǎn)品功能測試平臺提供了很好的解決方案。圖1為通用電子產(chǎn)品功能測試系統(tǒng)原理圖。

　　2.ATLAS介紹

　　2.1 ATLAS特性

　　ATLAS（Abbreviated Test Language for All Systems）是一個被廣泛應(yīng)用于軍事和電子測試領(lǐng)域的通用標(biāo)準(zhǔn)測試語言。用這個語言編寫的測試程序不依賴于任何特殊的被測系統(tǒng)，并且它能在ATS上執(zhí)行。

　　Atlas客戶端腳本框架是可擴(kuò)展的，100%面向?qū)ο蟮腏avaScript客戶端腳本框架，允許開發(fā)這很容易地構(gòu)建擁有豐富的UI工能并且可以連接Web Services的Ajax風(fēng)格瀏覽器應(yīng)用程序。使用Atlas，開發(fā)者可以使用DHTML、JavaScript和XMLHTTP來編寫Web應(yīng)用程序，而無須掌握這些技術(shù)的細(xì)節(jié)。

　　Atlas客戶端腳本框架可以在所有的現(xiàn)代瀏覽器上運(yùn)行，而不需要Web服務(wù)器。它還完全不需要安裝，只要在頁面中引用正確的腳本文件即可。 該語言與一般的程序設(shè)計語言相比具有如下一些特點(diǎn)：

　　1）設(shè)備無關(guān)性，即在用戶寫的ATLAS程序中不出現(xiàn)任何具體設(shè)備，只有測試需求；

　　2）信號相關(guān)性，ATLAS程序員書寫的測試程序都是面向信號的；

　　3）可擴(kuò)展性，允許用戶擴(kuò)展ATLAS標(biāo)準(zhǔn)中沒有的名詞、名詞修飾詞以及量綱等成份；

　　4）并行性和定時功能，ATLAS中的某些測試語句需要并行執(zhí)行，還有一些語句需要在特定的時刻才能被啟動；

　　5）語法接近于自然語言。文法限制不嚴(yán)格。

　　ATLAS語言從語義上可以分為常規(guī)語言部分、信號和總線部分。常規(guī)語言部分類似于一個完整的過程式語言，展現(xiàn)了ATLAS語言作為測試語言的特性。

　　2.2 ATLAS描述

　　ATLAS測試語句基本格式如下所示：

　　動作，（信號特征），信號類型USING’虛擬資源’，信號修飾參數(shù)，CNX儀器端被測端$

　　語句：APPLY，AC SIGNAL，VOLTAGE 115V，F(xiàn)REQ400HZ，CURRENT MAX 2A，CNX HI J32-3-A23$

　　意義：在UUT的J32-3-A23$點(diǎn)加載電壓為115V、頻率為400Hz、最大電流為2A的信號。

　　3.IVI介紹

　　3.1 IVI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　為了實現(xiàn)互換性，IVI基金會將同類儀器的共性提取出來，并作了規(guī)范。目前已經(jīng)發(fā)布的八類儀器規(guī)范是：示波器（IviScope）、數(shù)字萬用表（IviDmm）、信號發(fā)生器（IviF-Gen）、直流電源（IviDCPower）、開關(guān)矩陣／多路復(fù)用器（IviSwitch）、功率表 （IviPwrMeter）、頻譜分析儀（IviS-pecAn）和射頻信號發(fā)生器（IviRFSigGen），其他類型儀器的規(guī)范也將被陸續(xù)制定發(fā)布。每一類的儀器都有各自的類驅(qū)動程序（IVI ClassDriver）。每類驅(qū)動程序包含了該類儀器通用的各種屬性和操作函數(shù)。運(yùn)行時，驅(qū)動程序通過調(diào)用每臺儀器的專用驅(qū)動程序（IVI Specific Driver）中相應(yīng)的函數(shù)來控制儀器。

