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伴隨著(zhù)軟件為核心的測試理念，在新興商業(yè)技術(shù)不斷涌現的今天，測試測量行業(yè)也正呈現出五個(gè)重要的發(fā)展趨勢。 趨勢一：軟件定義的儀器系統成為主流 現在的電子產(chǎn)品（像iPhone和Wii等）已越來(lái)越依重于軟件去定義產(chǎn)品的功能。同樣，在產(chǎn)品設計和客戶(hù)需求日益復雜的今天，用于測試測量的儀器系統也朝著(zhù)以軟件為核心的模塊化方向發(fā)展，通過(guò)整合通用的模塊化硬件和自定義的軟件處理，使得用戶(hù)能夠更快更靈活地配置測試系統，并滿(mǎn)足不斷改變的測試需求。 通過(guò)軟件定義模塊化硬件的功能，用戶(hù)可以快速實(shí)現不同的測試功能，并應用定制數據分析算法和創(chuàng )建自定義的用戶(hù)界面。相比于傳統儀器固定的功能限制和只是“測試結果”的呈現，以軟件為核心的模塊化儀器系統能夠賦予用戶(hù)更多的主動(dòng)權，甚至將自主的知識產(chǎn)權(IP)應用到測試系統中。 在業(yè)界，被認為是最保守的客戶(hù)之一的美國國防部在2002年向國會(huì )提交的報告中指出下一代測試系統（NxTest）必須是基于現成可用商業(yè)技術(shù)（COTS）的模塊化的硬件，并同時(shí)強調了軟件的能動(dòng)作用。最新的合成儀器（SyntheticInstrumentation）的概念也無(wú)非是經(jīng)過(guò)重新包裝的虛擬儀器技術(shù)，將軟件的開(kāi)放性和硬件的模塊化重新結合在了一起。 圖1 以軟件為核心的模塊化系統參考架構 如今，數以千計的公司正采用以軟件為核心的模塊化的系統架構為標準（見(jiàn)圖1）構建儀器系統。根據PXI系統聯(lián)盟（PXISA）的統計，到2009年末，將有超過(guò)100000臺PXI系統應用于各大項目；預計到2014年，PXI在測量與自動(dòng)化領(lǐng)域的贏(yíng)利將有望保持每年17.6%的復合增長(cháng)率（CAGR）。 趨勢二：多核/并行測試帶來(lái)機遇和挑戰 多核時(shí)代的來(lái)臨已成為不可避免的發(fā)展趨勢，雙核乃至八核的商用PC現在已隨處可見(jiàn)。得益于軟件定義的儀器系統，用戶(hù)可以在第一時(shí)間享受到多核處理器為自動(dòng)化測試應用帶來(lái)的巨大性能提升。 要充分發(fā)揮多核的性能優(yōu)勢，就必須創(chuàng )建多線(xiàn)程的應用程序，例如，我們可以將自動(dòng)化測試程序的數據采集、數據分析、數據記錄乃至用戶(hù)界面部分創(chuàng )建不同的線(xiàn)程，從而分配到不同的核上并行的運行。不過(guò)，這樣并行的開(kāi)發(fā)理念使得習慣于傳統串行開(kāi)發(fā)方式的工程師難以適應，尤其是當核的數目越來(lái)越多時(shí)。 挑戰和機遇往往是并存的，作為圖形化語(yǔ)言的代表，LabVIEW在設計當初就考慮到了并行處理的需求，從LabVIEW5.0開(kāi)始支持多線(xiàn)程到現在已有10多年的歷史�？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，天生并行的LabVIEW就是這樣一種馳騁多核技術(shù)時(shí)代的編程語(yǔ)言，通過(guò)自動(dòng)的程序多線(xiàn)程化，開(kāi)發(fā)人員無(wú)須考慮底層的實(shí)現機制，就可以高效地享用多核技術(shù)所帶來(lái)的益處。 無(wú)論是歐南天文臺極大望遠鏡高達2700萬(wàn)次乘加運算的鏡面控制，到Tokamak核聚變裝置的實(shí)時(shí)處理運算，還是NASA的飛機安全性測試和TORC汽車(chē)控制快速原型設計，LabVIEW多核技術(shù)都為這些應用帶來(lái)了巨大的性能和吞吐量的提升，隨著(zhù)多核技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，提升的幅度將更為可觀(guān)。 趨勢三：基于FPGA的自定義儀器將更為流行 隨著(zhù)設計和測試的融合越來(lái)越緊密，人們對于測試的確定性、實(shí)時(shí)性和靈活性的要求也越來(lái)越高，FPGA（現場(chǎng)可編程門(mén)陣列）技術(shù)正逐漸被引入到最新的模塊化儀器系統中，這也就是我們所說(shuō)的基于FPGA的自定義儀器。 FPGA的高性能和可重復配置特性一直是硬件設計工程師們的最?lèi)?ài)，而對于測試工程師而言，又何嘗不想擁有硬件級的確定性和并行性呢。像諸如實(shí)時(shí)系統仿真、高速內存測試等應用都需要用到FPGA來(lái)確保響應的實(shí)時(shí)性和高速的數據流入和流出，FPGA的IP核更是可以為工程師植入自主知識產(chǎn)權的算法提供契機。然而，苦于對硬件設計知識的缺乏和對VHDL或Verilog語(yǔ)言編程的恐懼，許多測試工程師對于FPGA技術(shù)望而卻步。 