Implementierung und Test von eingebetteten Systemen vor der Inbetriebnahme

Ob wir es zugeben wollen oder nicht, die meisten im Feld eingesetzten Designs sind eingebettete Systeme. Sie führen vielleicht kein vollständiges Linux-Betriebssystem aus und haben vielleicht keine riesigen Prozessoren oder FPGAs, aber sie führen dennoch etwas Code aus, um ihre Kernfunktionalität dem Endbenutzer bereitzustellen. Wenn man sich das höherwertige Ende der Elektroniklandschaft ansieht, wie das Militär- und Luftfahrtwesen, ist der Anstieg der Einsatzrate eingebetteter Systeme über die Zeit hinweg atemberaubend. Zusätzlich zu sehr aggressiven Formfaktoren im Design müssen diese Systeme hochzuverlässig und gründlich getestet sein.

Das Testproblem bei eingebetteten Systemen dreht sich offensichtlich um die Kernfunktionalität, aber es gibt auch große Zuverlässigkeitsbedenken bei den heutigen eingebetteten Systemen. In diesem Artikel werde ich einige der Ansätze zum Testen eingebetteter Systeme durchgehen, speziell in Bezug auf Leistung, Funktionstests und thermische Zuverlässigkeit.

Funktionstests eingebetteter Systeme

Die Kernfunktionstests für Ihr eingebettetes System müssen sowohl im Code als auch physisch durch Betrachtung der PCB erfolgen. Wenn Sie den ursprünglichen Prototyp mit einem Design-for-Testability (DFT)-Ansatz entworfen haben, wird es viel einfacher sein, Systeme schnell zu qualifizieren und Probleme zu identifizieren, falls sie vorhanden sind.

In einem anderen Artikel haben wir einige Ansätze skizziert, die im Code implementiert werden können, um eingebettete Systeme aus funktionaler Perspektive zu validieren. Dies beinhaltet Code-Indikatoren und Fehlerflags, aber das ist nicht der einzige Weg, um das physische Design für funktionale Tests anzugehen. In den meisten Fällen müssen Sie das Design auf eine Testbank legen und sowohl den Code als auch Signal/Strom auf der Bank überwachen.

Jeder dieser Ansätze kann Ihnen helfen, einige der Kernfunktionstests zu beschleunigen, während Sie gleichzeitig Leistung und Signal überwachen. Solche Testbänke können ziemlich komplex werden, da Sie mehrere Instrumente gleichzeitig mit Ihrem Testsystem betreiben werden.

Thermische Zuverlässigkeit

Ein anderer Aspekt von eingebetteten Systemen, der besonders in hochzuverlässigen Systemen schwierig ist, ist die thermische Zuverlässigkeit. Eingebettete Systeme können viel Leistung verbrauchen und somit viel Wärme erzeugen, daher müssen sie thermisch qualifiziert werden. Das oberste Ziel ist sicherzustellen, dass sie innerhalb der Spezifikationen arbeiten können und dass sie nicht aufgrund von thermischer Überlastung abschalten. Für thermische Tests sollten Sie überlegen, welche dieser Spezifikationen zutreffen:

• Gibt es eine interne Temperaturgrenze in Ihrem Gehäuse?
• Gibt es eine Grenze für die Berührungstemperatur des Gehäuses?
• Gibt es spezifische Komponententemperaturgrenzen, wie bestimmte Sensoren?
• Wird versucht, eine thermische Spezifikation nur mit passiver Kühlung aufrechtzuerhalten?

All diese Punkte werden diktieren, wo und wie Sie die Temperatur im System während des Betriebs messen.

Temperaturmessungen in einem eingebetteten System während des Betriebs sind ziemlich unkompliziert. Für den einzelnen Entwickler ohne ein großes Budget können Sie viel über Ihr eingebettetes System lernen, indem Sie einfach das Typ-K-Thermoelement verwenden, das mit einem Multimeter geliefert wird. Dies ermöglicht punktuelle Temperaturmessungen im Design. Wenn Sie mehrere Messgeräte haben, verwenden Sie das mitgelieferte Thermoelement und befestigen Sie diese an spezifischen Punkten, an denen Temperaturmessungen am wichtigsten sind. Diese Punkte können Ihr Hauptprozessor, die Hauptstromregler, das Gehäuse selbst oder die Luft im Gehäuse sein.

Typ-K-Thermoelement

Richten Sie diese ein und lassen Sie das System laufen, bis es seine Gleichgewichtstemperatur erreicht. Abhängig von der Größe und dem Kühlmechanismus im System könnte die Zeit, die das System benötigt, um seine Gleichgewichtstemperatur zu erreichen, recht lang sein. Sie müssen Ihre Messgeräte einrichten und sie einige Zeit laufen lassen, während Sie Ihre anderen Instrumente überwachen.

Sobald die Temperaturverteilung ein Gleichgewicht erreicht hat, sollten Sie in Erwägung ziehen, eine Wärmebildkamera zu verwenden, um die Temperaturverteilung während des Betriebs zu erfassen. Ich denke, es ist wichtig, dies am Gehäuse durchzuführen, besonders wenn das Gehäuse eine Berührungstemperaturanforderung hat. Wenn Ihr eingebettetes System eine integrierte Stromversorgung hat, können diese Gehäuse sehr heiß werden, und der Benutzer wird nicht in der Lage sein, das System zu berühren oder zu handhaben, wenn keine aktive oder passive Kühlung direkt am Gehäuse implementiert ist.

Wenn Sie ein Problem mit überschüssiger Wärme im Design haben, nehmen Sie die Leiterplatte aus dem Gehäuse heraus und messen Sie die Temperaturverteilung direkt mit einer Wärmebildkamera. Wenn Sie einige Bilder mit einer Kamera aufnehmen, können Sie direkt sehen, wo die heißesten Komponenten sind und welche Temperaturen sie erreichen werden. Dies ist sehr wichtig, da es die Kühlstrategie für die Zukunft informieren wird.

Wenn Ihr Gehäuse aufgrund heißer Komponenten einen Ofeneffekt erzeugt, dann kann eine Neugestaltung des Gehäuses oder der Kühlstrategie notwendig sein. Lesen Sie den unten verlinkten Artikel, um einige Gehäusedesignstrategien kennenzulernen, die dabei helfen können, ein eingebettetes System kühl zu halten.

• Erfahren Sie, warum Ihr Gehäuse zu einem Ofen werden kann

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