自動(dòng)化測試解決之道――構建以軟件為核心的模塊化系統

如今，伴隨著(zhù)測試需求的多樣化和復雜化，軟件定義的儀器系統已成為測試測量行業(yè)最重要的發(fā)展趨勢和主流技術(shù)。軟件定義的模塊化系統不僅可以幫助用戶(hù)在提高效率的同時(shí)降低測試成本，還能滿(mǎn)足未來(lái)不斷升級擴展的需要。

軟件定義的模塊化測試系統成為行業(yè)主流技術(shù)
當今的電子產(chǎn)品（例如iPhone）不但集成越來(lái)越多的功能，而且越來(lái)越依重于通過(guò)軟件去定義產(chǎn)品功能。同樣地，在產(chǎn)品設計和客戶(hù)需求日益復雜的今天，用于測試測量的儀器系統也越來(lái)越突出軟件定義的作用。通過(guò)軟件定義硬件的功能，用戶(hù)能夠更快更靈活的配置測試系統，并滿(mǎn)足不斷改變的測試需求，例如同一個(gè)數字化儀可以實(shí)現示波器、頻譜分析儀和視頻分析儀等不同的功能。此外，通過(guò)軟件還可以自定義更加友好的人機界面。

同時(shí)，為了實(shí)現對電子產(chǎn)品所集成的多種功能進(jìn)行測試，同時(shí)也為了達到更好的靈活性和可升級性，測試系統正逐漸朝著(zhù)模塊化、小體積的方向發(fā)展，也就是將復雜的測試系統簡(jiǎn)化成模塊化的硬件和軟件去逐一實(shí)現，需要增加測試項目時(shí)只需增加相應的功能模塊即可滿(mǎn)足未來(lái)的升級需求。

基于這兩個(gè)發(fā)展方向，以軟件為核心的模塊化儀器技術(shù)應運而生，并成為測試測量行業(yè)最重要的發(fā)展趨勢和主流技術(shù)。相比于傳統儀器固定的功能配置和只是對“測試結果”的呈現，以軟件為核心的模塊化儀器技術(shù)賦予用戶(hù)更多自定義的測量功能?；谏虡I(yè)的高速總線(xiàn)（如PXI/PXI Express）可以確保大量原始數據的傳輸；一旦獲取了原始數據，就能發(fā)揮軟件的強大功能，對原始測量數據進(jìn)行自定義處理、分析、顯示、報告生成或數據存儲。例如利用軟件配置模塊化射頻儀器，并結合自定義的軟件調制與解調，就能在同樣的硬件平臺上實(shí)現多種無(wú)線(xiàn)協(xié)議的測試，這也正體現了我們所說(shuō)的軟件無(wú)線(xiàn)電的概念。

以軟件為核心的模塊化儀器五層架構
具體而言，一個(gè)細化的以軟件為核心的模塊化測試系統架構如圖1所示?，F在許多企業(yè)都以該架構為標準構建測試系統。

圖1 以軟件為核心的模塊化測試系統五層架構

結構層次五：系統管理軟件
系統管理軟件層位于五層架構的最高層。對于一個(gè)自動(dòng)化測試系統，有些測試任務(wù)會(huì )根據待測設備（DUT）的不同而不同，如儀器配置、結果分析等；而有些對于所有的待測設備則是通用的，如測試流程的管理，測試報告的生成等。測試管理軟件的作用就是將通用任務(wù)分離出來(lái)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的軟件服務(wù)創(chuàng )建測試流程、集成報告生成和數據庫管理等功能。專(zhuān)業(yè)測試管理軟件（如NI TestStand）除提供上述功能，還內建了并行和自動(dòng)協(xié)調測試工具可以幫助用戶(hù)大幅提升測試效率，增加系統吞吐量。

結構層次四：應用開(kāi)發(fā)軟件
應用開(kāi)發(fā)軟件在測試架構中扮演著(zhù)承上啟下的作用。系統開(kāi)發(fā)者需要借助它實(shí)現具體的測量應用程序、向最終用戶(hù)顯示必要的信息以及連接其它應用程序；同時(shí)測試開(kāi)發(fā)軟件需要通過(guò)設備驅動(dòng)程序與I/O連接。不僅如此，用于開(kāi)發(fā)測量應用的軟件，還需要集成強大的數據分析和再現功能，并且是具有長(cháng)生命周期的主流軟件。NI的圖形化的編程軟件LabVIEW為用戶(hù)提供了高效而直觀(guān)的測試測量應用程序開(kāi)發(fā)工具，滿(mǎn)足所有上述需求。對于習慣于文本編程的用戶(hù)，基于A(yíng)NSI C的LabWindows/CVI和基于Microsoft Visual Studio的Measurement Studio也是不錯的選擇。

