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作者:
沙 文瀚 -
劉 琳 -
一、引言
隨著汽車電子化快速發展，汽車電子產品的可靠性驗證成了重要的課題被一再的優化和推進，電子產品的測試平臺也成了加速電子產品研發進度的重要工具和載體。本文通過搭建測試平臺，針對不同的車載電子模塊進行測試，提高車載電子產品的開發進度。
二、背景
傳統的測試儀器是采用單片機作為控制電路，以 LED 作為指示燈，以各種按鈕作為開關量輸入的形式，以汽車車身電子控制系統為例，該系統主要包括：燈光控制、電動車窗控制、中央門鎖控制、防盜報警控制、安全氣囊控制、雨刮器控制等，并擁有CAN總線及診斷功能。
如圖一所示，汽車車身電子控制系統需要進行功能測試以保證產品質量，測試人員需要按照模塊的各種功能通過手動方式一步一步進行測試，測試效率低，可靠性差。
圖一 傳統汽車電子產品測試儀
三、趨勢
自動測試系統（ATS, Automatic Test System）是指以計算機為控制核心，在程序控制下完成某種測試任務而組合起來的測試儀器和其他設備的有機整體的總稱。目前的第三代自動測試系統是以虛擬儀器技術的出現為標志。20 世紀 80 年代 NI 公司首先提出這一概念。虛擬儀器技術的出現使得軟件在整個測試系統中成為重點，虛擬儀器技術在自動測試領域的應用使得測試系統的通用性問題得以解決。
虛擬儀器通常由硬件設備與應用軟件兩大部分構成，其結構體系框圖如圖二所示：
圖二 基于虛擬儀器的結構體系
四、構成及特點
- 虛擬儀器基本由三大部分構成，每部分在其中都起到必不可少的作用，互相關聯、互相支持，組成一個完整的系統：
1.1 模塊化的I/O 硬件：分析測試系統的要求和系統的功能，根據系統功能的要求，在軟件和硬件之間進行優化選擇，從而確定儀器所必需的硬件模塊，以便用最少的模塊實現儀器的最佳功能。根據應用情況與實際的條件，選擇基于計算機的虛擬儀器的儀器模塊以及傳感器、信號調理電路、DAQ 數據采集、信號源等模塊；
1.2 高效的軟件：硬件確定以后，主要確定軟件功能模塊，哪些儀器功能由軟件實現，將軟件功能劃分為相對獨立的模塊。然后選擇易于編寫的圖形化的軟件平臺。LabVIEW 平臺是一種圖形化編程環境，提供了虛擬儀器的控件、豐富的數據處理分析函數、儀器驅動程序及數據庫工具軟件包，LabVIEW 提供的SQL、DataSocket 軟件都是容易建立網絡化測試環境的軟件包。采用LabVIEW 編寫虛擬儀器軟件簡化了程序設計，提高了效率。我們利用LabVIEW 和NI 的數據采集卡實現了數據采集、虛擬示波器、虛擬信號發生器；
1.3 用于集成的軟硬件平臺：NI 首先提出的專為測試任務設計的PXI 硬件平臺，已經成為當今測試、測量和自動化應用的標準平臺，它的開放式構架、靈活性和PC 技術的成本優勢為測量和自動化行業帶來了一場翻天覆地的改革。PXI 作為一種專為工業數據采集與自動化應用度身定制的模塊化儀器平臺，內建有高端的定時和觸發總線，再配以各類模塊化的I/O 硬件和相應的測試測量開發軟件，就可以建立完全自定義的測試測量解決方案。
2. 系統特點如下：
2.1 電壓可調：可自動進行9~16V電壓輸出遍歷測試，高、低電壓模擬（0~30V）測試及發動機啟動電壓模擬測試；
2.2 可進行手動、自動功能測試。可通過手工操作按鍵模擬各種開關和變量進行測試；也可通過計算機控制各采集卡模擬各種開關和變量進行自動測試，不需人為干預；
2.3 加載模擬負載、實際負載進行測試；一般狀態下為加載模擬負載進行測試，并可模擬大電流、過壓保護測試等；也可通過變更接線加載實車負載進行測試；
