Kiểm thử Hardware-in-the-Loop: Giới thiệu

Nếu bạn tìm kiếm "Kiểm thử Hardware-in-the-Loop", bạn sẽ thường xuyên tìm thấy các ví dụ về hệ thống thời gian thực phức tạp. Bài viết này từ National Instruments, chẳng hạn, cung cấp một giải thích đẹp và nền tảng về hardware-in-the-loop (HIL) là gì, và cung cấp một ví dụ về việc kiểm thử các đơn vị điều khiển điện tử trong một ô tô. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào một phiên bản nhỏ hơn, dễ tiếp cận hơn về các khái niệm kiểm thử HIL.

Hardware-in-the-Loop Testing là gì?

Để mục đích của bài viết này, chúng tôi sẽ định nghĩa kiểm thử hardware-in-the-loop một cách khác biệt so với cách nó được trình bày thông thường (ví dụ: trong các ứng dụng ô tô). Hãy quan sát ba lớp phức tạp khác nhau khi nói đến việc kiểm thử một sản phẩm.

Định dạng Kiểm thử 1: Kiểm thử Thủ công Cơ bản

Trong hình thức kiểm thử này, một kỹ sư sẽ kiểm thử thiết bị một cách thủ công. Điều này có thể bao gồm việc đo các điểm kiểm tra trên một bảng mạch với một đồng hồ đo điện tử số, quan sát các hình dạng sóng trên một máy hiện sóng, hoặc tự mình phân tích thông tin đọc từ telemetry trên màn hình máy tính. Kỹ sư sẽ kiểm thử sản phẩm thông qua kiểm thử xác minh thiết kế thủ công.

Định dạng Kiểm thử 2: Kiểm thử Tự động

Bộ thiết lập kiểm tra này thực hiện các phéasurements và xác minh thường được một kỹ sư thực hiện, nhưng lại được thực hiện bởi máy tính một cách tự động. Máy chủ sẽ trực tiếp giao tiếp với các thiết bị đo (ví dụ: đồng hồ đo đa năng, máy hiện sóng, v.v.), phân tích dữ liệu từ thiết bị, và sau đó xác minh bộ kiểm tra dựa trên các tiêu chí do kỹ sư đặt ra.

Định dạng Kiểm tra 3: Kiểm tra Phần cứng trong Vòng lặp

Kiểm tra phần cứng trong vòng lặp đưa việc kiểm tra tự động lên một cấp độ mới bằng cách thêm các kích thích bổ sung để mô phỏng một ứng dụng thực tế. Ví dụ, thiết bị đang được kiểm tra (DUT) có thể có một loạt cảm biến cần được kích thích. Thiết bị kiểm tra sẽ mô phỏng phần còn lại của những cảm biến này để kích thích phía cảm biến của DUT. Một ví dụ khác có thể đơn giản như việc đưa dữ liệu RS-422 vào một bộ thu RS-422 trên DUT. Ý tưởng là chúng ta có thể đưa kích thích mới vào DUT, đọc lại dữ liệu từ máy chủ, và điều chỉnh các bài kiểm tra của mình một cách phù hợp nếu cần (ví dụ: đưa dữ liệu RS-422 nhanh hơn và mạnh mẽ hơn sau khi vượt qua một bài kiểm tra ban đầu).

Lợi ích của Việc Áp dụng Kiểm tra Phần cứng trong Vòng lặp

Dựa trên ứng dụng, có thể rõ ràng tại sao người ta lại chọn kiểm thử phần cứng trong vòng lặp thay vì kiểm thử tự động (và chắc chắn là kiểm thử thủ công). Nếu ai đó đang cố gắng tích hợp một hệ thống phức tạp hoặc (các hệ thống của hệ thống), với nhiều yêu cầu kích thích bên ngoài, một bài kiểm tra tự động cơ bản sẽ không đủ. Xem xét một bộ sạc pin cơ bản. Mặc dù bạn có thể mô phỏng một nguồn điện, tải và pin để kiểm tra mạch điều khiển của mình (hoặc vật lý hoặc thông qua phần mềm) thì việc sử dụng một nguồn điện thực, pin và tải để kiểm tra thiết kế sẽ thực tế hơn. Hơn nữa, nếu bạn có thể tự động hóa quy trình này, các kỹ sư của bạn giờ đây có thể dành thời gian của họ cho việc phát triển thay vì kiểm thử.

