摘 要： 為保證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，測試管理人員和工程師們在設(shè)計驗證、終端產(chǎn)品測試、設(shè)備維修診斷等應(yīng)用領(lǐng)域都采用了自動化測試系統(tǒng)，它已迅速成為產(chǎn)品開發(fā)流程中的一個重要部分。本文介紹了從測試系統(tǒng)設(shè)計的挑戰(zhàn)到NI為客戶提供的模塊化架構(gòu)解析，其中包括：測試管理層，應(yīng)用開發(fā)軟件層，系統(tǒng)服務(wù)與驅(qū)動程序?qū)右约疤幚砜偩€平臺層和模塊化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化測試系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞： 下一代自動化測試系統(tǒng)；自動化測試策略；模塊化儀器；測試結(jié)構(gòu)
?
自動化測試系統(tǒng)的設(shè)計挑戰(zhàn)
測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)計驗證、終端產(chǎn)品測試、設(shè)備維修診斷等)都采用了自動化測試系統(tǒng)。由于設(shè)計周期的后期產(chǎn)品瑕疵檢測的成本呈上升趨勢，使得自動化測試系統(tǒng)迅速成為產(chǎn)品開發(fā)流程中的一個重要部分。本文提出了需要減少測試成本和時間的問題，介紹了測試管理人員和工程師們?nèi)绾瓮ㄟ^建立模塊化軟件定義型測試系統(tǒng)來解決這些問題。這種測試系統(tǒng)在減少總體成本的同時，顯著提高了測試系統(tǒng)的吞吐量和靈活性。
如今的測試工程師們面臨著一系列新的壓力：
· 產(chǎn)品設(shè)計比前幾代更為復(fù)雜
· 為了保持競爭力并滿足客戶要求，開發(fā)周期要求越來越短
· 產(chǎn)品測試成本越來越高，而預(yù)算越來越少
日益增加的測試成本和日益減少的測試預(yù)算
為了應(yīng)對器件復(fù)雜性增加、開發(fā)周期縮短和預(yù)算減少的挑戰(zhàn)，測試管理人員和工程師們被迫放棄傳統(tǒng)的測試設(shè)計策略，即基于傳統(tǒng)箱式儀器或“大鐵塊”式的私有ATE系統(tǒng)。因為這些獨(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，只能由廠商通過固件更新。這樣，儀器固件中沒有定義的測試以及新標(biāo)準(zhǔn)的測試就難以執(zhí)行；或者當(dāng)要求變化時，也難以對系統(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)品芯片測試儀)能提供所需性能，但成本相當(dāng)高，可能會被工程團(tuán)隊廢棄，過早地進(jìn)行系統(tǒng)再設(shè)計。
針對這些情況，測試管理人員和工程師們正在實現(xiàn)模塊化軟件定義型測試結(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，以及各個產(chǎn)品階段
· 高性能的結(jié)構(gòu)：可以顯著增加測試系統(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、高速模擬和數(shù)字信號以及射頻信號的生成與分析
· 更低的測試系統(tǒng)投資：減少最初資本投資和維護(hù)成本，同時提高多種測試要求中的設(shè)備使用率
· 更長的測試系統(tǒng)壽命：基于廣泛采納的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，允許通過技術(shù)升級來改進(jìn)性能以滿足將來的測試需求
NI公司作為自動化測試領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，致力于為產(chǎn)品工程師們設(shè)計提供新一代自動化測試系統(tǒng)所需要的硬件和軟件。這本開發(fā)者指南包含了設(shè)計新一代自動化測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所需要的信息。如圖1所示的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為工程師們提供了相關(guān)策略，以應(yīng)對器件復(fù)雜性的增加、開發(fā)周期的縮短、預(yù)算的降低等一系列挑戰(zhàn)?！?/FONT>
?
?