2.4 每一個子功能測試項均可在各點火狀態（OFF、ACC、ON、START）下進行測試，增加遍歷性，減少測試盲點；
2.5 測試過程中，可通過CAN與被測模塊進行通訊，檢測對被測模塊的診斷、刷新數據（Boot loader）等功能；
2.6 進行測試數據記錄、處理、存儲并自動生成測試報表，包括測試電壓、時間、各測試項測試狀態、故障狀態等；
五、測試平臺總體設計
系統目的及目標：
在項目不同階段需要進行不同眾多的測試內容，針對不同的測試目的，采取不同的測試、觀察、 記錄方法，如果針對每種情況編寫一個獨立的測試程序，則提高程序代碼量，降低程序的通用性，移植性，更不方便整個測試系統的管理與測試用戶選擇應用，不利于提高工作效率。為了滿足更多的要求，更方便的應用，更人性化的人機交互界面，建立此系統測試平臺。系統結構圖，如圖三所示。
圖三 系統結構圖
六、測試界面及方法
測試配置：通過相應的配置界面，進行測試模式、測試層面和測試單元的配置選擇；圖四、圖五為測試配置圖。
圖四 測試配置圖
圖五 測試配置圖
手動測試：根據圖形界面完全采取人工控制的方法輸入數據。可以針對特定的輸入輸出反復測試，觀察分析特定的測試結果，方便發現細節問題；但是時間難以控制，對有精確時序要求的測試基本無能為力，結果完全靠人工自己判斷是否符合要求，而且測試速度慢，工作效率低。這種方法基本用于測試早期，針對特定要求的測試，或者在自動測試過程中發現的問題，而不方便觀察分析的情況。
半自動測試：指由測試程序讀取一定格式的文件、數據庫等測試輸入數據的方式自動讀取測試輸入信號，通過界面顯示一些過程中信號的變化情況，與結果輸出信號，并將結果存放在特定的文件或數據庫中，以便觀察分析。此種方法在測試過程中基本不需要人為干預，測試的激勵信號由程序自動產生，但是不能判斷測試結果的正確性，只是記錄下測試結果的詳細數據，需要用戶對數據進行分析判別，所以稱之為半自動測試。
全自動測試：系統中測試的最高階段，整個測試過程不需要測試人員干預，自動讀取一定格式的文件、數據庫等測試輸入數據，自動測試、自動與標準結果相比較智能判斷測試的通過性，并記錄于特定文件中。用戶開始測試后只需在測試完成后檢查結果文件，就可以很方便的了解測試的結果通過性。測試效率高，結果簡潔有效，能快速反應問題。測試軟件本身編寫難度大，以及輸入數據文件的編寫。整個測試系統提供不同的測試方法，便于不同階段，不同問題，不同目的，不同速度的測試，方便用戶根據實際情況靈活選擇應用，做到一個測試系統滿足測試人員的所有測試要求。
測試執行如圖六、圖七所示：
圖六 測試執行圖
圖七 測試執行圖
按照前述選擇的手動測試、半自動或者全自動測試，選擇測試配置，通過點選開關組合或者讀取輸入信號文件等方式，開始功能測試，并給出測試結論。
七、測試輸入信號的產生
數字系統得測試一般比較復雜，需要復雜的測試信號，信號由多位不同的邏輯值組成，成為測試圖形，它必須覆蓋所有測試要求中可能出現的情況，產生較復雜的測試圖形的一種重要方法就是存儲響應（Stored Response）法，它把需要的標準圖形存入大容量的存儲器中，測試時先調入告訴緩沖存儲器，然后按要求的條件取出以供測試。
針對該系統，源信號設定為每10ms一組信號，每個測試文件的測試信號序列是依照一條或多條需求分析，在方便觀察的基礎上編寫而成，信號序列沒有必然的聯系，必須采取存儲響應法產生激勵信號，但是對每10ms一組數據,則源信號數據文件龐大，而且人為編寫麻煩、耗時、效率低、容易出錯，并讀進高速緩沖時占用空間大影響程序運行速度。為了解決這種問題，結合信號的特點：為了驗證功能而且讓人工測試能看清，并且程序有一些時間參數，每組信號一般持續一段時間，采用以下方法處理，如圖八所示：
