Triển khai và Kiểm thử Hệ thống Nhúng Trước khi Đưa vào Sử dụng

Dù chúng ta có muốn thừa nhận hay không, hầu hết các thiết kế được triển khai ngoài thực địa đều là hệ thống nhúng. Chúng có thể không chạy một hệ điều hành Linux đầy đủ, và có thể không có những bộ xử lý khổng lồ hay FPGA, nhưng chúng vẫn thực thi một số mã để cung cấp chức năng cốt lõi cho người dùng cuối. Khi bạn nhìn vào phần cao cấp hơn của bức tranh điện tử, như quân sự và hàng không vũ trụ, sự tăng trưởng trong việc triển khai hệ thống nhúng theo thời gian là đáng kinh ngạc. Ngoài việc có các yếu tố hình thức cực kỳ tiên tiến trong thiết kế, những hệ thống này cần phải rất đáng tin cậy và được kiểm tra kỹ lưỡng.

Vấn đề kiểm tra trong hệ thống nhúng rõ ràng xoay quanh chức năng cốt lõi, nhưng cũng có những mối quan tâm lớn về độ tin cậy cho hệ thống nhúng hiện nay. Trong bài viết này, tôi sẽ trình bày một số phương pháp kiểm tra hệ thống nhúng, cụ thể là liên quan đến điện năng, kiểm tra chức năng, và độ tin cậy nhiệt.

Kiểm Tra Chức Năng Hệ Thống Nhúng

Việc kiểm tra chức năng cốt lõi cho hệ thống nhúng của bạn cần được thực hiện trong mã và vật lý bằng cách nhìn vào PCB. Nếu bạn đã thiết kế mẫu ban đầu sử dụng phương pháp thiết kế cho khả năng kiểm tra (DFT), việc đủ điều kiện hệ thống nhanh chóng và xác định vấn đề nếu có sẽ dễ dàng hơn nhiều.

Trong một bài viết khác, chúng tôi đã đề cập đến một số phương pháp có thể áp dụng trong mã lệnh để giúp xác minh hệ thống nhúng từ góc độ chức năng. Điều này bao gồm các chỉ báo mã và cờ lỗi, nhưng đó không phải là cách duy nhất để tiếp cận thiết kế vật lý cho việc kiểm tra chức năng. Trong hầu hết các trường hợp, bạn cần đặt thiết kế trên bàn thí nghiệm và theo dõi cả mã lệnh và tín hiệu/năng lượng trên bàn thí nghiệm.

Bất kỳ phương pháp nào trong số này cũng có thể giúp bạn tăng tốc độ một số bài kiểm tra chức năng cốt lõi đồng thời cũng giám sát công suất và tín hiệu. Các loại bàn thử nghiệm như vậy có thể trở nên khá phức tạp vì bạn sẽ có nhiều thiết bị đo lường hoạt động cùng một lúc với hệ thống kiểm tra của mình.

Độ Tin Cậy Nhiệt

Khía cạnh khác của hệ thống nhúng khá khó khăn, đặc biệt trong các hệ thống độ tin cậy cao, là độ tin cậy nhiệt. Hệ thống nhúng có thể sử dụng nhiều năng lượng và do đó tạo ra nhiều nhiệt, vì vậy chúng cần được kiểm định về mặt nhiệt. Mục tiêu hàng đầu là đảm bảo chúng có thể hoạt động trong phạm vi thông số kỹ thuật và không bị tắt do quá tải nhiệt. Đối với kiểm tra nhiệt, xem xét xem thông số kỹ thuật nào sau đây áp dụng:

• Có giới hạn nhiệt độ bên trong vỏ máy của bạn không?
• Có giới hạn nhiệt độ chạm vỏ máy không?
• Có giới hạn nhiệt độ cụ thể cho các thành phần không, chẳng hạn như một số cảm biến?
• Có nỗ lực duy trì thông số kỹ thuật nhiệt chỉ bằng cách làm mát thụ động không?

