1. 概述
伴隨著測試需求的多樣化和復(fù)雜化,軟件定義的儀器系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)成為行業(yè)主流技術(shù),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(tǒng),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(xiàn)對電子產(chǎn)品所集成的多種功能進(jìn)行測試,同時也為了達(dá)到更好的靈活性和可升級性,測試系統(tǒng)正逐漸朝著模塊化、小體積的方向發(fā)展,也就是將復(fù)雜的測試系統(tǒng)簡化成模塊化的硬件和軟件去逐一實現(xiàn),需要增加測試項目時只需增加相應(yīng)的功能模塊即可滿足未來的升級需求。
基于這兩個發(fā)展方向,以軟件為核心的模塊化測試系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)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)。
一個細(xì)化的以軟件為核心的模塊化測試系統(tǒng)架構(gòu)有五層架構(gòu),如圖1所示,現(xiàn)在許多企業(yè)都以該架構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建測試系統(tǒng)。
圖1 以軟件為核心的模塊化測試系統(tǒng)五層架構(gòu)
架構(gòu)層次五:測試管理軟件
測試管理軟件層位于五層架構(gòu)的最高層。對于一個自動化測試系統(tǒng),有些測試任務(wù)會根據(jù)待測設(shè)備(DUT)的不同而不同,如儀器配置、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果分析等;而有些對于所有的待測設(shè)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,實現(xiàn)為通用的軟件服務(wù)供用戶直接調(diào)用,如創(chuàng)建測試流程、創(chuàng)建并行執(zhí)行機制、報告生成、數(shù)據(jù)庫訪問、用戶界面等,幫助用戶大幅提升測試軟件開發(fā)效率。
架構(gòu)層次四:測試開發(fā)軟件
測試開發(fā)軟件在測試架構(gòu)中扮演著承上啟下的作用。測試系統(tǒng)開發(fā)者需要借助它實現(xiàn)具體的測試應(yīng)用程序,通過設(shè)備驅(qū)動程序與測試設(shè)備通信,采集測試數(shù)據(jù),向最終用戶顯示必要的信息以及連接其它應(yīng)用程序。
架構(gòu)層次三:系統(tǒng)服務(wù)和驅(qū)動
系統(tǒng)服務(wù)和驅(qū)動層是連接軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備的紐帶。這一層包含設(shè)備驅(qū)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(shè)備生產(chǎn)商提供。例如,NI公司提供的NI VISA驅(qū)動、NI Measurement and Automation Explorer (MAX) 設(shè)備管理軟件等,可以幫助開發(fā)者對所有的NI硬件和通過總線相連的眾多傳統(tǒng)儀器進(jìn)行統(tǒng)一的自動檢測和配置,可以讓開發(fā)者很容易的實現(xiàn)設(shè)備的編程,從而提高開發(fā)效率,減少維護成本。
架構(gòu)層次二:總線平臺
測試設(shè)備總線種類很多,每一種都有其適合的應(yīng)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(tǒng)。為了發(fā)揮不同總線的優(yōu)勢,達(dá)到系統(tǒng)性能的最優(yōu)化,許多測試應(yīng)用都基于混合總線測試系統(tǒng)。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(shù)的測試測量平臺,提供了業(yè)界最好的數(shù)據(jù)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(tǒng)的傳輸瓶頸。
架構(gòu)層次一:儀器和設(shè)備接口
作為系統(tǒng)架構(gòu)的最底層,儀器和設(shè)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(diào)理、A/D和D/A轉(zhuǎn)換等工作。模塊化的設(shè)備主要是基于PXI和PXI Express總線的儀器,現(xiàn)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(nèi)的眾多知名公司,產(chǎn)品覆蓋從數(shù)字化儀、信號發(fā)生、RF、電源到開關(guān)模塊等各種I/O模塊。基于模塊化的軟件架構(gòu)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(tǒng)儀器,保護原有投資價值。
以五層架構(gòu)為劃分標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)鏈中,代表性的商用現(xiàn)成(COTS)的軟件產(chǎn)品如圖2所示。
圖2 商用現(xiàn)成(COTS)的測控軟件產(chǎn)品
2. 市場分析
當(dāng)今電子行業(yè)測試軟件開發(fā)市場有兩大陣營,自主研發(fā)測試軟件和現(xiàn)代商用測試軟件開發(fā)環(huán)境。自主研發(fā)測試軟件的比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)代商用現(xiàn)成測試軟件開發(fā)環(huán)境,特別是在中小企業(yè)中,自主研發(fā)測試軟件幾乎占100%,咋一看,自主研發(fā)測試軟件陣營是壓倒性的勝利,但是并不代表行業(yè)的發(fā)展方向,隨著產(chǎn)品復(fù)雜度越來越高,開發(fā)周期越來越短,市場競爭越來越激烈,自主研發(fā)測試軟件越來越不能滿足企業(yè)的需求。
