以平行測試技術提升傳輸率

當測試系統架構設計、開發，並建置測試系統時，必須搭配某些發展中的技術，如多核心處理器與高速資料匯流排。 20 世紀的建築大師 Frank Lloyd Wright 即說過：「每幢偉大的建築…必來自於建築師所耗費的大量時間與心血。」測試系統架構亦然。當設計、開發，並建置測試系統時，必須搭配如多核心處理器的發展中技術、如 PCI Express 的高速資料匯流排，以相輔相成完成系統。透過 NI LabVIEW 軟體與 NI TestStand 測試管理軟體的整合，測試工程師可建立高效能的測試系統，以進行平行處理、平行量測，甚至可於生產線上進行完全的平行測試作業。

平行處理

在傳統的 CPU 設計中，效能往往受限於如高時脈所產生的高溫問題。為了確保電腦平台可趕上處理需求，晶片製造商現正開發多重處理核心的處理器。為了讓自動化測試應用能夠充分利用多核心技術的效能與輸出率，軟體應用程式必須針對多處理核心，建立可於處理核心中執行的多執行緒。

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圖 1. LabVIEW 編譯器針對程式碼的平行區段建立獨立執行緒，且使用者不需進行設定。

然而，對大部分的設計與測試工程師而言，均需以文字架構的程式設計語言 (如 C 語言) 撰寫多執行緒的應用，同時必須具備建立語法的專業知識，再以執行緒的安全性為前提，管理執行緒並傳輸資料。使用如 LabVIEW 的圖形化程式設計環境，工程師即可完全利用多核心的處理功能。如圖 1 所示，LabVIEW 中的 2 個迴路並未共用資料相依性 (Data dependency)，且個別於執行緒中自動執行，同時省去工程師的執行緒管理細節作業。

平行量測

除了處理元件之外，平行量測作業更需要測試系統的所有子元件，以支援平行模型。此包含資料擷取與轉換作業。

圖 2. PCI Express 提供專屬頻寬，而非共用的資料傳輸作業；可大幅提升所擷取的資料量，並將之串流至磁碟。

由於匯流排上的裝置均共用系統頻寬，因此現今模組化儀控最常見的資料傳輸匯流排，包含 PCI、USB、乙太網路，與 GPIB – 並不支援完全平行的資料傳輸模型。若 I/O 裝置擷取或產生的累計速率 (Cumulative rate)，高於該匯流排的速率，則可能發生資料流失。此問題的一般解決方式，即是依序執行量測作業，並整合 I/O 裝置內建記憶體的大型緩衝區，讓資料在等待通訊匯流排時不致遺失。

相對來說，PCI Express 為最新的高效能資料傳輸匯流排，可對各裝置提供專屬頻寬，而該傳輸率仍可高於前述的其他匯流排。PCI Express 具有 x1、x4、x8，與 x16 的通道 (Lane)，每通道可達 250 MB/s 傳輸率。x1 與 x4 為儀器硬體的常見選項，並分別提供 250 MB/s 與 1 GB/s (4 通道可達 250 MB/s) 專屬頻寬。

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圖 3. PCI Express 與模組化儀控具有平行量測的可調整式模型架構。

當 PCI Express 機板擷取資料時，將透過專屬的 PCI Express 通道自內建記憶體開始傳輸，並串流硬碟或系統記憶體。一旦進入系統記憶體，LabVIEW 應用即可存取資料。若搭配使用多核心處理器，則可完成從訊號到最後量測的平行量測作業。

平行測試

透過多核心處理、PCI Express，與 LabVIEW，測試工程師可建立平行的量測系統，以同時測試單一在測單元 (UUT)。然而，平行測試的定義卻為能夠同步測試多個 UUT。該替代方式則能夠達到依序測試 UUT。雖然平行測試可縮短測試總次數、提升測試輸出率，並改善儀器使用效率 (參閱圖 4)，卻仍無法降低開發平行測試系統的複雜度。若要開發可單次測試多重 UUT 的測試管理軟體，則需要初步了解作業系統搭配平行作業的方式，如 Windows Critical Sections。且需在沒有衝突或停頓 (Deadlock) 的情況下，仔細考量能讓儀器共用多重 UUT 的方式。

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圖 4. 平行測試多重 UUT，可縮短總測試時間並提升儀器效率。

另 1 個開發客制平行測試系統的替代方法，即是使用現成的測試管理軟體，如 NI TestStand。NI TestStand 內建的功能，可避免開發低階測試系統時的複雜性，可於多執行緒中執行平行測試序列，並同時管理作業系統與儀器資源。

建置平行的測試架構

多核心處理器與 PCI Express 正改變電腦的應用領域，亦根據應用邏輯的資料流，使 LabVIEW 圖形化程式設計達到真正的平行處理與量測。只要搭配使用 NI TestStand，則亦完成了平行測試架構。最後則可歸納出：使用 PCI Express 的測試系統可提升資料傳輸率；使用 LabVIEW 與多核心處理功能則可提升處理效能；使用 NI TestStand 則可降低每 UUT 的總測試成本。

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