Tất cả những điểm này sẽ quyết định bạn đo nhiệt độ ở đâu và như thế nào trong hệ thống khi nó hoạt động.

Việc đo nhiệt độ trong một hệ thống nhúng trong quá trình hoạt động khá đơn giản. Đối với những nhà thiết kế cá nhân không có ngân sách lớn, bạn có thể học được nhiều điều về hệ thống nhúng của mình chỉ bằng cách sử dụng loại

thermocouple loại K

đi kèm với đồng hồ đo đa năng. Điều này sẽ cung cấp các phép đo nhiệt độ tại điểm cụ thể trong thiết kế. Nếu bạn có nhiều đồng hồ đo, hãy sử dụng thermocouple đi kèm và gắn chúng vào các điểm cụ thể nơi việc đo nhiệt độ là quan trọng nhất. Những điểm này có thể là bộ xử lý chính, bộ điều chỉnh công suất chính, vỏ máy, hoặc không khí bên trong vỏ máy. Hãy thiết lập chúng và để hệ thống chạy cho đến khi nó đạt đến nhiệt độ cân bằng. Tùy thuộc vào kích thước và cơ chế làm mát trong hệ thống, thời gian cần thiết để hệ thống đạt đến nhiệt độ cân bằng có thể khá dài. Bạn sẽ phải thiết lập các đồng hồ đo của mình và để chúng chạy trong một thời gian nào đó trong khi giám sát các thiết bị đo khác của bạn.

Khi phân bố nhiệt độ đạt đến trạng thái cân bằng, hãy xem xét việc sử dụng máy ảnh nhiệt để lấy phân bố nhiệt độ trong quá trình hoạt động. Tôi nghĩ việc này rất quan trọng khi thực hiện trên vỏ máy, đặc biệt là nếu vỏ máy có yêu cầu về nhiệt độ chạm. Nếu hệ thống nhúng của bạn có nguồn cung cấp điện tích hợp, những vỏ máy đó có thể trở nên rất nóng, và người dùng sẽ không thể chạm hoặc xử lý hệ thống nếu không áp dụng làm mát chủ động hoặc bị động trực tiếp trên vỏ máy.

Nếu bạn gặp vấn đề với nhiệt độ dư thừa trong thiết kế, hãy lấy PCB ra khỏi vỏ máy và đo phân bố nhiệt độ trực tiếp bằng máy ảnh nhiệt. Nếu bạn chụp một số hình ảnh bằng máy ảnh, bạn sẽ có thể trực tiếp thấy những thành phần nào nóng nhất và chúng sẽ đạt đến nhiệt độ nào. Điều này rất quan trọng vì nó sẽ thông báo cho chiến lược làm mát tiếp theo.

Nếu vỏ máy của bạn tạo ra hiệu ứng lò nướng do các thành phần nóng, thì có thể cần thiết kế lại vỏ máy hoặc chiến lược làm mát. Đọc bài viết liên kết dưới đây để tìm hiểu về một số chiến lược thiết kế vỏ máy có thể giúp giữ cho hệ thống nhúng mát mẻ.

• Xem lý do vì sao vỏ máy của bạn có thể trở thành một cái lò

Nhóm cần hợp tác trên các sản phẩm phức tạp có thể truy cập vào một bộ đầy đủ các tính năng thiết kế hợp tác khi sử dụng Altium Designer^®. Tất cả các bên liên quan trong việc thiết kế sản phẩm có thể truy cập vào một bộ công cụ đầy đủ cho thiết kế PCB có thể hỗ trợ các nhiệm vụ phát triển nhúng, cũng như các tính năng thiết kế cáp và dây dẫn. Khi bạn đã hoàn thành thiết kế và muốn gửi các tệp cho nhà sản xuất của mình, nền tảng Altium 365^™ giúp việc hợp tác và chia sẻ dự án của bạn trở nên dễ dàng.

Chúng tôi chỉ mới khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.