设计与维护具有较长生命周期的测试系统
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欢迎使用《设计新一代测试系统的开发者指南》。该指南是帮助您开发测试系统，以降低成本、提高测试吞吐量并扩展支持未来需求的一系列白皮书集合。本白皮书提供了用于维护一个测试系统以使其具有较长生命周期的策略。如欲阅读完整的开发者指南，您可以：下载PDF版本（共90多页）或者查看《设计新一代测试系统的开发者指南》的网页版本。
引言
我们都不希望成为21世纪的技术落伍者。随着人们对工具依赖性的增加，开发新技术的需求变得尤为突出。蜂窝电话便是持续演进产品的一个范例。从蜂窝电话开始生产，进入流通，被市场淘汰，整个过程不超过三年。这样一个快速技术演进，要求为检验快速生命周期产品构建的测试系统应当是可扩展的，以便在更长的时间范围内支持产品的发展。这些系统不仅需是模块化和灵活的，以支持可能随产品模型变化而变化的大量测试，而且它们也必须是可升级的，以容纳大量的测试点。最重要的是，它们必须高性价比并易于使用，以减少开发时间。
对于单个测试系统，要想具备上述所有特性，将涉及到可伸缩软件以及模块化、可扩展硬件的使用。该文档的目的在于列出软件、硬件以及维护/支持相关的考虑因素，为工程师们设计具有长生命周期的质量测试系统架构做好准备。
软件考虑因素
一个测试系统的软件部分，用于部署硬件并为终端用户展示处理后的数据。理想的软件包应使开发和拓展测试程序时所需的工作量达到最小，从而使软件开发工程师的工作更流线化。本章节列出了选择用于设计长期测试系统架构的软件工具时应当考虑的因素：
- 优化可伸缩性的模块化软件框架
- 代码可重用性
- 支持独立平台
为长生命周期构建的测试系统，通常在其各个阶段都需要进行修改。为使这些变化吸纳到测试程序中的过程耗时减少，该软件必须是可伸缩的。这样，包括易于使用的应用编程接口（API）（使了解硬件使用说明的必要降至最低）和丰富的代码范例（作为任何应用的起点）。它也必须通过提供许多预编码的具有复杂数学处理功能的分析函数，来使从硬件中采集数据从而进行新的分析所需的工作量达到最小。
为容纳待测设备（DUT）新模型或现有DUT新的测试所需的更多测试点，我们常常需要扩展测试系统。因而，用于编写测试应用的软件，不仅必须支持硬件扩展，也必须通过最大化代码可复用率来简化修改现有测试代码过程。一些软件工具是通过提供将用户输入转换为测试代码中使用的数据交互式配置工具来完成这项工作。通过使用这样的工具，用户可以通过改变配置文件而不是实际的代码来实现测试程序扩展，从而实现现有的代码复用。软件在系统硬件变化时最大化代码复用的另一种方式，则是支持使用一个标准通信协议以通过同一个API编程控制多个仪器的驱动程序。可互换的虚拟仪器（或IVI），便是这样驱动程序的一个主要范例，如图1所示。IVI驱动程序是复杂的仪器驱动程序，其特性在于针对那些要求可互换性、状态缓存或仪器仿真的复杂的测试应用的改善的性能和灵活性。这些驱动程序使硬件工程师学习新的协议或硬件命令（这可能随来自于不同厂商的仪器而变化）的需要降至最低。
图1.一个IVI驱动程序架构使代码的复用率最大化，并可以与多个硬件平台协同工作
为实现可互换性，IVI底层已经定义了下列八个仪器类别的规范：数字万用表（DMM）、示波器、任意波形/函数发生器、DC电源、切换开关、功率计、频谱分析仪和RF信号发生器等。为了更清楚地描述IVI的优势，以一个正被扩展的DMM/切换装置系统为例。由于要求更高的吞吐量，或许需要一个额外的DMM。然而，鉴于成本的限制，选择了一个来自于不同厂商的更便宜模型的仪器。如果该系统所用的测试程序是使用IVI驱动程序编写，那么部署第一个DMM的代码也可以被复用以部署第二个DMM。欲了解更多详情，敬请访问IVI网页。
