通用电子产品功能测试平台设计方案

    本文分析当前电子产品测试中普遍存在的问题，提出一套通用电子产品功能测试平台，利用COM技术实现，所谓COM（Component Object Model，组件对象模型），是一种说明如何建立可动态互变组件的规范，此规范提供了为保证能够互操作，客户和组件应遵循的一些二进制和网络标准。通过这种标准将可以在任意两个组件之间进行通信而不用考虑其所处的操作环境是否相同、使用的开发语言是否一致以及是否运行于同一台计算机。
    1.概述
    1.1背景
    1.1.1目前现状
    纵观国内外的电子产品测试系统，普遍存在以下几点问题：
    1）整个大系统的测试任务中，其统一性与整体性缺乏体系支持；
    2）测试工艺、流程、标准不统一；
    3）测试模块的通用性、可移植性、可扩展性、可维护性较差；
    4）测试人员问的素质不一；
    5）不同人员测试不同阶段，信息交流的程度不同；
    6）测试数据的组织、存储、管理和使用较为混乱，数字化程度较低；
    7）数据的有效性、可靠性、可追溯性、共享度以及对数据的分析能力较差；
    8）数据对于产生、审批、发布、变更、流通的支持度不够；
    9）生产效率偏低，导致单位生产成本较高。
    以上问题的出现，会降低电子产品的研制效率，导致项目进度不可控，产品质量保证难度加大。
    1.1.2未来发展
    新一代电子产品测试系统会朝着通用化、标准化、组合化、网络化的方向进行发展。结合现代自动测试技术的发展，现代电子产品测试系统的测试技术必将产生深刻的变革，这主要表现在四个方面：
    1）测试整体上，要求C3M一体化。C3M指的是控制（Control）、通信（Communication）、计算机（Computer）和测量（Measurement）；
    2）测试平台上，采用虚拟仪器技术；
    3）测试管理上，运用网络化技术；
    4）测试信息处理上，采用智能传感器信息处理和多传感器信息融合技术。
    1.2意义
    软件自动化测试
    自动化测试是把以人为驱动的测试行为转化为机器执行的一种过程。通常，在设计了测试用例并通过评审之后，由测试人员根据测试用例中描述的规程一步步执行测试，得到实际结果与期望结果的比较。在此过程中，为了节省人力、时间或硬件资源，提高测试效率，便引入了自动化测试的概念。另外，在充分考虑当前电子产品测试存在问题的基础上，结合新一代电子产品测试系统的发展特点，我们开发了电子产品功能测试软件平台（Electronic Test Platform，以下简称ETP），从而为构建通用电子产品功能测试平台提供了很好的解决方案。图1为通用电子产品功能测试系统原理图。

    2.ATLAS介绍
    2.1 ATLAS特性
    ATLAS（Abbreviated Test Language for All Systems）是一个被广泛应用于军事和电子测试领域的通用标准测试语言。用这个语言编写的测试程序不依赖于任何特殊的被测系统，并且它能在ATS上执行。
    Atlas客户端脚本框架是可扩展的，100%面向对象的JavaScript客户端脚本框架，允许开发这很容易地构建拥有丰富的UI工能并且可以连接Web Services的Ajax风格浏览器应用程序。使用Atlas，开发者可以使用DHTML、JavaScript和XMLHTTP来编写Web应用程序，而无须掌握这些技术的细节。
    Atlas客户端脚本框架可以在所有的现代浏览器上运行，而不需要Web服务器。它还完全不需要安装，只要在页面中引用正确的脚本文件即可。 该语言与一般的程序设计语言相比具有如下一些特点：
    1）设备无关性，即在用户写的ATLAS程序中不出现任何具体设备，只有测试需求；
    2）信号相关性，ATLAS程序员书写的测试程序都是面向信号的；
    3）可扩展性，允许用户扩展ATLAS标准中没有的名词、名词修饰词以及量纲等成份；
