概覽

歡迎進入設(shè)計新一代測試系統(tǒng)的開發(fā)者指南。該指南匯總了一系列的技術(shù)白皮書，專為幫助您通過開發(fā)測試系統(tǒng)，降低成本、提升測試處理能力并順應(yīng)今后的需求。這份技術(shù)白皮書為選擇最合適的軟件應(yīng)用開發(fā)環(huán)境(ADE)，提供指導(dǎo)。下載完整的開發(fā)者指南(共120頁)，查閱ni.com/automatedtest/zhs

1、行業(yè)趨勢和挑戰(zhàn)

隨著全球設(shè)計和新產(chǎn)品開發(fā)的快速發(fā)展，測試管理者和測試工程師在開發(fā)測試系統(tǒng)時具有了新機會，這極大加速了產(chǎn)品開發(fā)周期。測試系統(tǒng)的開發(fā)方式由利用專用、即用型(turnkey)測試系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為創(chuàng)建模塊化測試架構(gòu)。新一代的測試架構(gòu)應(yīng)當容納多種產(chǎn)品的測試需求并促進新型測試技術(shù)的添加，從而在未來實現(xiàn)其他的測試融合。開發(fā)強健開放的測試軟件架構(gòu)，對于設(shè)計模塊化的測試架構(gòu)至關(guān)重要。

隨著開發(fā)成本在資金投入中的比值增加，我們更需要開發(fā)模塊化且靈活的測試軟件架構(gòu)。在當今的大多數(shù)測試系統(tǒng)中，開發(fā)成本（如：系統(tǒng)集成成本和軟件開發(fā)成本）往往是資金投入的2倍至10倍。測試工程組應(yīng)當和日益縮短的產(chǎn)品開發(fā)周期、設(shè)計與測試的全球化保持同步，而這種開發(fā)成本的快速增長卻正對該能力形成深遠影響。當前測試系統(tǒng)的開發(fā)手段生成了過多項目，令如今的工程師難以與其保持同步。

對工程師而言，待測產(chǎn)品的復(fù)雜性也在迅速提高。而市場卻在要求更高的質(zhì)量和更多的功能。目前，很大程度上，產(chǎn)品在相同空間中可能納入了更多的壓縮功能。測試這類日益增加的功能便需要在您的測試系統(tǒng)中添加新型技術(shù)，這對靈活性不高的即用型(turnkey)測試系統(tǒng)便是一項挑戰(zhàn)。反之，模塊化測試架構(gòu)卻能夠根據(jù)需要，通過固有手段添加新型功能。模塊化的測試軟件架構(gòu)可幫助您縮減開發(fā)成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，并緊跟新產(chǎn)品復(fù)雜性的日益增長。

2、定義模塊化的測試軟件架構(gòu)

設(shè)計高效的測試系統(tǒng)需要模塊化的軟件架構(gòu)（圖1）和為測試優(yōu)化的開發(fā)工具。欲使測試系統(tǒng)的開發(fā)更為迅速、經(jīng)濟，關(guān)鍵在于：通過評估測試軟件架構(gòu)，實現(xiàn)代碼最大程度的再利用。檢驗測試軟件架構(gòu)包括：評估使用中的軟件開發(fā)工具和學(xué)習自行開發(fā)測試編碼。理解模塊化測試軟件架構(gòu)的重要性；理解以模塊開發(fā)測試的方法而舍棄創(chuàng)建獨立應(yīng)用程序的思想，將大大提高測試軟件的再利用。

圖1. 測試系統(tǒng)架構(gòu)

納入模塊化的測試軟件架構(gòu)時，首先應(yīng)選擇軟件開發(fā)環(huán)境，其設(shè)計須能輕松連接儀器并快速執(zhí)行測試所需的各類測量和分析。這些測試軟件開發(fā)工具包括：NI LabVIEW、NI LabWindows/CVI和用于Visual Studio .NET的NI Measurement Studio。借助適當?shù)臏y試開發(fā)環(huán)境，您能夠與團隊的其他成員及組織中的測試部門，更為輕松地共享測試程序。

選擇具有強健軟件界面的測試和測量硬件，是定義模塊化軟件架構(gòu)的另一個重要層面。NI Measurement & Automation Explorer (MAX)、NI-DAQ、虛擬儀器軟件架構(gòu)(VISA)、NI LabVIEW即插即用驅(qū)動、可互換虛擬儀器(IVI)驅(qū)動等測量和控制服務(wù)軟件，可以提供模塊化硬件接口，通過利用虛擬通道名稱、虛擬設(shè)備和仿真接口，對測試系統(tǒng)進行配置和編程。這些模塊化的測量和控制服務(wù)驅(qū)動軟件，令您無需開發(fā)與測試系統(tǒng)中的特定硬件及通道永久相接的測試程序，從而進一步簡化了代碼再利用。

