析通用電子產品功能測試平臺設計方案

　　1.概述

　　1.1背景

　　1.1.1目前現狀

　　縱觀國內外的電子產品測試系統，普遍存在以下幾點問題：

　　1）整個大系統的測試任務中，其統一性與整體性缺乏體系支持；

　　2）測試工藝、流程、標準不統一；

　　3）測試模塊的通用性、可移植性、可擴展性、可維護性較差；

　　4）測試人員問的素質不一；

　　5）不同人員測試不同階段，信息交流的程度不同；

　　6）測試數據的組織、存儲、管理和使用較為混亂，數字化程度較低；

　　7）數據的有效性、可靠性、可追溯性、共享度以及對數據的分析能力較差；

　　8）數據對于產生、審批、發(fā)布、變更、流通的支持度不夠；

　　9）生產效率偏低，導致單位生產成本較高。

　　以上問題的出現，會降低電子產品的研制效率，導致項目進度不可控，產品質量保證難度加大。

　　1.1.2未來發(fā)展

　　新一代電子產品測試系統會朝著通用化、標準化、組合化、網絡化的方向進行發(fā)展。結合現代自動測試技術的發(fā)展，現代電子產品測試系統的測試技術必將產生深刻的變革，這主要表現在四個方面：

　　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（Computer）和測量（Measurement）；

　　2）測試平臺上，采用虛擬儀器技術；

　　3）測試管理上，運用網絡化技術；

　　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。

　　1.2意義

　　軟件自動化測試

　　自動化測試是把以人為驅動的測試行為轉化為機器執(zhí)行的一種過程。通常，在設計了測試用例并通過評審之后，由測試人員根據測試用例中描述的規(guī)程一步步執(zhí)行測試，得到實際結果與期望結果的比較。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，在充分考慮當前電子產品測試存在問題的基礎上，結合新一代電子產品測試系統的發(fā)展特點，我們開發(fā)了電子產品功能測試軟件平臺（ElectronicTestPlatform，以下簡稱ETP），從而為構建通用電子產品功能測試平臺提供了很好的解決方案。圖1為通用電子產品功能測試系統原理圖。

　　2.ATLAS介紹

　　2.1 ATLAS特性

　　ATLAS（Abbreviated Test Language for All Systems）是一個被廣泛應用于軍事和電子測試領域的通用標準測試語言。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，并且它能在ATS上執(zhí)行。

　　Atlas客戶端腳本框架是可擴展的，100%面向對象的JavaScript客戶端腳本框架，允許開發(fā)這很容易地構建擁有豐富的UI工能并且可以連接Web Services的Ajax風格瀏覽器應用程序。使用Atlas，開發(fā)者可以使用DHTML、JavaScript和XMLHTTP來編寫Web應用程序，而無須掌握這些技術的細節(jié)。

　　Atlas客戶端腳本框架可以在所有的現代瀏覽器上運行，而不需要Web服務器。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計語言相比具有如下一些特點：

　　1）設備無關性，即在用戶寫的ATLAS程序中不出現任何具體設備，只有測試需求；

　　2）信號相關性，ATLAS程序員書寫的測試程序都是面向信號的；

　　3）可擴展性，允許用戶擴展ATLAS標準中沒有的名詞、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，CNX儀器端被測端$

　　語句：APPLY，AC SIGNAL，VOLTAGE 115V，FREQ400HZ，CURRENT MAX 2A，CNX HI J32-3-A23$

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

　　3.IVI介紹

　　3.1 IVI系統結構

　　為了實現互換性，IVI基金會將同類儀器的共性提取出來，并作了規(guī)范。目前已經發(fā)布的八類儀器規(guī)范是：示波器（IviScope）、數字萬用表（IviDmm）、信號發(fā)生器（IviF-Gen）、直流電源（IviDCPower）、開關矩陣／多路復用器（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動程序（IVI ClassDriver）。每類驅動程序包含了該類儀器通用的各種屬性和操作函數。運行時，驅動程序通過調用每臺儀器的專用驅動程序（IVI Specific Driver）中相應的函數來控制儀器。

　　IVI系統正在飛速發(fā)展。先進的導航系統需要整合實時交通信息、個人興趣點以及好友位置等，甚至將汽車擴展到新興Web 2.0網絡時代，為消費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，讓移動設備與音響主機采用相同架構，以便應用程序能在這兩種平臺之間輕松遷移。構建新平臺的首要考慮點在于連接性、多媒體、上市速度以及總體擁有成本（TCO）。

　　連接性極為重要，它是指將互聯網功能盡可能透明地引入汽車，以支持消費者輕松訪問基于Web的應用、數據和多媒體。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及部署IVI系統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，能夠隨新應用輕松實現升級。目前在IVI領域，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、驅動程序和中間件層面實現更多的“復用”，同時還能顯著降低其驗證成本。

　　在操作系統、驅動程序和中間件等平臺構建模塊方面的投資，使得英特爾將突破性功能運用到了IVI解決方案中。結合英特爾45納米工藝技術的突破性功能，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)化架構和整體平臺部署方案，提升性能、降低功耗。

　　多媒體、消費電子設備、聯網以及汽車業(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)緊隨全新消費電子和互聯網技術的發(fā)展步伐，支持用戶隨身攜帶、隨處享受數字生活方式。

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

　　3.2 IVI驅動特性

　　1）互換性。IVI驅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驅動程序都使用通用的接口，易于理解，也就不再要求應用程序的開發(fā)人員必須掌握某一特定儀器的編程方法，從而使系統開發(fā)獲得了更大的硬件獨立性。b）降低了系統的維護和升級費用。IVI構架允許部門和設備之間方便地復用及共享測試代碼，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驅動程序的模擬功能來開發(fā)、調試應用程序，還可以使用美國國家儀器公司提供的類模擬驅動程序以獲得更強大的模擬功能。

