如何構建通用電子產品功能測試平臺

本文分析當前電子產品測試中普遍存在的問題，提出一套通用電子產品功能測試平臺，利用COM技術實現基于TestStand引擎開發測試系統的流程編輯和執行功能，并結合國際上通用的ATLAS測試語言和IVI規范分別進行測試流程和儀器驅動的管理。近年來，測試平臺在多個項目中得到了實際應用，其中資源共享優勢已經得到了客戶們的充分認可。

　　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展。

　　結合現代自動測試技術的發展，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

　　自動化測試系統(ATS，Automatic Test System)確保電子產品設計合理，節約生產調試成本．提高產品的自我保障能力，使整個產品處于最佳工作狀態，這極為重要。測試儀器的可互換性 (IVI，Interchangeable Virtual Instru-ment)和測試程序集(TPS，Test Program Set)的重用性、可移植性是通用ATS的重要指標。當前ATS的開發方式有面向儀器和面向信號兩種。面向儀器的TPS開發基于測試儀器，很難從本質上反映被測設備的測試需求，加上測試儀器種類繁多且功能各異，因此，很難實現儀器的互換。軟件平臺的通用性較差。面向信號的開發方式基于被測對象 (UUT，Unit Under Test)的測試需求和測試資源的測試／激勵能力，解決了需求與供應之間的矛盾，通用性較強。應用在ATS中的軟件技術經歷了過程編程語言(如C)、 Windows DLL、面向對象編程、組件對象模型(COM)的漫長發展過程。COM采用面向對象的軟件設計思想。以標準接口提供功能調用，實現了程序的模塊化、通用性設計。TestStand是測試領域廣泛使用的流程測試項目管理平臺，利用COM技術實現基于TestStand引擎開發ATS中的測試流程編輯和執行功能，結合國際上通用的ATLAS測試語言和IVI規范分別進行測試流程和儀器驅動的管理。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展特點，我們開發了電子產品功能測試軟件平臺(Electronic Test Platform，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上執行。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語言部分、信號和總線部分。常規語言部分類似于一個完整的過程式語言，它能夠實現一般語言的功能，體現了ATLAS語言與其他語言的共性；信號部分和總線部分描述具體的測試過程，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，并作了規范。目前已經發布的八類儀器規范是：示波器(IviScope)、數字萬用表 (IviDmm)、信號發生器(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)和射頻信號發生器(IviRFSigGen)，其他類型儀器的規范也將被陸續制定發布。每一類的儀器都有各自的類驅動程序(IVI Class Driver)。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。

　　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人員必須掌握某一特定儀器的編程方法，從而使系統開發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構架系統可以適用不同的儀器。當儀器陳舊或者有了升級的、高性能或低造價的儀器時，可以任意更換，而不需要改變應用程序。c)代碼共享。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、調試應用程序，還可以使用美國國家儀器公司(Na-tional Instruments，簡稱NI)提供的類模擬驅動程序以獲得更強大的模擬功能。

　　3)狀態緩存功能。IVI驅動程序可以保存儀器每一屬性設置的當前狀態。當應用程序試圖發送一些冗余命令到儀器時(例如，將儀器的某一屬性重新設置為當前值，這些命令顯然不會讓儀器產生任何變化或動作)，IVI驅動程序會跳過這些命令。在當前的測試系統中，影響軟件執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的IVI驅動程序，NI公司也為各類常用儀器開發了大量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還提供了用于開發驅動程序的工具包，以簡化用戶的IVI驅動程序的開發過程。

　　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平臺為ETP，其開發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。平臺分為上層管理執行和下層的驅動管理兩大部分：上層管理模塊可根據不同行業的不同需求特點進行模塊化定制、擴展；下層驅動管理可使相關驅動資源得到最大化的共享。針對ETP平臺實際應用領域，我們設計了一些通用硬件調理模塊，大大縮短ETP實際工程項目應用的開發周期和開發成本。目前各種調理模塊僅供開發人員使用，相信不久就會以產品的形式為廣大用戶所共享。

　　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，使ETP更具平臺性和拓展性，最直接的優勢是運行效率高。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、波形發生器、數字示波器等各種儀器。

　　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，它的主要功能是實現電壓和電流的檢測功能。其中的電壓檢測是通過程控實現放大、縮小轉換至標準電壓信號。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。有這么多測試信號和測試點，其工作量之大是可想而知的，另外，人工測試帶來非儀器精度造成的誤差和過失也是不可避免的。所以，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，最終直接導致開發周期和進度很難把控，整個系統開發質量體系很難建立。

　　·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。這種方式帶來的問題主要是，購買各種便攜式傳統儀器價格昂貴，直接造成開發成本增加。另外，由于各個儀器走的是外部總線，會降低整個測試系統的穩定性和可靠性指標。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，也會造成開發成本增加，開發周期延長。

?　　·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，使得測試各種信號變得很方便。就拿這套氣象雷達電路板測試系統來說，使用我們的平臺，整個開發周期也就控制在1～2個月以內，所做的工作主要有：根據針對13 塊電路板的測試需求，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。這部分的工作一般都在5～10個工作日內完成，具體根據測試需求的復雜性而定。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周期。

　　6．結束語

　　·面對電子產品功能測試的挑戰，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軟件開發環境，泛華測控成功開發出了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。