最后，为支持长期技术进步而构建的系统必须具备灵活性，并且使用那些能够承受由多个硬件、软件平台协同工作而产生的结构变化应用开发环境（ADE）。如果ADE不支持这么多平台，编程人员则需要为不同的项目使用不同ADE，并花费时间将现有的知识产权从一个平台移植到另一个平台。如，一个在Windows 98下工作而构建的旧应用，现在需要将其移植到一台运行Windows XP的新PC。如果用于开发代码的ADE不支持Windows XP，将不得不完全重新地构建该测试程序。同样，假设您的应用需要改变，而且您必须添加一个新的测量设备。如果您的开发软件不支持这个新硬件，那么您或许不得不大量修改这项应用。这两个场景都指数级地增加了开发时间，并显著影响了测试工程师的工作效率。因此，一个非常适合设计具有长生命周期的测试系统架构软件包，必须支持多个厂商的硬件平台和众多OS。而且，它必须构建在一个可适应的框架上，这个框架简化了在需要时添加对新硬件和OS的支持过程。具备这些特性的软件，有助于最小化在系统中引入新的硬件或测试时修改现有测试代码所需时间，因而延长了应用生命周期。
硬件考虑因素
考虑一个可作为持续演进产品模型的DUT，如Apple iPod。该设备的旧版本，如iPod mini（现已淘汰）只支持音频的设备。新版的iPod可以播放音频和视频。对于过去趋势的评估和iPod的广泛欢迎，表明该设备的未来版本可能将吸纳其它特性。对iPod这样复杂的、并不断演进中的设备进行测试，需要一个灵活的、持续成长的硬件平台。本章节列出了在为设计长生命周期测试系统架构选择硬件平台时需要考虑的因素。
- 开放的工业标准
- 方便扩展的模块化和灵活性
- 满足各种测试需要的能力
随着技术的演进，测试需求必然变得更为复杂。因此，为构建测试系统所选择的硬件平台也须持续成长，这非常关键。这样一个平台，免除了在达到其最大容量时完全重新设计一个测试系统架构的必要。开放的业界平台，如PXI、VXI和GPIB，通常是该类型硬件的极佳范例。该类型的平台从多厂商采纳得到了回报，包括持续成长和创新。增加的通道数、电压、电流、速率和精度等规范，仅仅是制造开放标准硬件的厂商互相竞争以获取业界认可的部分领域。这种竞争促进了健康的平台发展和满足高级测试系统需要的新产品的持续供应。
模块化的开放标准，通过最大化组件的复用率，进一步降低系统成本。它们的灵活性消除了扩展系统时的复杂度。由于为长生命周期而构建的测试系统，在其生命周期中，时常被扩展以吸纳更多的I/O点，以测试新的DUT或者添加新的测试特性至现有的DUT，因此有一个灵活的硬件基础非常关键。通常，需要持续使用数年时间的测试系统所选择的硬件，必须具有执行大量测试的能力。为达成这一目的，它必须具备各种产品的组合，以完成对模拟、数字和RF信号各种精度和速率的测试。以iPod为例，该设备的未来版本或许需要这样的测试系统，它具备可扩展的通道数，能够执行视频、音频及RF（如果新版iPod收听收音机）测试。开放的标准平台，由于具有大量的产品，持续成长，更能满足这些需求。
维护和支持考虑因素
将完全互补的硬件、软件工具相结合，可以使长生命周期测试系统架构的设计变得简便。然而，如果没有制造商的支持，即使再恰当的工具也会变得没有价值。长生命周期的系统需要被更新和校准以保证精度。而且，这些系统需要软件更新，以与变化的软件需求（如从先前的Windows版本更新应用OS）保持一致。最后，为长生命周期而构建的系统硬件，更需要维修。长生命周期的测试系统中所用的产品应来自于能提供支持服务的制造商，例如：
- 技术支持（电话与网页）
- 校准服务
- 软件定阅
- 维修
- 保证