　　IVI系統(tǒng)正在飛速發(fā)展。先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)需要整合實時交通信息、個人興趣點(diǎn)以及好友位置等，甚至將汽車擴(kuò)展到新興Web 2.0網(wǎng)絡(luò)時代，為消費(fèi)者帶來新的駕乘體驗。為此，有必要建立一款開放、靈活的平臺，讓移動設(shè)備與音響主機(jī)采用相同架構(gòu)，以便應(yīng)用程序能在這兩種平臺之間輕松遷移。構(gòu)建新平臺的首要考慮點(diǎn)在于連接性、多媒體、上市速度以及總體擁有成本（TCO）。

　　連接性極為重要，它是指將互聯(lián)網(wǎng)功能盡可能透明地引入汽車，以支持消費(fèi)者輕松訪問基于Web的應(yīng)用、數(shù)據(jù)和多媒體。下一代信息娛樂平臺必須兼顧功耗、連接性、圖形功能和性能、散熱和汽車的堅固性需求等各個方面。為此，我們需要采用一種與以往架構(gòu)及部署IVI系統(tǒng)截然不同的全新方法。

　　下一代IVI解決方案必須更具開放性，能夠縮短上市時間并支持對最新應(yīng)用的集成。此外，該平臺必須減少對特定硬件配置的依賴，充分利用軟件的靈活性，能夠隨新應(yīng)用輕松實現(xiàn)升級。目前在IVI領(lǐng)域，許多廠商正在投入大量資源開發(fā)幾乎相同的基本功能。采用開放的平臺后，這些廠商不僅能在基本操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序和中間件層面實現(xiàn)更多的“復(fù)用”，同時還能顯著降低其驗證成本。

　　在操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序和中間件等平臺構(gòu)建模塊方面的投資，使得英特爾將突破性功能運(yùn)用到了IVI解決方案中。結(jié)合英特爾45納米工藝技術(shù)的突破性功能，英特爾“凌動”處理器家族騰空而出。今后幾年，英特爾將繼續(xù)優(yōu)化架構(gòu)和整體平臺部署方案，提升性能、降低功耗。

　　多媒體、消費(fèi)電子設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)以及汽車業(yè)正在迅速融合。一款功能豐富的開放平臺將支持汽車行業(yè)緊隨全新消費(fèi)電子和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展步伐，支持用戶隨身攜帶、隨處享受數(shù)字生活方式。

　　應(yīng)用程序可以直接調(diào)用專用驅(qū)動程序來控制儀器。但是為了實現(xiàn)儀器互換，應(yīng)用程序應(yīng)該首先調(diào)用類驅(qū)動程序，類驅(qū)動程序檢查IVI配置文件以確定應(yīng)該使用的專用驅(qū)動程序。若系統(tǒng)中的儀器被更換，只需適當(dāng)修改IVI配置文件，而應(yīng)用程序無須做任何改動，因而實現(xiàn)了測試系統(tǒng)的通用性。

　　3.2 IVI驅(qū)動特性

　　1）互換性。IVI驅(qū)動程序的互換性至少為我們帶來以下幾大好處：a）易于使用。所用的IvI驅(qū)動程序都使用通用的接口，易于理解，也就不再要求應(yīng)用程序的開發(fā)人員必須掌握某一特定儀器的編程方法，從而使系統(tǒng)開發(fā)獲得了更大的硬件獨(dú)立性。b）降低了系統(tǒng)的維護(hù)和升級費(fèi)用。IVI構(gòu)架允許部門和設(shè)備之間方便地復(fù)用及共享測試代碼，并且不需使用相同型號儀器硬件。

　　2）模擬功能。每個儀器專用驅(qū)動程序都具有專門針對本型號儀器的模擬功能。這些模擬功能使得工程師在缺少真實儀器的情況下，可以使用IVI驅(qū)動程序的模擬功能來開發(fā)、調(diào)試應(yīng)用程序，還可以使用美國國家儀器公司提供的類模擬驅(qū)動程序以獲得更強(qiáng)大的模擬功能。