    4）并行性和定时功能，ATLAS中的某些测试语句需要并行执行，还有一些语句需要在特定的时刻才能被启动；
    5）语法接近于自然语言。文法限制不严格。
    ATLAS语言从语义上可以分为常规语言部分、信号和总线部分。常规语言部分类似于一个完整的过程式语言，展现了ATLAS语言作为测试语言的特性。
    2.2 ATLAS描述
    ATLAS测试语句基本格式如下所示：
    动作，（信号特征），信号类型USING’虚拟资源’，信号修饰参数，CNX仪器端被测端$
    语句：APPLY，AC SIGNAL，VOLTAGE 115V，FREQ400HZ，CURRENT MAX 2A，CNX HI J32-3-A23$
    意义：在UUT的J32-3-A23$点加载电压为115V、频率为400Hz、电流为2A的信号。
    3.IVI介绍
    3.1 IVI系统结构
    为了实现互换性，IVI基金会将同类仪器的共性提取出来，并作了规范。目前已经发布的八类仪器规范是：示波器（IviScope）、数字万用表 （IviDmm）、信号发生器（IviF-Gen）、直流电源（IviDCPower）、开关矩阵／多路复用器（IviSwitch）、功率表 （IviPwrMeter）、频谱分析仪（IviS-pecAn）和射频信号发生器（IviRFSigGen），其他类型仪器的规范也将被陆续制定发布。每一类的仪器都有各自的类驱动程序（IVI Class Driver）。每类驱动程序包含了该类仪器通用的各种属性和操作函数。运行时，驱动程序通过调用每台仪器的专用驱动程序（IVI Specific Driver）中相应的函数来控制仪器。
    IVI系统正在飞速发展。先进的导航系统需要整合实时交通信息、个人兴趣点以及好友位置等，甚至将汽车扩展到新兴Web 2.0网络时代，为消费者带来新的驾乘体验。为此，有必要建立一款开放、灵活的平台，让移动设备与音响主机采用相同架构，以便应用程序能在这两种平台之间轻松迁移。构建新平台的首要考虑点在于连接性、多媒体、上市速度以及总体拥有成本（TCO）。
    连接性极为重要，它是指将互联网功能尽可能透明地引入汽车，以支持消费者轻松访问基于Web的应用、数据和多媒体。下一代信息娱乐平台必须兼顾功耗、连接性、图形功能和性能、散热和汽车的坚固性需求等各个方面。为此，我们需要采用一种与以往架构及部署IVI系统截然不同的全新方法。
    下一代IVI解决方案必须更具开放性，能够缩短上市时间并支持对应用的集成。此外，该平台必须减少对特定硬件配置的依赖，充分利用软件的灵活性，能够随新应用轻松实现升级。目前在IVI领域，许多厂商正在投入大量资源开发几乎相同的基本功能。采用开放的平台后，这些厂商不仅能在基本操作系统、驱动程序和中间件层面实现更多的“复用”，同时还能显着降低其验证成本。
    在操作系统、驱动程序和中间件等平台构建模块方面的投资，使得英特尔将突破性功能运用到了IVI解决方案中。结合英特尔45纳米工艺技术的突破性功能，英特尔“凌动”处理器家族腾空而出。今后几年，英特尔将继续优化架构和整体平台部署方案，提升性能、降低功耗。
    多媒体、消费电子设备、联网以及汽车业正在迅速融合。一款功能丰富的开放平台将支持汽车行业紧随全新消费电子和互联网技术的发展步伐，支持用户随身携带、随处享受数字生活方式。
    应用程序可以直接调用专用驱动程序来控制仪器。但是为了实现仪器互换，应用程序应该首先调用类驱动程序，类驱动程序检查IVI配置文件以确定应该使用的专用驱动程序。若系统中的仪器被更换，只需适当修改IVI配置文件，而应用程序无须做任何改动，因而实现了测试系统的通用性。
    3.2 IVI驱动特性
    1）互换性。IVI驱动程序的互换性至少为我们带来以下几大好处：a）易于使用。所用的IvI驱动程序都使用通用的接口，易于理解，也就不再要求应用程序的开发人员必须掌握某一特定仪器的编程方法，从而使系统开发获得了更大的硬件独立性。b）降低了系统的维护和升级费用。IVI构架允许部门和设备之间方便地复用及共享测试代码，并且不需使用相同型号仪器硬件。