結構層次三：系統服務(wù)和驅動(dòng)
系統服務(wù)和驅動(dòng)層是連接軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和硬件設備的紐帶。除了起到設備驅動(dòng)的作用，這一層應該包含更多關(guān)于硬件配置管理，診斷測試等功能。例如，NI Measurement and Automation Explorer (MAX) 軟件可以幫助開(kāi)發(fā)者對所有的NI硬件和通過(guò)總線(xiàn)相連的眾多傳統儀器進(jìn)行統一的自動(dòng)檢測和配置。系統服務(wù)和驅動(dòng)還通過(guò)應用編程接口（API）提供了對應用開(kāi)發(fā)軟件層的集成，這樣開(kāi)發(fā)者可以很容易的實(shí)現設備的編程，從而提高開(kāi)發(fā)效率，減少維護成本。

結構層次二：處理總線(xiàn)平臺
儀器總線(xiàn)種類(lèi)很多，每一種都有其適合的應用，例如GPIB總線(xiàn)目前還是最常見(jiàn)的臺式儀器控制總線(xiàn)；LAN/LXI總線(xiàn)特別適合于分布式的系統。為了發(fā)揮不同總線(xiàn)的優(yōu)勢，達到系統性能的最優(yōu)化，許多測試應用都基于混合總線(xiàn)測試系統。作為一個(gè)開(kāi)放的、基于PC技術(shù)的測試測量平臺，PXI和PXI Express提供了業(yè)界最好的數據帶寬性能和背板集成的定時(shí)和同步功能，以其作為核心總線(xiàn)不會(huì )成為整個(gè)混合系統的傳輸瓶頸。同時(shí)PXI和PXI Express擁有和多種其它總線(xiàn)互連的軟硬件接口支持，使其成為混合總線(xiàn)測試平臺核心總線(xiàn)的理想選擇。

結構層次一：儀器和設備I/O
作為系統架構的最底層，儀器和設備I/O層將直接接觸到實(shí)際的物理信號，完成信號調理、A/D和D/A轉換等工作。模塊化的I/O主要是基于PXI和PXI Express總線(xiàn)的儀器，現在，有超過(guò)70家廠(chǎng)商提供超過(guò)1500種的PXI模塊化儀器，其中包括Agilent，Rhode Schwarz，Keithley和NI在內的眾多知名公司，產(chǎn)品覆蓋從數字化儀、信號發(fā)生、RF、電源到開(kāi)關(guān)模塊等各種I/O模塊?；谀K化的軟件架構和PXI/PXI Express為核心的控制模塊，用戶(hù)還可以輕松的集成基于GPIB，USB，LAN/LXI等總線(xiàn)的傳統儀器，保護原有投資價(jià)值。

以軟件為核心的模塊化測試系統架構的應用
如今，數以千計的公司采用了以軟件為核心的模塊化的系統架構為標準構建儀器系統。例如，微軟基于NI LabVIEW和PXI模塊化儀器，為Xbox 360控制器設計的測試系統的速度是前一代測試系統的兩倍；華錄松下使用NI TestStand, NI LabVIEW和模塊化儀器為新型DVD刻錄機開(kāi)發(fā)了完整的自動(dòng)化測試系統，大大提高了效率。這樣的例子不勝枚舉。采用以軟件為核心的模塊化架構不僅為可以加速測試系統開(kāi)發(fā)時(shí)間，節省成本，而且基于該架構，還能將最新的商業(yè)技術(shù)引入測試系統，開(kāi)創(chuàng )創(chuàng )新應用。這些應用包括基于多核處理器的并行測試、基于FPGA的自定義儀器設計和硬件在環(huán)仿真、基于PXI Express總線(xiàn)和磁盤(pán)陣列技術(shù)的測試數據高速流盤(pán)等等。相信以軟件為核心的模塊化架構未來(lái)仍將是測試技術(shù)的主流，并不斷深入每個(gè)測試領(lǐng)域，拓展新的應用方向。

本文已刊登于《今日電子》2010年5月刊