　　3）狀態(tài)緩存功能。IVI驅(qū)動程序可以保存儀器每一屬性設(shè)置的當(dāng)前狀態(tài)。在當(dāng)前的測試系統(tǒng)中，影響軟件執(zhí)行速度的瓶頸通常在于儀器與計算機(jī)接口總線的傳輸速率。IVI驅(qū)動程序的此項功能大大減少了儀器與計算機(jī)之間的通信，從而提升了系統(tǒng)性能。

　　4）源碼開放。高級用戶可以直接修改IVI驅(qū)動程序的源代碼，以對其進(jìn)行優(yōu)化或添加功能。

　　免費(fèi)得到大量的驅(qū)動程序。除了生產(chǎn)廠商自行開發(fā)的IVI驅(qū)動程序，NI公司也為各類常用儀器開發(fā)了大量IVI驅(qū)動程序，這些程序都可以從NI的網(wǎng)站上免費(fèi)下載。此外，NI還提供了用于開發(fā)驅(qū)動程序的工具包，以簡化用戶的IVI驅(qū)動程序的開發(fā)過程。

　　4.測試平臺介紹

　　電子產(chǎn)品功能測試平臺所利用的軟件開發(fā)平臺為ETP，其開發(fā)與設(shè)計均在泛華測控“柔性測試”技術(shù)的核心理念指導(dǎo)下進(jìn)行的。能否借助于這支外在力量以及如何借助于這支力量來規(guī)范企業(yè)測試流程、提高特定測試活動的效率，正是本期所要討論的話題。

　　目前，軟件測試自動化的研究領(lǐng)域主要集中在軟件測試流程的自動化管理以及動態(tài)測試的自動化（如單元測試、功能測試以及性能測試方面）。在這兩個領(lǐng)域，與手工測試相比，測試自動化的優(yōu)勢是明顯的。首先自動化測試可以提高測試效率，使測試人員更加專注于新的測試模塊的建立和開發(fā)，從而提高測試覆蓋率。這個特點(diǎn)在功能測試和回歸測試中尤其具有意義；此外，測試流程自動化管理可以使機(jī)構(gòu)的測試活動開展更加過程化，這很符合CMMI過程改進(jìn)的思想。根據(jù)OppenheimerFunds的調(diào)查，在2001年前后的3年中，全球范圍內(nèi)由于采用了測試自動化手段所實現(xiàn)的投資回報率高達(dá)1500％。

　　1）ETP軟件平臺介紹

　　圖2是ETP軟件架構(gòu)示意圖。上層管理軟件ETP采用C++編程。底層驅(qū)動管理模塊SEE（SignaI ExecuteEngine）采用LabVIEW編程。上層管理軟件通過調(diào)用SEE實現(xiàn)測試測量的功能。采用C++開發(fā)，使ETP更具平臺性和拓展性，最直接的優(yōu)勢是運(yùn)行效率高。軟件總體框架是：

　　配置文件（資源信息）->ETP引擎->報表文件（測試結(jié)果）。在底層驅(qū)動中，我們支持NI系列的數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字萬用表、波形發(fā)生器、數(shù)字示波器等各種儀器。

　　ETP系統(tǒng)主要有兩大功能， 一是對變配電站內(nèi)失電、缺相或者超過設(shè)定閥值的情況通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行報警， 二是采集變配電站的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行實時監(jiān)控，可實現(xiàn)故障分析、電量統(tǒng)計等功能，有利于電能調(diào)度，提高了供電質(zhì)量。