設(shè)計工程師為建模和驗證測試而創(chuàng)建的測試模塊，是生產(chǎn)測試部門的整合資產(chǎn)。生產(chǎn)測試工程師可通過NI TestStand等行業(yè)標準測試管理軟件，將在建模和驗證階段中開發(fā)的測試，輕松集成至最終的自動化測試系統(tǒng)。

NI TestStand提供一系列的內(nèi)置測試管理功能，如：測試模塊適配器。無論各項測試的函數(shù)原型如何定義，測試模塊適配器均能夠調(diào)用常見測試語言（如：NI LabVIEW、NI LabWindows/CVI、C/C++和Visual Studio .NET）編寫的測試。對產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)團隊之間代碼最大程度的再利用，在節(jié)省測試開發(fā)精力的同時確保了生產(chǎn)進度并滿足了更高質(zhì)量的要求。由于靈活的NI TestStand模塊適配器可最大程度地壓縮培訓(xùn)與代碼的應(yīng)用，從而保證了產(chǎn)品開發(fā)周期中最大的代碼利用率。

3、NI模塊化的測試軟件架構(gòu)

模塊化測試軟件架構(gòu)的管理層，負責指導(dǎo)整個測試系統(tǒng)的執(zhí)行。 NI TestStand的開放式軟件架構(gòu)受到測試管理軟件的廣泛青睞，并極大推動了可擴展性測試軟件架構(gòu)的輕松執(zhí)行。NI TestStand提供完全模塊化兼開放式的架構(gòu)，既能接受現(xiàn)成且“原封不動”的使用，也可作為單個組件用以設(shè)計完全自定義且基于NI TestStand的測試系統(tǒng)。圖2圖形化地描述了NI TestStand的架構(gòu)。

圖2. NI TestStand測試管理軟件架構(gòu)

作為NI TestStand架構(gòu)核心的NI TestStand Engine是一款強大的多線程測試引擎，它具有完整且經(jīng)過詳細描述的API。借助與NI TestStand Engine的通信，模塊適配器提供開放的語言接口，以自動化各種語言所編寫的測試。過程模型在必須執(zhí)行的測試代碼和系統(tǒng)級函數(shù)之間，提供更卓越的模塊化。序列編輯器為測試序列提供易于使用且功能強大的開發(fā)環(huán)境。新近的操作界面由多種程序語言編寫的源代碼提供，通過快速定制滿足您的確切需求。

NI TestStand Engine

NI TestStand Engine是一套用以導(dǎo)出ActiveX/COM的API函數(shù)庫，可引導(dǎo)NI TestStand架構(gòu)的所有部件。API令開發(fā)者利用導(dǎo)出的1,400多種函數(shù)，通過編程在NI TestStand Engine上執(zhí)行各項操作。執(zhí)行多線程的NI TestStand Engine可通過同步測試多個單元，提高吞吐能力。還因為引擎自身能夠執(zhí)行容限測試(limit testing)，開發(fā)者無需將該功能納入測試代碼。由于沒有納入容限測試(limit testing)，測試代碼的靈活性和重復(fù)利用性均獲得提高。NI TestStand Engine的另一項功能是：它能像任何的編程語言一樣，執(zhí)行流程控制功能。最后，它還能實現(xiàn)多級用戶的訪問與管理，提高了測試系統(tǒng)的安全性。

模塊適配器

NI TestStand Engine在調(diào)用不同語言編寫的代碼時，利用了NI TestStand配備的不同模塊適配器。模塊適配器在NI TestStand Engine和NI LabVIEW、NI LabWindows/CVI、.Net、C/C++ DLL、ActiveX/COM和HT Basic編寫的測試代碼之間，提供了一個開放的語言接口。利用不同語言調(diào)用代碼，能夠重復(fù)使用任何已有的傳統(tǒng)代碼并利用更新的技術(shù)。您可以借助代碼模塊，利用參數(shù)的任意數(shù)目或NI TestStand API，從代碼模塊處收發(fā)信息。模塊適配器提供的其他功能包括：單步執(zhí)行代碼模塊進行調(diào)試以及利用代碼模板提高編程效率。