圖八 信號處理
程序首先讀取數據文件進內存，分開時間序號與信號數據，利用時間序號數組實現對產生激勵信號的控制：后一個時間序號值減去前一個值即為前面信號保持的時間跨度，為了保證結束信號的正確產生并值產生一次，利用結束信號序列值加1相減可得。
利用兩個循環實現自動產生的功能，外部循環是信號變化的情況，每變化一次循環加一，只有在此條件下，才會更改送進循環的信號值——array2；內部循環即為在信號保持時間內，利用序列差值控制產生相同信號的次數，即控制持續時間。可以利用參數millseconds to wait控制每組信號的間隔時間，在本系統中設默認值為10（ms）。通過此程序即可以實現每10ms產生一組信號給array3，利用此信號序列時，即可從array3引出。
程序通過軟件的方法在保證產生正確激勵信號的基礎上，讓程序員從龐大的數據文件中解放出來，并且比原來數據更容易觀察、理解；提高了文檔的可讀性；大大減少了存取空間的利用，提高了程序運行速度，提高工作效率。
八、測試輸出結果的處理
測試結果的要求分析：測試的基礎是需求分析，為了驗證程序的正確性，必須達到需求分析的功能要求與精度要求；測試數據的設計基礎是需求分析文檔，達到的效果為智能判斷需求的通過性顯示給用戶并存檔以供查詢分析。
測試結果的記錄方式：在實際的結果數據產生并記錄過程中，由于是循環的測試，會產生大量的相同的測試結果數據，在測試的結果中，需要自動處理相應的結果數據，并標記重復出現和偶爾出現的結果。在前述中（測試界面及方法：半自動測試與自動測試），輸入信號是測試程序讀取一定格式的文件、數據庫等方式自動讀取，測試輸出數據是由每周期產生的一組的詳細結果數據轉化為輸入信號同樣格式的數據，主要是對輸出數據不發生變化的時間段內進行簡化。如圖九所示。
圖九 數據簡化過程圖
程序采用順序結構，保證程序運行的時序性，避免結果混亂。程序采用有效數組追加方式組建轉換后的結果數組testresult，先初始化一個空的二維數字數組，將原數組2ddata的起始數據第一個加到數組中，在中間階段采取循環處理原數組中的每組數據。由于中間階段只記錄改變的信號，所以結果數組只能記錄到信號最后一次變化時的時刻與信號。但不能明確知道最后信號的持續時間、整個信號的結束時刻。當信號發生突變，此處即為信號改變點。此時記錄的信號就已經完整，但這種情況比較少。通過對中間階段最后記錄的信號序號與原數組2ddata的最大序號相比較即可判斷中間階段的數據是否完整。不完整的情況下，直接通過原數組獲得最后時刻的數據與序號加入到新的結果數組中。
至此完成了對每10ms一組數據的龐大數據量轉化為以時序表征的結果數組。達到與輸入數組的格式統一，方便后期的智能化處理以及節約存取空間的效果。圖十為數據處理后存取空間圖。
圖十 數據簡化及存取圖
根據測試的結果，可以看出以下規律，即結果數據程序處理方式為：
- 記錄開始信號以及相對時間零點；
- 過程中信號每次變化的時間與變化后的信號；
- 結束信號的時間及信號值。
- 、總結
通過該測試平臺，可以方便地修改配置程序及信號輸入文件，針對不同的車載電子模塊進行手動、半自動乃至全自動測試，且通過內置的算法，將龐大的測試結果加以處理及簡化，便于測試人員實際使用，能大大提升車載電子產品的開發進度，滿足電子技術在汽車領域特殊的時效性、可靠性要求，有著較強的通用性和使用性。
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