現在，NI提供的R系列數據采集卡和FlexRIO產(chǎn)品家族將高性能的FPGA集成到現成可用的I/O板卡上，供用戶(hù)根據應用進(jìn)行定制和重復配置，同時(shí)配合LabVIEWFPGA直觀(guān)方便的圖形化編程，用戶(hù)能夠在無(wú)須編寫(xiě)底層VHDL代碼的情況下，快速地配置和編程FPGA的功能，用于自動(dòng)化測試和控制應用。 前不久，歐洲核子研究中心（CERN）為世界最強大的粒子加速度器——大型強子對撞機（LHC）配備了超過(guò)120套帶有可重復配置I/O模塊的NIPXI系統，用于控制準直儀的運動(dòng)軌跡和監測其實(shí)時(shí)位置，從而確保粒子在既定的路徑中運作。為了保證極高的可靠性和精確性，FPGA成為其必備的測試和控制技術(shù)。 趨勢四：無(wú)線(xiàn)標準測試的爆炸性增長(cháng) 近年來(lái)無(wú)線(xiàn)通信標準的發(fā)展可謂是日新月異，從2000年前只有四五種無(wú)線(xiàn)標準到現在眾多新標準如雨后春筍般涌現。越來(lái)越多的消費電子產(chǎn)品和工業(yè)產(chǎn)品都或多或少地集成了無(wú)線(xiàn)通信的功能，像蘋(píng)果公司最新的3G版iPhone手機，更是同時(shí)集成了UMTS、HSDPA、GSM、EDGE、Wi-Fi、GPS和藍牙等多種最新的無(wú)線(xiàn)標準。這些都給無(wú)線(xiàn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和測試帶來(lái)了巨大的挑戰，測試技術(shù)如何跟上無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展成為工程師面臨的最大難題。通常傳統射頻儀器的購買(mǎi)周期是5～7年，而新標準和新技術(shù)的推出周期卻是每?jì)赡暌惠�，購買(mǎi)的射頻測試設備由于其固件和功能的限定通常難以跟上新標準的發(fā)展速度。 圖2 基于LabVIEW和PXI的軟件無(wú)線(xiàn)電測試平臺 面對這樣的挑戰，一種以軟件為核心的無(wú)線(xiàn)測試方案正嶄露頭角。信號的上下變頻和數字化由模塊化的射頻硬件完成，而編解碼和調制解調的過(guò)程全部通過(guò)軟件實(shí)現。這樣，在統一的模塊化硬件平臺上，只需修改軟件就可以滿(mǎn)足不同無(wú)線(xiàn)標準的測試需求，使得工程師有能力在第一時(shí)間測試最新的標準，加快產(chǎn)品的上市時(shí)間。 NI LabVIEW和PXIRF平臺就是這樣一個(gè)軟件無(wú)線(xiàn)電的測試平臺，多年來(lái)已經(jīng)成為工程師和科學(xué)家們開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)標準和測試無(wú)線(xiàn)應用的必備工具。德州大學(xué)奧斯汀分校的師生基于NI的軟件無(wú)線(xiàn)電平臺，在短短6周時(shí)間內開(kāi)發(fā)出MIMO-OFDM 4G的系統原型；成都華日通信公司（國內無(wú)線(xiàn)電頻譜管理設備主要供應商）利用NIPXI矢量信號分析儀和LabVIEW開(kāi)發(fā)了帶有自主產(chǎn)權的HR-100寬帶無(wú)線(xiàn)電接收機和監測系統，已廣泛應用于國內的頻譜監測和信號定向領(lǐng)域。聚星儀器（NI大陸地區系統聯(lián)盟商）也開(kāi)發(fā)出了全球首個(gè)支持C1G2 RFID標準全部指令的測試設備，并實(shí)現了與RFID標簽微秒級的實(shí)時(shí)通信。 趨勢五：協(xié)議感知（Protocol-Aware）ATE將影響半導體的測試 如今的半導體器件變得愈加的復雜，高級的片上系統（SoC）和系統級封裝（SiP）相比典型的基于矢量的器件測試而言，需要更為復雜的系統級的功能測試�，F在器件的功能也不再是通過(guò)簡(jiǎn)單的并行數字接口實(shí)現，而是更多的依賴(lài)于高速串行總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行輸出，這就要求測試設備和器件之間能夠在指定的時(shí)鐘周期內完成高速的激勵和響應測試。 復雜的測試需求催生了協(xié)議感知（Protocol-Aware）ATE的誕生，AndrewEvans在2007國際測試會(huì )議（ITC）上發(fā)表的論文“The New ATE-ProtocolAware”中首次提出了這個(gè)概念。這是一種模仿器件真實(shí)使用環(huán)境（包括外圍接口）的方法，按照器件期望的使用方式，進(jìn)行有針對性的器件功能測試和驗證。 針對半導體測試需求的不斷增加和對成本的嚴格控制，國際半導體測試協(xié)會(huì )（STC）和新近成立的半導體測試合作聯(lián)盟（CAST）都在致力于創(chuàng )建一種開(kāi)放的測試架構和標準，使得工程師能夠將模塊化、軟件定義的儀器系統（如PXI）集成到傳統的半導體ATE中，以實(shí)現更為靈活自定義、符合“協(xié)議感知”要求的半導體測試系統。 |
