摘 要： 為保證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，測(cè)試管理人員和工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)驗(yàn)證,、終端產(chǎn)品測(cè)試,、設(shè)備維修診斷等應(yīng)用領(lǐng)域都采用了自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng),，它已迅速成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中的一個(gè)重要部分,。本文介紹了從測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)到NI為客戶提供的模塊化架構(gòu)解析,，其中包括：測(cè)試管理層,，應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件層,，系統(tǒng)服務(wù)與驅(qū)動(dòng)程序?qū)右约疤幚砜偩€平臺(tái)層和模塊化I/O與儀器控制,，以幫助客戶構(gòu)造屬于自己的下一代自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng),。
關(guān)鍵詞： 下一代自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)；自動(dòng)化測(cè)試策略,；模塊化儀器,；測(cè)試結(jié)構(gòu)
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自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
測(cè)試管理人員和工程師們?yōu)榱吮ＷC產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，在各種應(yīng)用領(lǐng)域(設(shè)計(jì)驗(yàn)證,、終端產(chǎn)品測(cè)試,、設(shè)備維修診斷等)都采用了自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。由于設(shè)計(jì)周期的后期產(chǎn)品瑕疵檢測(cè)的成本呈上升趨勢(shì),，使得自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)迅速成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中的一個(gè)重要部分,。本文提出了需要減少測(cè)試成本和時(shí)間的問(wèn)題，介紹了測(cè)試管理人員和工程師們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)建立模塊化軟件定義型測(cè)試系統(tǒng)來(lái)解決這些問(wèn)題,。這種測(cè)試系統(tǒng)在減少總體成本的同時(shí),，顯著提高了測(cè)試系統(tǒng)的吞吐量和靈活性。
如今的測(cè)試工程師們面臨著一系列新的壓力：
· 產(chǎn)品設(shè)計(jì)比前幾代更為復(fù)雜
· 為了保持競(jìng)爭(zhēng)力并滿足客戶要求,，開(kāi)發(fā)周期要求越來(lái)越短
· 產(chǎn)品測(cè)試成本越來(lái)越高,，而預(yù)算越來(lái)越少
日益增加的測(cè)試成本和日益減少的測(cè)試預(yù)算
為了應(yīng)對(duì)器件復(fù)雜性增加、開(kāi)發(fā)周期縮短和預(yù)算減少的挑戰(zhàn),，測(cè)試管理人員和工程師們被迫放棄傳統(tǒng)的測(cè)試設(shè)計(jì)策略,，即基于傳統(tǒng)箱式儀器或“大鐵塊”式的私有ATE系統(tǒng)。因?yàn)檫@些獨(dú)立的儀器缺少軟件處理所必需的靈活性,，而且用戶接口由廠商定義,，只能由廠商通過(guò)固件更新。這樣,，儀器固件中沒(méi)有定義的測(cè)試以及新標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試就難以執(zhí)行,；或者當(dāng)要求變化時(shí)，也難以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改,。由于這些器件最初是作為獨(dú)立儀器而設(shè)計(jì)的,，缺少必要的集成能力，如數(shù)據(jù)流和同步功能。私有的ATE系統(tǒng)(如高度集成產(chǎn)品芯片測(cè)試儀)能提供所需性能,，但成本相當(dāng)高,，可能會(huì)被工程團(tuán)隊(duì)廢棄，過(guò)早地進(jìn)行系統(tǒng)再設(shè)計(jì),。
針對(duì)這些情況,，測(cè)試管理人員和工程師們正在實(shí)現(xiàn)模塊化軟件定義型測(cè)試結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)基于廣泛采納的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，它可以提供：
· 更高的測(cè)試系統(tǒng)靈活性：可擴(kuò)展至多種應(yīng)用,、業(yè)務(wù)部門，以及各個(gè)產(chǎn)品階段