工程师们应当倾向于选择比系统本身具有更长生命周期的硬件和软件。如果无法做到这一点，您必须确保这些产品是由具有长期提供旧产品上门替换和支持历史记录的厂商制造的。没有厂商的支持，系统中的技术难题和无法预见的问题将会难以解决。这有时会带来不必要的耽搁，甚至，在更为极端的情况下，需要构建一个全新的系统。
NI构建与维护较长生命周期测试系统的解决方案
NI致力于为工程师们提供可用于构建具有较长生命周期测试系统的产品与服务。所推荐的解决方案是一个五层的系统架构，该架构曾在本指南的执行总结中有所介绍。本章节将重点介绍确保长期支持的主要产品与服务。从软件的角度，NI LabVIEW平台构成了所有NI软件核心。作为一个图形化编程语言，NI LabVIEW基于构建任何测试程序的三个基本步骤，采集、分析与展现。
图2. 使用LabVIEW编程三步骤
对于数据采集，NI拥有对各种NI硬件设备（如DMM、RF仪器、数字化仪、可编程的电源供应和多功能数据采集设备等）编程的API，如图2所示。由于这些API是NI硬件与软件研发工程师共同努力的结果，它们采用同样的编程顺序。这样的一致性使得各种仪器的编程在LabVIEW中不再重要，并免除了编程人员学习每个仪器细节的必要性。最重要的是，它使开发时间降至最低。为了更进一步简化采集过程，LabVIEW使用配置向导并采用数据流框图，使新用户编写测试代码变得简单和直观。
除采集外，LabVIEW平台提供数百个内置分析函数，覆盖不同领域和从采集数据中提取信息的方法。编程人员可以直接使用这些函数，或者修改、定制和拓展这些函数以满足特定要求。这些函数被归入下列七个分组中：测量、信号处理、数学、图象处理、控制、仿真和应用领域。查看《LabVIEW用于测量与分析》指南，以了解关于LabVIEW中分析工具的更多信息。
LabVIEW也拥有大量的抽象特性，如图表、图形、旋钮和将数据输出到数据管理软件，如Microsoft Excel或NI DIAdem，这有助于以清晰的方式将分析后的数据展现给用户。数据展现也可以通过LabVIEW功能将数据在网页上发布或将信息录入到数据库，在不同地理位置完成。这些特性使LabVIEW具有可伸缩性，并成为构建长生命周期测试系统架构的理想工具。
图3. LabVIEW是一个直观的图形化编程语言，它为用户提供实现信息抽象的工具，如图表、图形和按钮等
LabVIEW还带有内置特性和附加模块与工具，以帮助实现现有代码的复用。这些特性包含交互式配置向导，如Measurement & Automation Explorer和NI开关执行程序 （NI Switch Executive），将用户输入转换为输入到LabVIEW测试代码的数据，如图4所示。使用这样的图形化配置向导，编程人员可以通过改变配置文件而不是测试程序，在程序中添加硬件。这实现了代码复用的最大化并提高了开发效率。除配置工具外，LabVIEW平台还为用户提供了许多IVI驱动程序，以帮助最大化测试程序中的代码重用率。欲了解关于IVI的更多信息，敬请访问IVI 网页。
图4. 工程师可以使用NI Switch Executive在数分钟内配置和布置一个具有9216个交叉点的开关矩阵。
软件包需要满足的最后一个需求便是平台的独立性。复杂的测试系统有时需要精密仪器。对于这样的仪器，当不存在适用的NI解决方案时，编程人员可以利用超多5000个的免费仪器驱动程序，以编程控制来自多厂商（包括Agilent、Fluke和Keithley）的仪器。访问仪器驱动程序网络网页以了解更多。通过这种方式，编程人员可以使用LabVIEW ADE以编程控制来自多个厂商的仪器，这使得LabVIEW独立于硬件平台。LabVIEW也支持多个OS，并可以布置Windows、Mac OS、Linux®、实时OS（如PharLap）甚至FPGA。LabVIEW的灵活性是其最大长处之一。使用传统的基于文本语言，在Windows、FPGA和嵌入式处理器之上编程，将要求工程师掌握三种完全独立的语言，例如C、VHDL和TI Code Composer Studio™。使用LabVIEW，工程师可以在同样环境下的所有三个目标平台之上布置应用，实现效率的最大化和学习新工具所花费时间的最小化。
