組み込みシステムの実装とテストの実施

認めたくないかもしれませんが、現場で展開されるほとんどの設計は組み込みシステムです。フルのLinuxオペレーティングシステムを実行していないかもしれませんし、巨大なプロセッサーやFPGAを持っていないかもしれませんが、それでも何らかのコードを実行して、エンドユーザーにそのコア機能を提供します。電子機器の高価値エンド、例えば軍事や航空宇宙を見ると、時間とともに組み込みシステムの展開が驚くほど増加しています。非常に攻撃的なフォームファクターの設計に加えて、これらのシステムは高い信頼性が求められ、徹底的にテストされる必要があります。

組み込みシステムのテスト問題は明らかにコア機能を中心に展開しますが、今日の組み込みシステムには大きな信頼性の懸念もあります。この記事では、特に電力、機能テスト、および熱信頼性に関して、組み込みシステムのテストへのいくつかのアプローチについて説明します。

組み込みシステムの機能テスト

組み込みシステムのコア機能テストは、コード内およびPCBを見て物理的に行う必要があります。テスト容易性（DFT）アプローチを使用して初期プロトタイプを設計した場合、システムを迅速に適格化し、問題が存在する場合にそれを特定することがはるかに簡単になります。

別の記事では、機能的な観点から組み込みシステムを検証するためにコードで実装できるいくつかのアプローチを概説しました。これにはコードインジケーターやエラーフラグが関係しますが、機能テストのための物理設計にアプローチする唯一の方法ではありません。ほとんどの場合、設計をベンチに置き、コードと信号/電力の両方をベンチ上で監視する必要があります。

これらのアプローチのいずれかを使用すると、コア機能テストの一部をスピードアップしながら、電力と信号の監視も行うことができます。この種のテストベンチは、テストシステムと同時に複数の計測器を動作させるため、かなり複雑になることがあります。

熱信頼性

特に高信頼性システムでは、埋め込みシステムのもう一つの難しい側面が熱信頼性です。埋め込みシステムは多くの電力を使用し、その結果、多くの熱を発生させるため、熱的に適格である必要があります。最上位の目標は、仕様内で動作できること、および熱過負荷によってシャットダウンしないことを確認することです。熱テストについては、これらの仕様のどれが適用されるかを検討してください：

• エンクロージャ内に内部温度制限はありますか？
• ケースエンクロージャのタッチ温度制限はありますか？
• 特定のセンサーなど、特定のコンポーネントの温度制限はありますか？
• 受動冷却のみを使用して熱仕様を維持しようとしていますか？

これらのポイントはすべて、システムが動作している間に温度をどこで、どのように測定するかを決定します。

組み込みシステムの運用中の温度測定は比較的簡単です。大きな予算がない個々の設計者でも、マルチメーターに付属している

タイプK熱電対

を使用するだけで、組み込みシステムについて多くのことを学ぶことができます。これにより、設計内の点温度測定が可能になります。複数のメーターを持っている場合は、付属の熱電対を使用し、温度測定が最も重要な特定の点にこれらを取り付けます。これらの点は、メインプロセッサー、メイン電力レギュレーター、エンクロージャー自体、またはエンクロージャー内の空気などがあります。

これらを設定し、システムが平衡温度に達するまで運転させます。システムのサイズや冷却機構によっては、システムが平衡温度に達するまでにかなり長い時間がかかる場合があります。メーターを設定し、他の計測器を監視しながら、しばらくの間運転し続ける必要があります。

温度分布が平衡に達したら、運用中の温度分布を得るために熱カメラを使用することを検討してください。特にエンクロージャに触温要件がある場合、これを行うことが重要だと思います。埋め込みシステムに内蔵電源がある場合、そのエンクロージャは非常に熱くなり、アクティブまたはパッシブ冷却がエンクロージャに直接実装されていない場合、ユーザーはシステムに触れたり扱ったりすることができません。

設計で過剰な熱が問題になっている場合は、エンクロージャからPCBを取り出し、熱カメラで直接温度分布を測定してください。カメラでいくつかの画像を撮ると、最も熱いコンポーネントがどこにあるか、どの温度に達するかを直接確認できます。これは、今後の冷却戦略を決定する上で非常に重要です。

エンクロージャが熱いコンポーネントのためにオーブン効果を生み出している場合は、エンクロージャまたは冷却戦略の再設計が必要になるかもしれません。以下のリンクされた記事を読んで、埋め込みシステムを冷やすのに役立ついくつかのエンクロージャ設計戦略について学んでください。

• あなたのエンクロージャがオーブンになる可能性がある理由を見てみましょう

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