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計驗證、終端產(chǎn)品測試、設備維修診斷等應用領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)設計的挑戰(zhàn)到NI為客戶提供的模塊化架構解析，其中包括：測試管理層，應用開發(fā)軟件層，系統(tǒng)服務與驅動程序層以及處理總線平臺層和模塊化I/O與儀器控制，以幫助客戶構造屬于自己的下一代自動化測試系統(tǒng)。
關鍵詞： 下一代自動化測試系統(tǒng)；自動化測試策略；模塊化儀器；測試結構
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自動化測試系統(tǒng)的設計挑戰(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，在各種應用領域(設計驗證、終端產(chǎn)品測試、設備維修診斷等)都采用了自動化測試系統(tǒng)。由于設計周期的后期產(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)品設計比前幾代更為復雜
· 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，而預算越來越少
日益增加的測試成本和日益減少的測試預算
為了應對器件復雜性增加、開發(fā)周期縮短和預算減少的挑戰(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準的測試就難以執(zhí)行；或者當要求變化時，也難以對系統(tǒng)進行修改。由于這些器件最初是作為獨立儀器而設計的，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，但成本相當高，可能會被工程團隊廢棄，過早地進行系統(tǒng)再設計。
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構。這種結構基于廣泛采納的工業(yè)標準，它可以提供：
· 更高的測試系統(tǒng)靈活性：可擴展至多種應用、業(yè)務部門，以及各個產(chǎn)品階段
· 高性能的結構：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成本，同時提高多種測試要求中的設備使用率
· 更長的測試系統(tǒng)壽命：基于廣泛采納的工業(yè)標準，允許通過技術升級來改進性能以滿足將來的測試需求
NI公司作為自動化測試領域的領導者，致力于為產(chǎn)品工程師們設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)者指南包含了設計新一代自動化測試系統(tǒng)結構所需要的信息。如圖1所示的測試系統(tǒng)結構，為工程師們提供了相關策略，以應對器件復雜性的增加、開發(fā)周期的縮短、預算的降低等一系列挑戰(zhàn)。
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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)多種任務和測量功能。這些任務和功能中，一些與待測設備（DUT）相關，而另一些則通用。為了把維護費用降至最低，并且保證測試系統(tǒng)的壽命，實現(xiàn)DUT級別的任務與系統(tǒng)級別的任務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)待測設備的不同而采取的不同操作，也存在著對于待測設備通用的操作。
? 對于設備的不同操作：
· 儀器配置
· 測量
· 數(shù)據(jù)采集
· 結果分析
· 校準
· 測試模塊
對于設備通用的操作：
· 操作界面
· 用戶管理
· DUT跟蹤
· 測試流程控制
· 存儲結果
· 測試報告
為了使生產(chǎn)效率達到最大化，工程團隊應該利用商業(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備專有操作的開發(fā)。
應用開發(fā)軟件
在測試系統(tǒng)結構中，應用開發(fā)環(huán)境ADE(如NI公司的LabVIEW和LabWindows/CVI)扮演了關鍵角色。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用要求。
測量和控制服務
測量和控制服務提供對系統(tǒng)中各種硬件資源的連接、系統(tǒng)配置和診斷工具等，其作用至關重要。測量和控制服務還通過應用編程接口(API)提供了對應用開發(fā)軟件層的集成，這樣開發(fā)者可以很容易地對他們的設備進行編程。實際上，這種服務軟件的部件——硬件驅動程序、應用編程接口(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(包括臺式個人計算機、服務器工作站、便攜式電腦或者嵌入式計算機等，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行連接和通信?，F(xiàn)在有多種不同的儀器總線用于單獨或模塊化儀器，包括GPIB、USB、LAN、PCI和PCI Express等。這些總線功能不同，對于特定的應用，一些總線比另一些更加合適。
個人電腦的廣泛使用促進了高性能內(nèi)部總線的不斷進步，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132MB/s的總線帶寬，而PCI Express總線作為PCI總線的進化版，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。
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測量和設備I/O
目前有兩種類型的儀器構架，即傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器。圖3解釋了這兩種架構的相似性：兩種都具有測量硬件、機箱、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，用戶可以進行自定義測量、為新興的標準進行測量或者當需求改變（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展的硬件組合是模塊化儀器的核心。
設計新一代自動化測試系統(tǒng)
設備復雜性增加、開發(fā)周期縮短和預算降低使得工程團隊重新評估現(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)標準平臺(諸如PXI等)，允許工程師們開發(fā)可擴展的測試系統(tǒng)，將各個儀器供應商提供的功能緊密地集成到一起。另外，它還允許工程團隊集成現(xiàn)有的設備投資來降低實現(xiàn)的初始成本。利用最新的PC技術(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，并且可通過擴展以滿足不同產(chǎn)品階段和業(yè)務部門的需求。
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模塊化儀器的基礎上，為Xbox 360控制器設計的測試系統(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)測試構架為他們的高級戰(zhàn)斗機提供支持，利用基于PC機的軟件和硬件構架，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)品構建了FDA認可的藥品設備測試系統(tǒng)，超出了每周測試83 000臺設備的要求，并且超出了產(chǎn)量要求的95%。