欲使一个测试系统正常工作，其软件和硬件需要相互补充以适合的方式工作。在设计一个具有长生命周期的测试系统时，选择恰当的硬件平台与选用强大的软件工具一样重要。使用一个灵活的开发硬件平台，如PXI，使在产品生命周期终止和技术进步时替换测试系统的必要性降至最低，从而提高了测试系统的生命周期。
PXI是一个为多个测试测量业界领先企业所使用的开放标准平台，这些企业均为PXI系统联盟的成员。目前，世界范围内超过70个公司（均为PXI系统联盟成员）共同承诺——提供一个可装配于各种应用（从机械控制到自动化测试）的开放平台。自PXI标准在1998年被采纳起，PXI模块经历了快速的增长，今天已经有超过1200个PXI产品可供选用。除提供大量的产品外，PXI在可预见的未来有望继续增长，如图5所示。这些PXI特性使其非常适用于长生命周期的测试系统。|
图5.PXI平台在过去的八年中一直享有指数级增长，可预见其将继续增长
图6.模块化PXI平台使系统扩展变得方便
除了是一个开放的标准以及模块化本质外，PXI具有广阔的应用范围，可以解决各种应用的需要，从视觉测试到高电压、电流测试（高功率应用）、甚至到RF测试。PXI模块可以以高达7½数字位（26位）的精度和高达6.6 GS/s的速率完成这些测试。PXI仪器也适用于同时涉及模拟、数字信号的混合信号测试。一些模块还带有内置的信号调理功能，它适用于热电偶、RTD、测压元件和张力测量装置等传感器的测试。PXI平台还带有FPGA模块和实时能力，这使其非常适合要求确定性的测试应用。欲了解更多关于其能力和产品的信息，敬请访问PXI网页。
其它由NI提供的模块化平台包括NI CompactDAQ（作为PXI的低成本替换方案）和NI CompactRIO（一种专为高速控制和确定性测试应用设计的基于FPGA的平台），如图7所示。NI通过在满足大量应用需求的同时设计最大化代码复用的模块化系统硬件，为测试工程师们提供了一组精选的适用于长生命周期测试系统设计的硬件平台。
NI承诺提供一系列高质量的硬件、软件产品，使具有长生命周期的测试系统架构设计变得尽可能简单，如图8所示。NI竭尽全力为这些产品提供支持，包括校准服务、技术支持（采用电话、电子邮件和网页等方式）以及众多维修和质保选择等。
同时，NI也竭尽全力为已推出市场的产品提供支持，包括在网页上以知识库、指南与范例代码以及论坛形式提供技术帮助，为生命周期终止的硬件产品提供上门替换服务。通过这些服务，NI硬件与软件可以在长时间内被维护和支持。
结论
您应当考虑那些专门设计以支持长期维护和更新的软件、硬件平台。虽然硬件与软件产品会有助于构建一个有效的具有长生命周期的测试系统，但却是来自厂商的产品支持的可用性决定了该系统是否可维护。在技术的领域中，今天的高级技术或许明天就过时了——这是一个无法回避的现实。通过恰当的规划，测试系统是可避免这样的命运的。
NI相关产品与白皮书
NI，自动化测试领域的领导者，致力于为工程师提供创建这些新一代测试系统所需的硬件和软件产品。
软件:
硬件:
技术白皮书
NI公司提供了《设计新一代测试系统开发者指南》。这篇指南是集合了各类白皮书，是用来帮助开发测试系统，降低成本、提高测试吞吐量，可扩展以适应未来的需求。需要下载完整的开发者指南（120页），请访问ni.com/automatedtest/zhs
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