導語:伴隨著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最重要的發展趨勢和主流技術。軟件定義的模塊化系統不僅可以幫助用戶在提高效率的同時降低測試成本,還能滿足未來不斷升級擴展的需要。

  1. 概述

  伴隨著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最重要的發展趨勢和主流技術。軟件定義的模塊化系統不僅可以幫助用戶在提高效率的同時降低測試成本,還能滿足未來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主流技術,通過軟件定義硬件的功能,用戶能夠更快更靈活地配置測試系統,并滿足不斷改變的測試需求。此外,通過軟件還可以自定義更加友好的人機界面。

  同時,為了實現對電子產品所集成的多種功能進行測試,同時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模塊化、小體積的方向發展,也就是將復雜的測試系統簡化成模塊化的硬件和軟件去逐一實現,需要增加測試項目時只需增加相應的功能模塊即可滿足未來的升級需求。

  基于這兩個發展方向,以軟件為核心的模塊化測試系統技術應運而生,并成為測試測量行業最重要的發展趨勢和主流技術。

  一個細化的以軟件為核心的模塊化測試系統架構有五層架構,如圖1所示,現在許多企業都以該架構為標準構建測試系統。

  以軟件為核心的模塊化測試系統五層架構.jpg

圖1 以軟件為核心的模塊化測試系統五層架構

  架構層次五:測試管理軟件

  測試管理軟件層位于五層架構的最高層。對于一個自動化測試系統,有些測試任務會根據待測設備(DUT)的不同而不同,如儀器配置、數據采集、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分離出來,實現為通用的軟件服務供用戶直接調用,如創建測試流程、創建并行執行機制、報告生成、數據庫訪問、用戶界面等,幫助用戶大幅提升測試軟件開發效率。

  架構層次四:測試開發軟件

  測試開發軟件在測試架構中扮演著承上啟下的作用。測試系統開發者需要借助它實現具體的測試應用程序,通過設備驅動程序與測試設備通信,采集測試數據,向最終用戶顯示必要的信息以及連接其它應用程序。

  架構層次三:系統服務和驅動

  系統服務和驅動層是連接軟件開發環境和硬件設備的紐帶。這一層包含設備驅動軟件、硬件配置管理軟件,診斷測試軟件等,這些軟件基本上是由測試測量設備生產商提供。例如,NI公司提供的NI VISA驅動、NI Measurement and Automation Explorer (MAX) 設備管理軟件等,可以幫助開發者對所有的NI硬件和通過總線相連的眾多傳統儀器進行統一的自動檢測和配置,可以讓開發者很容易的實現設備的編程,從而提高開發效率,減少維護成本。

  架構層次二:總線平臺

  測試設備總線種類很多,每一種都有其適合的應用,例如GPIB總線適合于臺式儀器控制,LAN/LXI總線特別適合于分布式的系統。為了發揮不同總線的優勢,達到系統性能的最優化,許多測試應用都基于混合總線測試系統。目前,理想的混合總線測試平臺核心總線是PXI和PXI Express平臺,這是一個開放的、基于PC技術的測試測量平臺,提供了業界最好的數據帶寬性能和背板集成的定時和同步功能,擁有和多種其它總線互連的軟硬件接口支持,以其作為核心總線不會成為整個混合系統的傳輸瓶頸。

  架構層次一:儀器和設備接口

  作為系統架構的最底層,儀器和設備接口層將直接接觸到實際的物理信號,完成信號采集和調理、A/D和D/A轉換等工作。模塊化的設備主要是基于PXI和PXI Express總線的儀器,現在有超過70家廠商提供超過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,產品覆蓋從數字化儀、信號發生、RF、電源到開關模塊等各種I/O模塊?;谀K化的軟件架構和PXI/PXI Express為核心的控制模塊,用戶還可以輕松地集成基于GPIB,USB,LAN/LXI等總線的傳統儀器,保護原有投資價值。

  以五層架構為劃分標準的產業鏈中,代表性的商用現成(COTS)的軟件產品如圖2所示。

  商用現成(COTS)的測控軟件產品.jpg

圖2 商用現成(COTS)的測控軟件產品

  2. 市場分析

  當今電子行業測試軟件開發市場有兩大陣營,自主研發測試軟件和現代商用測試軟件開發環境。自主研發測試軟件的比例要遠遠高于現代商用現成測試軟件開發環境,特別是在中小企業中,自主研發測試軟件幾乎占100%,咋一看,自主研發測試軟件陣營是壓倒性的勝利,但是并不代表行業的發展方向,隨著產品復雜度越來越高,開發周期越來越短,市場競爭越來越激烈,自主研發測試軟件越來越不能滿足企業的需求。

