Реализация и тестирование встроенных систем до ввода в эксплуатацию

Хотим мы того или нет, большинство систем, используемых на практике, являются встроенными системами. Они могут не работать на полноценной операционной системе Linux и могут не иметь огромных процессоров или FPGA, но все равно выполняют некоторый код для обеспечения своей основной функциональности конечному пользователю. Если посмотреть на более высокий ценовой сегмент электронного ландшафта, такой как военное дело и аэрокосмическая отрасль, рост числа внедрений встроенных систем со временем поражает. Помимо очень агрессивных форм-факторов в дизайне, эти системы должны быть высоконадежными и тщательно протестированными.

Проблема тестирования встроенных систем, очевидно, касается основной функциональности, но также существуют серьезные опасения по поводу надежности современных встроенных систем. В этой статье я рассмотрю некоторые подходы к тестированию встроенных систем, в частности, с точки зрения питания, функционального тестирования и термической надежности.

Функциональное тестирование встроенных систем

Основное функциональное тестирование вашей встроенной системы должно проводиться как в коде, так и физически, путем осмотра печатной платы. Если вы разработали первоначальный прототип, используя подход, ориентированный на тестируемость (DFT), это значительно упростит быструю квалификацию систем и выявление проблем, если они имеются.

В другой статье мы описали некоторые подходы, которые могут быть реализованы в коде, чтобы помочь проверить встроенные системы с функциональной точки зрения. Это включает в себя индикаторы кода и флаги ошибок, но это не единственный способ подхода к физическому проектированию для функционального тестирования. В большинстве случаев вам нужно поместить дизайн на стенд и контролировать как код, так и сигнал/питание на стенде.

Любой из этих подходов может помочь вам ускорить некоторые основные функциональные тесты, а также контролировать питание и сигнал. Такие тестовые стенды могут быть довольно сложными, поскольку у вас будет работать сразу несколько приборов с вашей тестовой системой.

Термическая надежность

Другой аспект встроенных систем, который довольно сложен, особенно в системах с высокой надежностью, это термическая надежность. Встроенные системы могут потреблять много энергии и, следовательно, генерировать много тепла, поэтому их необходимо квалифицировать с термической точки зрения. Основная цель - обеспечить их работу в соответствии со спецификациями и предотвратить их отключение из-за термического перенапряжения. Для термического тестирования рассмотрите, какие из этих спецификаций применимы:

• Есть ли внутренний температурный предел в вашем корпусе?
• Есть ли предел температуры прикосновения к корпусу?
• Есть ли конкретные температурные пределы для компонентов, таких как определенные датчики?
• Предпринимается ли попытка поддерживать термическую спецификацию, используя только пассивное охлаждение?

Все эти моменты будут определять, где и как вы измеряете температуру в системе во время ее работы.

Измерение температуры во встроенной системе во время работы довольно простое. Для отдельного разработчика без большого бюджета можно многое узнать о своей встроенной системе, просто используя термопару типа K, которая поставляется в комплекте с мультиметром. Это позволит получить точечные измерения температуры в дизайне. Если у вас есть несколько мультиметров, используйте предварительно упакованную термопару и прикрепите их к конкретным точкам, где измерения температуры наиболее важны. Этими точками могут быть ваш основной процессор, основные регуляторы питания, сам корпус или воздух внутри корпуса.

Термопара типа K

Установите их и дайте системе работать, пока она не достигнет своей равновесной температуры. В зависимости от размера и механизма охлаждения в системе, время, необходимое системе для достижения ее равновесной температуры, может быть довольно долгим. Вам придется настроить свои мультиметры и оставить их работать некоторое время, одновременно контролируя ваши другие приборы.

Как только распределение температуры достигнет равновесия, рассмотрите возможность использования тепловизора для получения распределения температуры во время работы. Я думаю, что это важно сделать на корпусе, особенно если для корпуса предусмотрены требования к температуре на ощупь. Если ваша встроенная система имеет встроенный блок питания, такие корпуса могут сильно нагреваться, и пользователь не сможет касаться или обращаться с системой, если непосредственно на корпусе не реализовано активное или пассивное охлаждение.

Если у вас возникают проблемы с избыточным теплом в конструкции, выньте печатную плату из корпуса и измерьте распределение температуры непосредственно с помощью тепловизора. Если вы сделаете несколько снимков с камеры, вы сможете напрямую увидеть, где находятся самые горячие компоненты и какие температуры они могут достигать. Это очень важно, так как это поможет определить стратегию охлаждения на будущее.

Если ваш корпус создает эффект печи из-за горячих компонентов, то может потребоваться переработка конструкции корпуса или стратегии охлаждения. Прочтите связанную статью ниже, чтобы узнать о некоторых стратегиях дизайна корпусов, которые могут помочь охладить встроенную систему.

• Узнайте, почему ваш корпус может превратиться в духовку

Команды, которым необходимо сотрудничать над сложными продуктами, могут получить доступ к полному набору функций для совместного проектирования при использовании Altium Designer^®. Все заинтересованные стороны, участвующие в разработке продукта, могут получить доступ к полному набору инструментов для проектирования печатных плат, которые могут поддерживать задачи встроенной разработки, а также функции проектирования кабелей и проводки. Когда вы закончили свой проект и хотите отправить файлы вашему производителю, платформа Altium 365^™ упрощает сотрудничество и обмен проектами.

Мы только начали раскрывать возможности Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.