　　ETP系統(tǒng)是完全國產(chǎn)的變電站智能運(yùn)維系統(tǒng)，由浙江新能量科技有限公司自主研發(fā)，獲得國家多項專利，結(jié)合其提供的變電站集中智能監(jiān)測運(yùn)行服務(wù)，為社會提供用電服務(wù)外包。采用該系統(tǒng)和服務(wù)后，用戶可以將變電站外包給第三方進(jìn)行維護(hù)，即可以節(jié)約人力成本和用電成本，又能騰出足夠的精力于主營業(yè)務(wù)，同時也更有效的保障了電力運(yùn)行的安全。

　　2）ETP調(diào)理模塊介紹

　　ETP調(diào)理模塊的各調(diào)理單元的主要功能如下：

　　·開關(guān)卡目前設(shè)計的是2×8的矩陣開關(guān)，輸入接口是USB接口，輸出接口是SMA接口。另外，可以根據(jù)實際需要，組合不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，比如使用兩塊開關(guān)卡，可以組成2×16或4×8的矩陣開關(guān)。

　　·DI調(diào)理卡是數(shù)字信號輸入調(diào)理板，具備支持多種遠(yuǎn)程輸出類型、光耦隔離、施密特觸發(fā)的功能。

　　·DO調(diào)理卡是數(shù)字信號輸出調(diào)理板，它是把NI卡的數(shù)字J／O口的數(shù)據(jù)隔離后輸出到被測板，或控制繼電器輸出；同時可實現(xiàn)多種輸出類型，測試和控制多種被測對象。

　　·CTV調(diào)理卡是電流電壓檢測調(diào)理板，它被設(shè)計為電源電壓、電流的檢測電路，能測量工業(yè)用的電源電壓、電流和功耗。對電壓的測量需要外面的降壓設(shè)備把電源電壓降到100V以內(nèi)才能進(jìn)入CTV板。

　　·SAS調(diào)理卡是標(biāo)準(zhǔn)模擬傳感器信號調(diào)理板，電流檢測設(shè)計有電流變送電路，它可以測試溫度和壓力信號，通過電流變送電流轉(zhuǎn)換至標(biāo)準(zhǔn)電流信號，再通過電流轉(zhuǎn)電壓電流，輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。

　　·CD調(diào)理卡是編碼器調(diào)理板，它主要是實現(xiàn)數(shù)字電平轉(zhuǎn)化。比如，常用的有：正弦信號轉(zhuǎn)方波信號，再通過施密特觸發(fā)電路，輸出TTL電平。另外，根據(jù)實際情況，備選差分轉(zhuǎn)單端和濾波等電路。

　　3）測試平臺特性

　　a）適應(yīng)性：

　　·支持近40種信號100余種參數(shù)的生成和測量；

　　·測試流程自動化。典型單步測試時間≤30ms，滿足生產(chǎn)線對測試效率的要求；

　　·接口采用模塊化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，保證接口可更換，拆卸方便；

　　·適應(yīng)于眾多儀器，比如NI系列的數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字萬用表、波形發(fā)生器、數(shù)字示波器等各種儀器；另外，可支持PLC、獨(dú)立儀器等傳統(tǒng)設(shè)備，保證硬件系統(tǒng)具有廣泛的硬件基礎(chǔ)。

　　b）靈活性：根據(jù)客戶需求改變測試系統(tǒng)的功能及性能，可自行定義測試步驟、測試參數(shù)，支持按需設(shè)置外接設(shè)備和測試點(diǎn)。

　　c）拓展性：測試流程編寫、硬件設(shè)置只需通過界面操作即可實現(xiàn)。

　　d）可靠性：軟硬件充分考慮異常處理機(jī)制，可長時間、連續(xù)地?zé)o故障運(yùn)行。

　　5.測試平臺應(yīng)用

　　運(yùn)用電子產(chǎn)品功能測試平臺的項目開發(fā)流程如圖3所示。我們通過客戶提供的測試需求，即時地做出軟硬件設(shè)計，采用ETP軟件對各種配置文件進(jìn)行修改。同時。運(yùn)用強(qiáng)大的TestStand引擎功能編輯測試流程并進(jìn)行測試，可以高效地完成測試任務(wù)。