以下列出了自主研發(fā)測試軟件與現(xiàn)代商用測試開發(fā)環(huán)境之間的開發(fā)投入比較。
自主研發(fā)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(fā)軟件,疲于應(yīng)付各種編程問題,無暇顧及產(chǎn)品測試本身) 工作量一般輕易突破20人工天,如果是多設(shè)備協(xié)同測試,復(fù)雜協(xié)議交互的測試,并行測試等工作量會大幅飆升。
總費用預(yù)估:簡單軟件:萬元量級, 復(fù)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(fā);或者,在原基礎(chǔ)上增刪改,進(jìn)度一般取決原始開發(fā)者是否有時間投入,難以快速響應(yīng)產(chǎn)品需求的變化)
總費用預(yù)估(和第1次相當(dāng))
現(xiàn)代測試軟件開發(fā)環(huán)境
第1次投入
測試開發(fā)環(huán)境:2萬~5萬
人工費用預(yù)估: 初級/中級水平工程師 , 簡單軟件:千元量級 復(fù)雜軟件:萬元量級(同類產(chǎn)品只是把測試開發(fā)模塊化,復(fù)雜的協(xié)議處理、流程處理還是要從底層開始開發(fā))
第n次投入
總費用預(yù)估(和第1次人工費用相當(dāng))
以下列出了自主研發(fā)測試軟件與現(xiàn)代商用測試開發(fā)環(huán)境之間的優(yōu)劣比較。
自主研發(fā)測試軟件優(yōu)劣總結(jié)
1)產(chǎn)生越來越多獨立的小型測試軟件,隨著產(chǎn)品的演進(jìn),逐漸被淘汰,企業(yè)很難積累測試經(jīng)驗;2)眾多獨立的測試軟件,數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一,企業(yè)很難有效的利用采集的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和改善產(chǎn)品; 3)軟件難以維護,原始開發(fā)者離職后,軟件很難被后來的開發(fā)者完全接手,進(jìn)而導(dǎo)致重新開發(fā)軟件。
現(xiàn)代測試軟件開發(fā)環(huán)境優(yōu)劣總結(jié)
1)提供了統(tǒng)一環(huán)境與界面,通過搭積木方式構(gòu)建測控系統(tǒng),開發(fā)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(chuàng)建下一個測試用例;2)測試數(shù)據(jù)有效的進(jìn)行保存,可以輕易和現(xiàn)有的系統(tǒng)集成。3)測試流程都以圖形化的方式構(gòu)建,簡單直觀,幾乎不需要編程專業(yè)知識。4)有測試想法馬上就能實現(xiàn),不需要專業(yè)軟件開發(fā)者,可以高效進(jìn)行開發(fā)和測試。5)廠商提供支持、軟件更新、培訓(xùn)和咨詢服務(wù),與不斷發(fā)展的測試標(biāo)準(zhǔn)保持同步。6)現(xiàn)代測試軟件環(huán)境克服了許多自主研發(fā)軟件的限制。 Carnegie Mellon SEI3 關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化測試軟件開發(fā)過程的調(diào)查顯示,測試軟件開發(fā)過程的標(biāo)準(zhǔn)化使得:? 產(chǎn)品上市時間縮短 38%? 工作量減輕了 76%? 降低發(fā)貨不合格率,產(chǎn)品質(zhì)量提高了 80%。
3. 市場前景
2019年前三季度電子信息制造業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)生產(chǎn)總值已經(jīng)接近八萬億元,全球范圍更是一個天文數(shù)字,在產(chǎn)業(yè)鏈中,研發(fā)測試、生產(chǎn)測試、質(zhì)量保證、產(chǎn)品檢測以及產(chǎn)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(fā)測試軟件要提高通用性和易用性,則軟件的研發(fā)費用又大幅飆升,這兩者在自主研發(fā)測試軟件的企業(yè)中是不可兼得的。那么現(xiàn)代商用測試軟件開發(fā)環(huán)境能否“魚和熊掌”都兼得?市場為何很少采用現(xiàn)代商用測試軟件開發(fā)環(huán)境的企業(yè)?
究其原因:
1) 首要原因,當(dāng)前商用測試軟件開發(fā)環(huán)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(yè)主認(rèn)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(yè)核心競爭力的活投資回報率更高;
3)當(dāng)前商用測試軟件開發(fā)環(huán)境通常捆綁自家硬件測試設(shè)備銷售,普遍定價偏高,一般中小企業(yè)無法負(fù)擔(dān)。
正因為自主研發(fā)測試軟件的壟斷地位,而行業(yè)的發(fā)展方向則呼吁現(xiàn)代商用測試軟件開發(fā)環(huán)境,給市場留下了巨大的空間。試想一下,一款可以讓企業(yè)把測試成本壓縮到原來的五分之一的產(chǎn)品,企業(yè)有理由不采納嗎?
這是一個方向,國外測試測量領(lǐng)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(nèi)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(nèi)外優(yōu)秀產(chǎn)品的長處,克服易用性、靈活性的短處,已經(jīng)具備和國內(nèi)外強手一戰(zhàn)的實力。
文章轉(zhuǎn)載:中國傳動網(wǎng)