    2）模拟功能。每个仪器专用驱动程序都具有专门针对本型号仪器的模拟功能。这些模拟功能使得工程师在缺少真实仪器的情况下，可以使用IVI驱动程序的模拟功能来开发、调试应用程序，还可以使用美国国家仪器公司提供的类模拟驱动程序以获得更强大的模拟功能。
    3）状态缓存功能。IVI驱动程序可以保存仪器每一属性设置的当前状态。在当前的测试系统中，影响软件执行速度的瓶颈通常在于仪器与计算机接口总线的传输速率。IVI驱动程序的此项功能大大减少了仪器与计算机之间的通信，从而提升了系统性能。
    4）源码开放。用户可以直接修改IVI驱动程序的源代码，以对其进行优化或添加功能。
    得到大量的驱动程序。除了生产厂商自行开发的IVI驱动程序，NI公司也为各类常用仪器开发了大量IVI驱动程序，这些程序都可以从NI的网站上。此外，NI还提供了用于开发驱动程序的工具包，以简化用户的IVI驱动程序的开发过程。
    4.测试平台介绍
    电子产品功能测试平台所利用的软件开发平台为ETP，其开发与设计均在泛华测控“柔性测试”技术的理念指导下进行的。能否借助于这支外在力量以及如何借助于这支力量来规范企业测试流程、提高特定测试活动的效率，正是本期所要讨论的话题。
    目前，软件测试自动化的研究领域主要集中在软件测试流程的自动化管理以及动态测试的自动化（如单元测试、功能测试以及性能测试方面）。在这两个领域，与手工测试相比，测试自动化的优势是明显的。首先自动化测试可以提高测试效率，使测试人员更加专注于新的测试模块的建立和开发，从而提高测试覆盖率。这个特点在功能测试和回归测试中尤其具有意义；此外，测试流程自动化管理可以使机构的测试活动开展更加过程化，这很符合CMMI过程改进的思想。根据OppenheimerFunds的调查，在2001年前后的3年中，范围内由于采用了测试自动化手段所实现的投资回报率高达1500％。
    1）ETP软件平台介绍
    图2是ETP软件架构示意图。上层管理软件ETP采用C++编程。底层驱动管理模块SEE（SignaI ExecuteEngine）采用LabVIEW编程。上层管理软件通过调用SEE实现测试测量的功能。采用C++开发，使ETP更具平台性和拓展性，直接的优势是运行效率高。软件总体框架是：

    配置文件（资源信息）->ETP引擎->报表文件（测试结果）。在底层驱动中，我们支持NI系列的数据采集卡、数字万用表、波形发生器、数字示波器等各种仪器。
    ETP系统主要有两大功能， 一是对变配电站内失电、缺相或者超过设定阀值的情况通过无线网络进行报警， 二是采集变配电站的各种运行数据，进行实时监控，可实现故障分析、电量统计等功能，有利于电能调度，提高了供电质量。
    ETP系统是完全国产的变电站智能运维系统，由浙江新能量科技有限公司自主研发，获得国家多项，结合其提供的变电站集中智能监测运行服务，为社会提供用电服务外包。采用该系统和服务后，用户可以将变电站外包给第三方进行维护，即可以节约人力成本和用电成本，又能腾出足够的精力于主营业务，同时也更有效的保障了电力运行的安全。
    2）ETP调理模块介绍
    ETP调理模块的各调理单元的主要功能如下：
    ·开关卡目前设计的是2×8的矩阵开关，输入接口是USB接口，输出接口是SMA接口。另外，可以根据实际需要，组合不同的拓扑结构，比如使用两块开关卡，可以组成2×16或4×8的矩阵开关。
    ·DI调理卡是数字信号输入调理板，具备支持多种远程输出类型、光耦隔离、施密特触发的功能。
    ·DO调理卡是数字信号输出调理板，它是把NI卡的数字J／O口的数据隔离后输出到被测板，或控制继电器输出；同时可实现多种输出类型，测试和控制多种被测对象。
    ·CTV调理卡是电流电压检测调理板，它被设计为电源电压、电流的检测电路，能测量工业用的电源电压、电流和功耗。对电压的测量需要外面的降压设备把电源电压降到100V以内才能进入CTV板。
    ·SAS调理卡是标准模拟传感器信号调理板，电流检测设计有电流变送电路，它可以测试温度和压力信号，通过电流变送电流转换至标准电流信号，再通过电流转电压电流，输出标准电压信号。