· 高性能的結(jié)構(gòu)：可以顯著增加測(cè)試系統(tǒng)吞吐量,，并提供與不同儀器廠商之間的密切聯(lián)系和集成,，包括精密直流信號(hào)、高速模擬和數(shù)字信號(hào)以及射頻信號(hào)的生成與分析
· 更低的測(cè)試系統(tǒng)投資：減少最初資本投資和維護(hù)成本,，同時(shí)提高多種測(cè)試要求中的設(shè)備使用率
· 更長(zhǎng)的測(cè)試系統(tǒng)壽命：基于廣泛采納的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，允許通過(guò)技術(shù)升級(jí)來(lái)改進(jìn)性能以滿足將來(lái)的測(cè)試需求
NI公司作為自動(dòng)化測(cè)試領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，致力于為產(chǎn)品工程師們?cè)O(shè)計(jì)提供新一代自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)所需要的硬件和軟件,。這本開(kāi)發(fā)者指南包含了設(shè)計(jì)新一代自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所需要的信息,。如圖1所示的測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為工程師們提供了相關(guān)策略,，以應(yīng)對(duì)器件復(fù)雜性的增加,、開(kāi)發(fā)周期的縮短、預(yù)算的降低等一系列挑戰(zhàn),?！?/FONT>
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自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)管理軟件
自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)多種任務(wù)和測(cè)量功能。這些任務(wù)和功能中,，一些與待測(cè)設(shè)備（DUT）相關(guān),，而另一些則通用。為了把維護(hù)費(fèi)用降至最低,，并且保證測(cè)試系統(tǒng)的壽命,，實(shí)現(xiàn)DUT級(jí)別的任務(wù)與系統(tǒng)級(jí)別的任務(wù)相分離的測(cè)試策略十分重要。這樣工程師們?cè)谡麄€(gè)開(kāi)發(fā)周期中可以迅速地重用,、維護(hù)并修改測(cè)試程序（或者模塊）,，以滿足特定的測(cè)試需求。
在所有的測(cè)試系統(tǒng)中,，都存在根據(jù)待測(cè)設(shè)備的不同而采取的不同操作,，也存在著對(duì)于待測(cè)設(shè)備通用的操作。
? 對(duì)于設(shè)備的不同操作：
· 儀器配置
· 測(cè)量
· 數(shù)據(jù)采集
· 結(jié)果分析
· 校準(zhǔn)
· 測(cè)試模塊
對(duì)于設(shè)備通用的操作：
· 操作界面
· 用戶管理
· DUT跟蹤
· 測(cè)試流程控制
· 存儲(chǔ)結(jié)果
· 測(cè)試報(bào)告
為了使生產(chǎn)效率達(dá)到最大化,，工程團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該利用商業(yè)上可用的測(cè)試管理軟件(例如NI TestStand軟件)，來(lái)減少對(duì)于每個(gè)設(shè)備的通用操作的開(kāi)發(fā),。通過(guò)利用這款軟件,，工程師們可以專注于對(duì)各設(shè)備專有操作的開(kāi)發(fā),。
應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件
在測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境ADE(如NI公司的LabVIEW和LabWindows/CVI)扮演了關(guān)鍵角色,。利用這些工具,，測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者可以與各種各樣的儀器通信、集成測(cè)量,、顯示信息,、與其他應(yīng)用連接等。理想的ADE需要滿足易用性,、高效編譯性,、與多種I/O集成以及編程靈活性等一系列應(yīng)用要求。
測(cè)量和控制服務(wù)
測(cè)量和控制服務(wù)提供對(duì)系統(tǒng)中各種硬件資源的連接,、系統(tǒng)配置和診斷工具等,，其作用至關(guān)重要。測(cè)量和控制服務(wù)還通過(guò)應(yīng)用編程接口(API)提供了對(duì)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件層的集成,，這樣開(kāi)發(fā)者可以很容易地對(duì)他們的設(shè)備進(jìn)行編程,。實(shí)際上，這種服務(wù)軟件的部件——硬件驅(qū)動(dòng)程序,、應(yīng)用編程接口(API)和配置管理器必須無(wú)縫集成到ADE中,，從而使得性能最大化，提高開(kāi)發(fā)生產(chǎn)率,，減少總維護(hù)成本,。
計(jì)算和測(cè)量總線