Phân tích Chi phí: Liệu nó có Đáng không?

Khi quyết định có nên áp dụng kiểm thử phần cứng trong vòng lặp hay không, người ta nên xem xét các yếu tố sau:

1. Thời gian kiểm thử: Bạn sẽ mất bao nhiêu thời gian để kiểm thử thiết bị? Liệu đó chỉ là một bài kiểm tra cơ bản và sau đó bạn hoàn thành hay nó sẽ yêu cầu hàng tháng kiểm thử?
2. Tần suất kiểm thử: Bạn sẽ thực hiện cùng một bài kiểm thử bao lần? Bộ thiết lập kiểm thử này (tức là thiết bị và kịch bản tự động hóa) có thể được sử dụng cho các thiết kế tương lai không?
3. Thiết bị kiểm tra: Chi phí để có được thiết bị cần thiết cho việc kiểm tra tự động so với kiểm tra thủ công là bao nhiêu?

Sau khi bạn đã xem xét những yếu tố này và các yếu tố khác, bạn có thể bắt đầu đưa ra quyết định về việc có nên tiếp tục với kiểm tra thủ công hay đầu tư vào kiểm tra tự động/hardware-in-the-loop.

Bắt đầu

Dựa trên kinh nghiệm của tôi, tôi đã thấy rằng, không cần bàn cãi, cách dễ dàng nhất để bắt đầu với kiểm tra hardware-in-the-loop chính là sử dụng một khung kiểm tra toàn diện như một khung được cung cấp bởi National Instruments (NI). NI có một nền tảng phần cứng/phần mềm toàn diện, có thể cắm và chạy ngay. Dưới đây là một số ưu và nhược điểm để xem xét khi cân nhắc về một khung toàn diện:

Trong thời gian tôi làm việc với các hệ thống phức tạp, LabVIEW là lựa chọn hàng đầu của tôi cho việc kiểm tra tự động - bao gồm việc xây dựng một chuỗi liên tục hoàn chỉnh về Tích hợp và Triển khai liên tục cho các dự án và VI của LabVIEW. Khi tôi chuyển sang các hệ thống nhỏ hơn yêu cầu hỗ trợ vòng lặp cứng đơn giản hơn, tôi bắt đầu chuyển hướng sang phần cứng tùy chỉnh hoặc phần cứng sẵn có trên thị trường (COTS) và các script Python (sử dụng pytest framework). Một lần nữa, tất cả đều phụ thuộc vào ứng dụng và, như đã nói trước đó, thời gian kiểm tra, tần suất kiểm tra và thiết bị kiểm tra là những yếu tố chính quyết định quyết định này.

Kết luận

Trong bài viết này, chúng ta đã xem xét khái niệm kiểm tra vòng lặp phần cứng trong hệ thống và cách nó khác biệt so với kiểm tra thủ công và tự động. Chúng ta cũng đã xem xét những lợi ích của việc áp dụng kiểm tra vòng lặp phần cứng trong hệ thống và cách đánh giá xem đó có thực sự là những gì người dùng cần hay không. Cuối cùng, chúng ta đã thảo luận một số cách để bắt đầu. Mặc dù kiểm tra vòng lặp phần cứng trong hệ thống có thể không phải là phù hợp với tất cả mọi người nhưng rõ ràng là đối với ứng dụng phù hợp, khoản đầu tư sẽ mang lại lợi ích rất nhanh chóng.

Bạn có muốn tìm hiểu thêm về cách Altium có thể giúp bạn với thiết kế PCB tiếp theo của mình không? Nói chuyện với chuyên gia tại Altium hoặc khám phá thêm về các vấn đề DFM hàng đầu và giải pháp của chúng.