    ·CD调理卡是编码器调理板，它主要是实现数字电平转化。比如，常用的有：正弦信号转方波信号，再通过施密特触发电路，输出TTL电平。另外，根据实际情况，备选差分转单端和滤波等电路。
    3）测试平台特性
    a）适应性：
    ·支持近40种信号100余种参数的生成和测量；
    ·测试流程自动化。典型单步测试时间≤30ms，满足生产线对测试效率的要求；
    ·接口采用模块化标准设计，保证接口可更换，拆卸方便；
    ·适应于众多仪器，比如NI系列的数据采集卡、数字万用表、波形发生器、数字示波器等各种仪器；另外，可支持PLC、独立仪器等传统设备，保证硬件系统具有广泛的硬件基础。
    b）灵活性：根据客户需求改变测试系统的功能及性能，可自行定义测试步骤、测试参数，支持按需设置外接设备和测试点。
    c）拓展性：测试流程编写、硬件设置只需通过界面操作即可实现。
    d）可靠性：软硬件充分考虑异常处理机制，可长时间、连续地无故障运行。
    5.测试平台应用
    运用电子产品功能测试平台的项目开发流程如图3所示。我们通过客户提供的测试需求，即时地做出软硬件设计，采用ETP软件对各种配置文件进行修改。同时。运用强大的TestStand引擎功能编辑测试流程并进行测试，可以高效地完成测试任务。

    平台应用特点如下：
    ·流程清晰；
    ·测试方便；
    ·报表规范。
    平台应用
    名称：某厂气象雷达电路板测试项目
    1）某厂气象雷达电路板测试系统被测对象是13块电路板。
    a）硬件配置
    ·PXI-8106、DMM-4070、FGEN-5421、DSO-5112、PXI-6509、PXI-6713、PXI-8421；
    ·自制信号调理机箱；
    ·自制信号接口机箱。
    b）系统组成
    本系统硬件由工作台、PXI分系统、电源（交直流电源、同步机等）机柜、测试接口机箱、测试夹具等构成，加上测试软件，组成完整的测试系统。
    c）系统特性
    ·测试信号类型多
    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。
    ·测试点数特别多
    13块电路板，少板子的测试点数也要将近100个测试点，多的板子将近200个测试点。
    2）下面通过对比来说明运用电子产品功能测试平台搭建测试系统的优越性。
    ·人工测试方法
    通过使用便携式传统仪器，对每块电路板进行手动测试，同时人工记录每次测试数据。采用这种方式弊端很多：一方面测试效率低下，另一方面测试精度很难保证，终直接导致开发周期和进度很难把控，整个系统开发质量体系很难建立。
    ·自动化测试方法
    常见的是通过VXI总线方式，使用各种便携式传统仪器，通过各种仪器总线，如GPIB、CAN和LAN等，再编制各种仪器控制面板软件并逐一进行测试。再有就是不使用测试平台，对各种仪器的控制、继承性和维护性很差，也会造成开发成本增加，开发周期延长。
    ·自动化测试方法
    首先由于使用PXI总线，采用虚拟仪器技术，使得我们的测试系统具有灵活性、高稳定性、强通用性。另外，通过使用我们的电子产品功能测试平台。编写对应的测试包，包括测试步骤和路由信息配置以及测试数据报表格式等。另外一个主要的工作就是去设计UUT（被测板）与ATE（各种仪器）之间的调理模块。这部分工作随着我们平台配套的硬件调理模块的日趋完善和成熟，会进一步缩短整个测试系统搭建的开发周期。
    6.结束语
    ·面对电子产品功能测试的挑战，需要相适应的软硬件系统；
    ·PXI总线技术在通用电子产品功能测试平台中扮演着重要的角色；
    ·基于LabVIEW、VC和TestStand软件开发环境，泛华测控成功开发出了ETP平台；
    ·ETP所支持的硬件和测试信号类型可进一步扩充；
    ·ETP已经被成功地应用到实际项目中。