過程模型

測試UUT不僅需要執(zhí)行一系列的測試。通常，測試系統(tǒng)必須執(zhí)行UUT識別、結(jié)果記錄、測試報告生成等一系列的操作。這些操作及其執(zhí)行流程的集合稱為過程模型。過程模型執(zhí)行著必要的系統(tǒng)級函數(shù)并在多個測試序列中使用它們，從而在測試代碼和此類系統(tǒng)級函數(shù)之間提供更卓越的模塊化。由于NI TestStand配有3個過程模型，用戶既可以原封不動地使用，也可以進行完整定制。順序過程模型每次能夠測試1個單元；而批量與并行過程模型則借助NI TestStand的多線程功能，同時測試1個以上的單元。

序列編輯器

序列編輯器向測試工程師提供開發(fā)最復(fù)雜自動化測試系統(tǒng)時需要的所有功能和工具。用戶可利用序列編輯器，創(chuàng)建、調(diào)試并修改測試順序文件(Test Sequence File)。測試順序文件(Test Sequence File)中的測試步驟能夠包含所有測試編程語言開發(fā)出的代碼模塊。此外，序列編輯器包含創(chuàng)建部署套件的工具，可實現(xiàn)測試序列和操作界面的輕松發(fā)布。序列編輯器還提供用戶管理服務(wù)，從而根據(jù)NI TestStand管理員設(shè)定的權(quán)限，防止某些用戶使用受到限制的功能。圖2中，序列編輯器顯示著由NI LabWindows/CVI編寫的測試順序。

圖3. NI TestStand序列編輯器

操作界面

歸根結(jié)底，操作界面是用于NI TestStand的可定制用戶界面，能夠執(zhí)行和調(diào)試由序列編輯器所創(chuàng)建的測試順序文件(test sequence file)。在制造車間里，或者當測試或驗證系統(tǒng)需要體現(xiàn)出一種自定義的外觀和感受時，通常都會使用操作界面。NI TestStand操作界面通過NI TestStand用戶界面控件，全面執(zhí)行順序文件顯示(Sequence File Display)和執(zhí)行跟蹤(Execution Tracing)等常用功能，從而促進開發(fā)。NI TestStand中可立即運行的操作界面，由NI LabVIEW、NI LabWindows/CVI、C#、VB和VB .NET編寫而成。

4、應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境(ADE)

ADE在測試軟件架構(gòu)中扮演著很關(guān)鍵且可視化的角色。借助此類工具，系統(tǒng)開發(fā)者可進行系統(tǒng)的設(shè)計與組合，以實現(xiàn)測量應(yīng)用、向終端用戶顯示信息、連接其他應(yīng)用程序等多項功能。用于開發(fā)測量和自動化應(yīng)用的ADE，為各個應(yīng)用領(lǐng)域提供易于使用的設(shè)計模型、編譯型性能和應(yīng)用層的編程靈活性。同樣重要的是，這些ADE與測量和控制服務(wù)軟件緊密集成，而控制服務(wù)軟件則與各種I/O設(shè)備連接且范圍從小型應(yīng)用程序到大型系統(tǒng)。

簡單易用不僅重要，而且比快速上手和運行更為關(guān)鍵。借助易于使用的ADE，開發(fā)者不僅能夠通過多種測量設(shè)備輕松地集中處理例行程序(routine)，還可創(chuàng)建復(fù)雜的用戶界面、部署并維護應(yīng)用程序，并在產(chǎn)品設(shè)計升級和系統(tǒng)需要擴張時修改程序。

顯著的靈活性得益于內(nèi)部軟件架構(gòu)的使用，然而，當組織為了同迅速發(fā)展且處于業(yè)務(wù)核心之外的技術(shù)（如：OS和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）保持同步而使用專有軟件時，常伴隨額外的成本耗費。這種行為會將珍貴資源從商業(yè)運作中濾除，并往往造成寶貴時間的流失。然而在實際例證中，開發(fā)者可以利用專為測量和自動化而設(shè)計的現(xiàn)成即用型ADE，快速簡便地升級至最新版的OS操作系統(tǒng)，或是通過最低的開發(fā)投資與新興的互聯(lián)網(wǎng)和XML標準實現(xiàn)集成。亦或是，在使用Visual Basic或Visual C++等ADE時，特定的測量和自動化附加工具可顯著削減開發(fā)時間。

除了與測量和控制服務(wù)軟件緊密集成，用以開發(fā)測量和自動化系統(tǒng)的ADE還可實現(xiàn)測量的管理和處理。為了最高效地實現(xiàn)此項功能，ADE在環(huán)境中直接納入測量數(shù)據(jù)類型，令此類測量均能方便地應(yīng)用于額外的例行程序(routine)處理。為獲得最大的開發(fā)效率，ADE納入完整的統(tǒng)計型和數(shù)字型分析函數(shù)，以及測量應(yīng)用中常見的高性能信號處理和控制算法。ADE集成了測量和自動化應(yīng)用中典型的例行程序(routine)，其中的函數(shù)包括：PID與模糊邏輯控制、降噪、頻譜測量、數(shù)字濾波、響應(yīng)測量、信號檢測、數(shù)值的積分和微分、曲線擬合、分數(shù)倍頻程分析以及階次分析。