  以下列出了自主研發測試軟件與現代商用測試開發環境之間的開發投入比較。

  自主研發測試軟件

  第1次投入

  中級/高級水平工程師 (從底層開始開發軟件,疲于應付各種編程問題,無暇顧及產品測試本身) 工作量一般輕易突破20人工天,如果是多設備協同測試,復雜協議交互的測試,并行測試等工作量會大幅飆升。

  總費用預估:簡單軟件:萬元量級, 復雜軟件:十萬量級

  第n次投入

  中級/高級水平工程師 (重新開發;或者,在原基礎上增刪改,進度一般取決原始開發者是否有時間投入,難以快速響應產品需求的變化)

  總費用預估(和第1次相當)

  現代測試軟件開發環境

  第1次投入

  測試開發環境:2萬~5萬

  人工費用預估: 初級/中級水平工程師 , 簡單軟件:千元量級 復雜軟件:萬元量級(同類產品只是把測試開發模塊化,復雜的協議處理、流程處理還是要從底層開始開發)

  第n次投入

  總費用預估(和第1次人工費用相當)

  以下列出了自主研發測試軟件與現代商用測試開發環境之間的優劣比較。

  自主研發測試軟件優劣總結

  1)產生越來越多獨立的小型測試軟件,隨著產品的演進,逐漸被淘汰,企業很難積累測試經驗;2)眾多獨立的測試軟件,數據格式不統一,企業很難有效的利用采集的測試數據進行分析和改善產品; 3)軟件難以維護,原始開發者離職后,軟件很難被后來的開發者完全接手,進而導致重新開發軟件。

  現代測試軟件開發環境優劣總結

  1)提供了統一環境與界面,通過搭積木方式構建測控系統,開發效率高;把常用的測試方法和測試用例變成模版,方便共享,可以從模版快速創建下一個測試用例;2)測試數據有效的進行保存,可以輕易和現有的系統集成。3)測試流程都以圖形化的方式構建,簡單直觀,幾乎不需要編程專業知識。4)有測試想法馬上就能實現,不需要專業軟件開發者,可以高效進行開發和測試。5)廠商提供支持、軟件更新、培訓和咨詢服務,與不斷發展的測試標準保持同步。6)現代測試軟件環境克服了許多自主研發軟件的限制。 Carnegie Mellon SEI3 關于標準化測試軟件開發過程的調查顯示,測試軟件開發過程的標準化使得:? 產品上市時間縮短 38%? 工作量減輕了 76%? 降低發貨不合格率,產品質量提高了 80%。

  3. 市場前景

  2019年前三季度電子信息制造業和軟件產業的國內生產總值已經接近八萬億元,全球范圍更是一個天文數字,在產業鏈中,研發測試、生產測試、質量保證、產品檢測以及產品維護測試等各種類型的測試占比很高,這其中的成本包括測試儀器硬件的成本、測試軟件工具的成本和測試工程師的成本,這三項成本中,測試軟件工具的通用性和易用性高,測試工程師的成本就下降,但是矛盾的是,自主研發測試軟件要提高通用性和易用性,則軟件的研發費用又大幅飆升,這兩者在自主研發測試軟件的企業中是不可兼得的。那么現代商用測試軟件開發環境能否“魚和熊掌”都兼得?市場為何很少采用現代商用測試軟件開發環境的企業?

  究其原因:

  1) 首要原因,當前商用測試軟件開發環境易用性、靈活性還不夠,大部分比較難用,要求工程師水平較高,使用效果不佳;

  2)觀念問題,企業主認為自家工程師就該干這些活,沒空抽空也得自己編寫測試軟件,沒有明白讓工程師干自己企業核心競爭力的活投資回報率更高;

  3)當前商用測試軟件開發環境通常捆綁自家硬件測試設備銷售,普遍定價偏高,一般中小企業無法負擔。

  正因為自主研發測試軟件的壟斷地位,而行業的發展方向則呼吁現代商用測試軟件開發環境,給市場留下了巨大的空間。試想一下,一款可以讓企業把測試成本壓縮到原來的五分之一的產品,企業有理由不采納嗎?

  這是一個方向,國外測試測量領域的巨頭,均紛紛布局,NI有TestStand、LabView系列,Keysight有PathWave系列,橫河的IS8000等,國內的廠家有格西科技的格西測控大師等,也在這個方向上邁出了一小步,“師夷長技以制夷”,吸取國內外優秀產品的長處,克服易用性、靈活性的短處,已經具備和國內外強手一戰的實力。