每個(gè)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的核心部件都是計(jì)算機(jī)(包括臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器工作站,、便攜式電腦或者嵌入式計(jì)算機(jī)等,，與PXI和VXI配合使用）。使用計(jì)算式平臺(tái)的一個(gè)重要方面就是可以與測(cè)試系統(tǒng)中各種各樣的儀器進(jìn)行連接和通信?，F(xiàn)在有多種不同的儀器總線用于單獨(dú)或模塊化儀器,，包括GPIB、USB,、LAN,、PCI和PCI Express等。這些總線功能不同,，對(duì)于特定的應(yīng)用,，一些總線比另一些更加合適。
個(gè)人電腦的廣泛使用促進(jìn)了高性能內(nèi)部總線的不斷進(jìn)步,，其中包括PCI和PCI Express總線,，兩者具有最低的延時(shí)和最高的數(shù)據(jù)吞吐量或帶寬。PCI總線提供了高達(dá)132MB/s的總線帶寬，而PCI Express總線作為PCI總線的進(jìn)化版,，可提供4GB/s的帶寬,，以滿足不斷增長(zhǎng)的帶寬需求，同時(shí)在軟件上對(duì)PCI總線完全兼容,。圖2解釋了最流行的儀器控制總線的延時(shí)和帶寬性能,。
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測(cè)量和設(shè)備I/O
目前有兩種類型的儀器構(gòu)架，即傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器,。圖3解釋了這兩種架構(gòu)的相似性：兩種都具有測(cè)量硬件,、機(jī)箱、電源,、總線,、處理器、操作系統(tǒng)和用戶接口,。
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從硬件上講,，兩種構(gòu)架最明顯的區(qū)別在于部件的組織。對(duì)于每個(gè)分離的儀器,，傳統(tǒng)的或者獨(dú)立的儀器把所有的部件都放在同一個(gè)箱子里,，儀器的測(cè)量功能、分析,、顯示以及對(duì)儀器的控制都由供應(yīng)商定義,。
與之相反，模塊化軟件定義型虛擬儀器集成了通用的測(cè)量硬件,。通過(guò)模塊化的,、軟件定義的方法，用戶可以進(jìn)行自定義測(cè)量,、為新興的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量或者當(dāng)需求改變（如添加儀器,、通道或者新型測(cè)量）時(shí)修改系統(tǒng)。這種靈活的,、用戶定義型軟件與可擴(kuò)展的硬件組合是模塊化儀器的核心,。
設(shè)計(jì)新一代自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)
設(shè)備復(fù)雜性增加、開(kāi)發(fā)周期縮短和預(yù)算降低使得工程團(tuán)隊(duì)重新評(píng)估現(xiàn)有的自動(dòng)化測(cè)試策略,，并且尋找出提高效率,、減少成本的方法。在設(shè)計(jì)新一代自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)時(shí),，采用增加系統(tǒng)靈活性,、提高測(cè)量和吞吐量性能、降低成本并且延長(zhǎng)壽命的策略是非常重要的,。
模塊化的軟件定義型自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)克服了以往基于獨(dú)立式儀器或成本高昂的私有ATE系統(tǒng)解決方案的不足之處,。模塊化的硬件平臺(tái)基于廣泛采用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)(諸如PXI等),，允許工程師們開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展的測(cè)試系統(tǒng)，將各個(gè)儀器供應(yīng)商提供的功能緊密地集成到一起,。另外,，它還允許工程團(tuán)隊(duì)集成現(xiàn)有的設(shè)備投資來(lái)降低實(shí)現(xiàn)的初始成本。利用最新的PC技術(shù)(如多核處理器和PCI Express總線)的軟件定義型測(cè)量,，新一代自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)可以顯著提高吞吐量，并且可通過(guò)擴(kuò)展以滿足不同產(chǎn)品階段和業(yè)務(wù)部門的需求,。
許多公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了模塊化軟件定義型測(cè)試系統(tǒng)策略,，而且得到了這種策略對(duì)他們投資的回報(bào)。例如,，微軟公司在NI LabVIEW和PXI模塊化儀器的基礎(chǔ)上,，為Xbox 360控制器設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)是前一代測(cè)試系統(tǒng)速度的兩倍。美國(guó)空軍(The U.S. Air Force)開(kāi)發(fā)測(cè)試構(gòu)架為他們的高級(jí)戰(zhàn)斗機(jī)提供支持,，利用基于PC機(jī)的軟件和硬件構(gòu)架,，降低了成本，并且把測(cè)試系統(tǒng)的尺寸減小了一半,。Sanmina-SCI公司利用NI TestStand和PXI產(chǎn)品構(gòu)建了FDA認(rèn)可的藥品設(shè)備測(cè)試系統(tǒng),，超出了每周測(cè)試83 000臺(tái)設(shè)備的要求，并且超出了產(chǎn)量要求的95%,。