　　平臺應(yīng)用特點(diǎn)如下：

　　·流程清晰；

　　·測試方便；

　　·報表規(guī)范。

　　平臺應(yīng)用案例

　　案例名稱：某廠氣象雷達(dá)電路板測試項目

　　1）某廠氣象雷達(dá)電路板測試系統(tǒng)被測對象是13塊電路板。

　　a）硬件配置

　　·PXI-8106、DMM-4070、FGEN-5421、DSO-5112、PXI-6509、PXI-6713、PXI-8421；

　　·自制信號調(diào)理機(jī)箱；

　　·自制信號接口機(jī)箱。

　　b）系統(tǒng)組成

　　本系統(tǒng)硬件由工作臺、PXI分系統(tǒng)、電源（交直流電源、同步機(jī)等）機(jī)柜、測試接口機(jī)箱、測試夾具等構(gòu)成，加上測試軟件，組成完整的測試系統(tǒng)。

　　c）系統(tǒng)特性

　　·測試信號類型多

　　主要涉及AC SIGNAL、DC SIGNAL、AM SIGNAL、PULSED DC、PULSED DC TRAIN、SQUARE WAVE、WAVEFORM、IMPEDANCE、LOGIC DATA、RS SERIALS COMMUNICATION、SERIALS COMM ADAPTAR等。

　　·測試點(diǎn)數(shù)特別多

　　13塊電路板，最少板子的測試點(diǎn)數(shù)也要將近100個測試點(diǎn)，最多的板子將近200個測試點(diǎn)。

　　2）下面通過對比來說明運(yùn)用電子產(chǎn)品功能測試平臺搭建測試系統(tǒng)的優(yōu)越性。

　　·人工測試方法

　　通過使用便攜式傳統(tǒng)儀器，對每塊電路板進(jìn)行手動測試，同時人工記錄每次測試數(shù)據(jù)。采用這種方式弊端很多：一方面測試效率低下，另一方面測試精度很難保證，最終直接導(dǎo)致開發(fā)周期和進(jìn)度很難把控，整個系統(tǒng)開發(fā)質(zhì)量體系很難建立。

　　·自動化測試方法

　　常見的是通過VXI總線方式，使用各種便攜式傳統(tǒng)儀器，通過各種儀器總線，如GPIB、CAN和LAN等，再編制各種儀器控制面板軟件并逐一進(jìn)行測試。再有就是不使用測試平臺，對各種儀器的控制、繼承性和維護(hù)性很差，也會造成開發(fā)成本增加，開發(fā)周期延長。

　　·自動化測試方法

　　首先由于使用PXI總線，采用虛擬儀器技術(shù)，使得我們的測試系統(tǒng)具有靈活性、高穩(wěn)定性、強(qiáng)通用性。另外，通過使用我們的電子產(chǎn)品功能測試平臺。編寫對應(yīng)的測試包，包括測試步驟和路由信息配置以及測試數(shù)據(jù)報表格式等。另外一個主要的工作就是去設(shè)計UUT（被測板）與ATE（各種儀器）之間的調(diào)理模塊。這部分工作隨著我們平臺配套的硬件調(diào)理模塊的日趨完善和成熟，會進(jìn)一步縮短整個測試系統(tǒng)搭建的開發(fā)周期。

　　6.結(jié)束語

　　·面對電子產(chǎn)品功能測試的挑戰(zhàn)，需要相適應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)；

　　·PXI總線技術(shù)在通用電子產(chǎn)品功能測試平臺中扮演著重要的角色；

　　·基于LabVIEW、VC和TestStand軟件開發(fā)環(huán)境，泛華測控成功開發(fā)出了ETP平臺；

　　·ETP所支持的硬件和測試信號類型可進(jìn)一步擴(kuò)充；

　　·ETP已經(jīng)被成功地應(yīng)用到實際項目中。