如需更多信息，請查閱 “選擇最合適的軟件應(yīng)用開發(fā)環(huán)境技術(shù)”白皮書。

5、測量和控制服務(wù)

選擇具有強健軟件界面的測試和測量硬件，是定義模塊化測試架構(gòu)的另一個重要層面。NI Measurement & Automation Explorer (MAX)、NI-DAQ、虛擬儀器軟件架構(gòu)(VISA)、NI LabVIEW即插即用驅(qū)動、可互換虛擬儀器(IVI)驅(qū)動等測量和控制服務(wù)軟件，可提供模塊化硬件接口，對您的測試進行配置和編程。這些模塊化的測量和控制服務(wù)驅(qū)動軟件，令您無需開發(fā)與測試系統(tǒng)中的特定硬件及通道永久相接的測試程序，從而進一步簡化了代碼再利用。

配置管理器

MAX等配置管理器，通過統(tǒng)一的系統(tǒng)視圖，展現(xiàn)出測量和控制服務(wù)軟件支持的測量硬件。借助MAX，用戶可通過定義通道名稱來組織信號或通過指定尺度函數(shù)(scaling function)將數(shù)字化信號轉(zhuǎn)換為測量數(shù)量。配置管理器的主要優(yōu)勢是與ADE的集成。這種集成使得開發(fā)者無需繁瑣編程，即可將多種測量輕松集成到單個應(yīng)用程序。缺少了這些配置工具的開發(fā)者只得將時間浪費在通過編程配置這些測量函數(shù)上。

儀器連接

將現(xiàn)有的傳統(tǒng)儀器集成到測試軟件架構(gòu)應(yīng)利用即插即用儀器驅(qū)動和IVI等技術(shù)，以促進和這些儀器的通信并增強其可互換性。即插即用儀器驅(qū)動是一系列函數(shù)，或是NI LabVIEW中的VI，用來控制可編程儀器。由于用戶無需學(xué)習針對各臺儀器的編程協(xié)議，儀器驅(qū)動在幫助用戶利用計算機上的儀器輕松上手的同時，還能節(jié)省其開發(fā)時間與成本。利用開源(open-source)和具有完整文檔說明的儀器驅(qū)動，終端用戶能夠自定義操作，以獲得更佳性能。

IVI執(zhí)行著用以增強儀器可互換性的驅(qū)動架構(gòu)。IVI驅(qū)動在各類儀器上使用通用API，并通過分別執(zhí)行驅(qū)動與特定儀器實現(xiàn)通信。通過從各類儀器的特定驅(qū)動執(zhí)行中分離出API，工程師可通過使用兼容IVI的特定示波器，設(shè)計系統(tǒng)；系統(tǒng)一經(jīng)部署，工程師無需重寫測試應(yīng)用程序，即可改變儀器的品牌和模型。

編程工具

驅(qū)動能夠更勝一籌地通過添加節(jié)省時間的開發(fā)幫助工具，提供易于使用的API。I/O助手是用于迅速創(chuàng)建測量或激勵應(yīng)用的交互式工具。I/O助手的一個范例是：作為NI-DAQmx驅(qū)動部件的DAQ助手。DAQ助手向用戶提供無需編程即可配置常見數(shù)據(jù)采集參數(shù)的面板。易于使用的助手與強大的編程環(huán)境相互結(jié)合，為快速開發(fā)和滿足廣泛應(yīng)用需求，提供了必備條件。

6、概括：開發(fā)模塊化的軟件架構(gòu)

模塊化的軟件架構(gòu)包含緊密結(jié)合的3個層次，提供系統(tǒng)管理、應(yīng)用開發(fā)、測量和控制服務(wù)。系統(tǒng)管理軟件包含的工具，可幫助您開發(fā)整個測試系統(tǒng)的架構(gòu)、定義執(zhí)行流程、收集結(jié)果，并利用報告或向數(shù)據(jù)庫記錄的方式來交流結(jié)果。您能根據(jù)需要，通過應(yīng)用程序開發(fā)工具，在被測部件上創(chuàng)建特定測試。測量和控制服務(wù)提供的界面，幫助軟件控制測試系統(tǒng)中的儀器和硬件。