自動化測試系統(tǒng)管理軟件
自動化測試系統(tǒng)需要實現(xiàn)多種任務(wù)和測量功能。這些任務(wù)和功能中，一些與待測設(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，并且保證測試系統(tǒng)的壽命，實現(xiàn)DUT級別的任務(wù)與系統(tǒng)級別的任務(wù)相分離的測試策略十分重要。這樣工程師們在整個開發(fā)周期中可以迅速地重用、維護(hù)并修改測試程序（或者模塊），以滿足特定的測試需求。
在所有的測試系統(tǒng)中，都存在根據(jù)待測設(shè)備的不同而采取的不同操作，也存在著對于待測設(shè)備通用的操作。
? 對于設(shè)備的不同操作：
· 儀器配置
· 測量
· 數(shù)據(jù)采集
· 結(jié)果分析
· 校準(zhǔn)
· 測試模塊
對于設(shè)備通用的操作：
· 操作界面
· 用戶管理
· DUT跟蹤
· 測試流程控制
· 存儲結(jié)果
· 測試報告
為了使生產(chǎn)效率達(dá)到最大化，工程團(tuán)隊?wèi)?yīng)該利用商業(yè)上可用的測試管理軟件(例如NI TestStand軟件)，來減少對于每個設(shè)備的通用操作的開發(fā)。通過利用這款軟件，工程師們可以專注于對各設(shè)備專有操作的開發(fā)。
應(yīng)用開發(fā)軟件
在測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用開發(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，測試系統(tǒng)開發(fā)者可以與各種各樣的儀器通信、集成測量、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。
測量和控制服務(wù)
測量和控制服務(wù)提供對系統(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。測量和控制服務(wù)還通過應(yīng)用編程接口(API)提供了對應(yīng)用開發(fā)軟件層的集成，這樣開發(fā)者可以很容易地對他們的設(shè)備進(jìn)行編程。實際上，這種服務(wù)軟件的部件——硬件驅(qū)動程序、應(yīng)用編程接口(API)和配置管理器必須無縫集成到ADE中，從而使得性能最大化，提高開發(fā)生產(chǎn)率，減少總維護(hù)成本。
計算和測量總線
每個自動化測試系統(tǒng)的核心部件都是計算機(jī)(包括臺式個人計算機(jī)、服務(wù)器工作站、便攜式電腦或者嵌入式計算機(jī)等，與PXI和VXI配合使用）。使用計算式平臺的一個重要方面就是可以與測試系統(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，對于特定的應(yīng)用，一些總線比另一些更加合適。
個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，以滿足不斷增長的帶寬需求，同時在軟件上對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和帶寬性能。
?
測量和設(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：兩種都具有測量硬件、機(jī)箱、電源、總線、處理器、操作系統(tǒng)和用戶接口。
?
從硬件上講，兩種構(gòu)架最明顯的區(qū)別在于部件的組織。對于每個分離的儀器，傳統(tǒng)的或者獨(dú)立的儀器把所有的部件都放在同一個箱子里，儀器的測量功能、分析、顯示以及對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量硬件。通過模塊化的、軟件定義的方法，用戶可以進(jìn)行自定義測量、為新興的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量或者當(dāng)需求改變（如添加儀器、通道或者新型測量）時修改系統(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)計新一代自動化測試系統(tǒng)
設(shè)備復(fù)雜性增加、開發(fā)周期縮短和預(yù)算降低使得工程團(tuán)隊重新評估現(xiàn)有的自動化測試策略，并且尋找出提高效率、減少成本的方法。在設(shè)計新一代自動化測試系統(tǒng)時，采用增加系統(tǒng)靈活性、提高測量和吞吐量性能、降低成本并且延長壽命的策略是非常重要的。
模塊化的軟件定義型自動化測試系統(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。模塊化的硬件平臺基于廣泛采用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(諸如PXI等)，允許工程師們開發(fā)可擴(kuò)展的測試系統(tǒng)，將各個儀器供應(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)隊集成現(xiàn)有的設(shè)備投資來降低實現(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)的軟件定義型測量，新一代自動化測試系統(tǒng)可以顯著提高吞吐量，并且可通過擴(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)實現(xiàn)了模塊化軟件定義型測試系統(tǒng)策略，而且得到了這種策略對他們投資的回報。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)計的測試系統(tǒng)是前一代測試系統(tǒng)速度的兩倍。美國空軍(The U.S. Air Force)開發(fā)測試構(gòu)架為他們的高級戰(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)備測試系統(tǒng)，超出了每周測試83 000臺設(shè)備的要求，并且超出了產(chǎn)量要求的95%。