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

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

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

　　4.測試平臺介紹

　　電子產品功能測試平臺所利用的軟件開發(fā)平臺為ETP，其開發(fā)與設計均在泛華測控“柔性測試”技術的核心理念指導下進行的。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構的測試活動開展更加過程化，這很符合CMMI過程改進的思想。根據OppenheimerFunds的調查，在2001年前后的3年中，全球范圍內由于采用了測試自動化手段所實現的投資回報率高達1500％。

　　1）ETP軟件平臺介紹

　　圖2是ETP軟件架構示意圖。上層管理軟件ETP采用C++編程。底層驅動管理模塊SEE（SignaI ExecuteEngine）采用LabVIEW編程。上層管理軟件通過調用SEE實現測試測量的功能。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（測試結果）。在底層驅動中，我們支持NI系列的數據采集卡、數字萬用表、波形發(fā)生器、數字示波器等各種儀器。

　　ETP系統主要有兩大功能， 一是對變配電站內失電、缺相或者超過設定閥值的情況通過無線網絡進行報警， 二是采集變配電站的各種運行數據，進行實時監(jiān)控，可實現故障分析、電量統計等功能，有利于電能調度，提高了供電質量。

　　ETP系統是完全國產的變電站智能運維系統，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，結合其提供的變電站集中智能監(jiān)測運行服務，為社會提供用電服務外包。采用該系統和服務后，用戶可以將變電站外包給第三方進行維護，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，同時也更有效的保障了電力運行的安全。

　　2）ETP調理模塊介紹

　　ETP調理模塊的各調理單元的主要功能如下：

　　·開關卡目前設計的是2×8的矩陣開關，輸入接口是USB接口，輸出接口是SMA接口。另外，可以根據實際需要，組合不同的拓撲結構，比如使用兩塊開關卡，可以組成2×16或4×8的矩陣開關。

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

　　·DO調理卡是數字信號輸出調理板，它是把NI卡的數字J／O口的數據隔離后輸出到被測板，或控制繼電器輸出；同時可實現多種輸出類型，測試和控制多種被測對象。

　　·CTV調理卡是電流電壓檢測調理板，它被設計為電源電壓、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備把電源電壓降到100V以內才能進入CTV板。

　　·SAS調理卡是標準模擬傳感器信號調理板，電流檢測設計有電流變送電路，它可以測試溫度和壓力信號，通過電流變送電流轉換至標準電流信號，再通過電流轉電壓電流，輸出標準電壓信號。

　　·CD調理卡是編碼器調理板，它主要是實現數字電平轉化。比如，常用的有：正弦信號轉方波信號，再通過施密特觸發(fā)電路，輸出TTL電平。另外，根據實際情況，備選差分轉單端和濾波等電路。

　　3）測試平臺特性

　　a）適應性：

　　·支持近40種信號100余種參數的生成和測量；

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

　　·接口采用模塊化標準設計，保證接口可更換，拆卸方便；

　　·適應于眾多儀器，比如NI系列的數據采集卡、數字萬用表、波形發(fā)生器、數字示波器等各種儀器；另外，可支持PLC、獨立儀器等傳統設備，保證硬件系統具有廣泛的硬件基礎。

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

　　c）拓展性：測試流程編寫、硬件設置只需通過界面操作即可實現。

　　d）可靠性：軟硬件充分考慮異常處理機制，可長時間、連續(xù)地無故障運行。

　　5.測試平臺應用

　　運用電子產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計，采用ETP軟件對各種配置文件進行修改。同時。運用強大的TestStand引擎功能編輯測試流程并進行測試，可以高效地完成測試任務。

　　平臺應用特點如下：

　　·流程清晰；

　　·測試方便；

　　·報表規(guī)范。

　　平臺應用案例

　　案例名稱：某廠氣象雷達電路板測試項目

　　1）某廠氣象雷達電路板測試系統被測對象是13塊電路板。

　　a）硬件配置

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

　　·自制信號調理機箱；

　　·自制信號接口機箱。

　　b）系統組成

　　本系統硬件由工作臺、PXI分系統、電源（交直流電源、同步機等）機柜、測試接口機箱、測試夾具等構成，加上測試軟件，組成完整的測試系統。

　　c）系統特性

　　·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。

　　·測試點數特別多

　　13塊電路板，最少板子的測試點數也要將近100個測試點，最多的板子將近200個測試點。

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

　　·人工測試方法

　　通過使用便攜式傳統儀器，對每塊電路板進行手動測試，同時人工記錄每次測試數據。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，最終直接導致開發(fā)周期和進度很難把控，整個系統開發(fā)質量體系很難建立。

　　·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，使得我們的測試系統具有靈活性、高穩(wěn)定性、強通用性。另外，通過使用我們的電子產品功能測試平臺。編寫對應的測試包，包括測試步驟和路由信息配置以及測試數據報表格式等。另外一個主要的工作就是去設計UUT（被測板）與ATE（各種儀器）之間的調理模塊。這部分工作隨著我們平臺配套的硬件調理模塊的日趨完善和成熟，會進一步縮短整個測試系統搭建的開發(fā)周期。

　　6.結束語

　　·面對電子產品功能測試的挑戰(zhàn)，需要相適應的軟硬件系統；

　　·PXI總線技術在通用電子產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一步擴充；

　　·ETP已經被成功地應用到實際項目中。