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概覽 功能原型系列是一個(gè)文檔集，你可以通過(guò)它來(lái)了解原型過(guò)程。請閱讀關(guān)鍵概念，原型的優(yōu)勢，關(guān)于產(chǎn)品選擇的討論以及其它技術(shù)資源。 裝備與測試 開(kāi)發(fā)原型的一個(gè)目的是為了快速地向潛在的客戶(hù)、投資者和同行展示一個(gè)想法和其設計。另一個(gè)同樣重要的原因在于原型能用來(lái)測試并驗證基本的軟件和硬件性能。通常，只有當你設法將一個(gè)功能型原型的電子器件、軟件和機械部件結合在一起時(shí)，問(wèn)題便會(huì )凸顯。 通過(guò)原型階段的完整測試，你能在問(wèn)題將要導致巨大損失或無(wú)法修復之前就發(fā)現它們。原型測試為性能索賠的備份提供了具體的證據，并且使你自信地將更加可靠的產(chǎn)品付諸實(shí)施。 優(yōu)勢 * 提高整體質(zhì)量–通過(guò)將系統發(fā)揮至極限來(lái)為你的嵌入式原型I/O進(jìn)行信號完整性測試。 * 提高可靠性 –請確認你的嵌入式原型可以承受極限條件而不產(chǎn)生錯誤，并對防止產(chǎn)品發(fā)生過(guò)載的安全系統進(jìn)行測試。 * 提高算法性能 – 通過(guò)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期中通過(guò)測試和排除一切異常狀況來(lái)提高你的嵌入式程序的效率。 創(chuàng )建一個(gè)軟件測試平臺 軟件測試方法 軟件定義的儀器本身十分靈活且易于實(shí)現自動(dòng)化。所以，當今的產(chǎn)品設計團隊可以通過(guò)減少人工測試的小時(shí)數和盡量減少實(shí)驗用的儀器數量來(lái)簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)過(guò)程。 有了NI LabVIEW圖形化軟件平臺，你可以輕松地設置簡(jiǎn)單的程序以測試主要算法的質(zhì)量和可靠性。原型的時(shí)候，請注意測試中主要的兩個(gè)方面： 1. 極限測試——請確定軟件設計提供了I/O通道整個(gè)范圍內的高質(zhì)量數據。這將使原型在整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期內都符合質(zhì)量標準。 2. 壓力測試——請確定在長(cháng)期使用后或當所有I/O通道同時(shí)達到極限時(shí)都可以符合質(zhì)量標準。算法要足夠魯棒從而能考慮到有過(guò)載數據正在處理時(shí)的情況。 通過(guò)使用模擬 VI以使軟件算法達到極限，從而進(jìn)行無(wú)需硬件的測試。你可以在LabVIEW 中通過(guò)使用不同的信號生成VI或開(kāi)發(fā)能準確描述實(shí)際I/O的VI來(lái)輕松地實(shí)現測試。 
圖1. I/O 模擬方法 隨著(zhù)計算機的發(fā)展，通過(guò)模擬I/O，你無(wú)需使用任何硬件就可以完整地測試軟件。簡(jiǎn)單而有效的I/O模擬方法有以下幾種： * 信號產(chǎn)生VI –LabVIEW有一個(gè)特定的函數面板用來(lái)產(chǎn)生信號。從種類(lèi)繁多的VI中選擇以有效地模擬I/O。 * 定制VI –有了高級的LabVIEW圖形化編程環(huán)境，開(kāi)發(fā)能描述I/O的測試平臺VI變得十分簡(jiǎn)單。 * 現有數據 –LabVIEW具有從許多文件類(lèi)型和數據庫中提取數據的功能。有了LabVIEW, 你可以使用模型化數據來(lái)為I/O模擬數據點(diǎn)。 使用I/O節點(diǎn)模擬進(jìn)行嵌入式FPGA測試 開(kāi)發(fā)具有嵌入式現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGAs)的原型是件棘手的事情，它的開(kāi)發(fā)技術(shù)與FPGA硬件和計算機軟件不同，主要原因有三： 1. 編譯時(shí)間——你需要大量的時(shí)間將一個(gè)設計編譯成硬件代碼并在FPGA上運行。同時(shí)，通常需要采用多次編譯來(lái)尋找程序錯誤。 2. 硬件中不具備典型的LabVIEW調試功能——一旦在硬件中運行代碼，或者說(shuō)代碼即硬件，你將無(wú)法進(jìn)行單步，過(guò)程高亮，設置斷點(diǎn)等動(dòng)作。 3. FPGA可高速并確定性地執行——FPGA被用在高速和確定性應用中。因此，設計者通常關(guān)注的是在FPGA的每個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)所發(fā)生的情況，要么是純粹的性能原因，要么是描述并行任務(wù)間的同步性。 LabVIEW FPGA為通過(guò)模擬I/O或使用真實(shí)I/O進(jìn)行的基本FPGA算法測試提供了強大功能。 * 在有模擬I/O的開(kāi)發(fā)計算機上執行VI –當你按下運行箭頭時(shí)，FPGA VI就在PC上運行。你可以選擇使用隨機數據或定制I/O將測試平臺VI寫(xiě)入以確定輸入和捕獲輸出。 * 在有真實(shí)I/O的開(kāi)發(fā)計算機上執行VI –這時(shí)，僅NI R系列內插設備才具備該功能。當程序在FPGA I/O節點(diǎn)執行時(shí)，這個(gè)選項在PC機上運行VI并將一個(gè)固定的性能下載到R系列設備以進(jìn)行I/O采樣。在早期測試和原型開(kāi)發(fā)中，這是非常有用的，但是，請記�。篒/O是軟件定時(shí)采樣，很有可能無(wú)法代表你真正預想VI應該使用的時(shí)間。 * 注意: 使用真正的I/O需要硬件。 使用數據采集來(lái)測量I/O 由于軟件測試不能提供使用真實(shí)硬件的同樣感覺(jué)，因而具有局限性。有了LabVIEW，你可以使用商用現成硬件去實(shí)現真實(shí)的I/O測試。 通過(guò)使用數字萬(wàn)用表或數據采集設備，你可以輕松地調試物理硬件I/O。LabVIEW與NI-DAQmx設備相結合，從而為執行復雜的數據采集任務(wù)提供一個(gè)簡(jiǎn)單易用的高級接口。
圖2. 使用DAQ進(jìn)行測試 使用DAQmx Express VI： * 測量嵌入式原型的物理輸出并分析信號的質(zhì)量和可靠性 * 為嵌入式原型提供實(shí)時(shí)信號以使軟件算法達到極限并對測試系統加壓 完全系統試驗臺 系統ID LabVIEW系統識別工具包不僅是一個(gè)VI庫，還是一個(gè)基于大量原始數據開(kāi)發(fā)系統模型的助手。有了這些工具，你可以完成整個(gè)系統的識別，從分析原始數據到驗證識別模型。你可以在更少的時(shí)間內，使用該系統識別助手來(lái)開(kāi)發(fā)能夠反映某種特定動(dòng)態(tài)系統行為的模型。 系統識別是一種基于所測量激勵和響應數據而開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)系統數學(xué)模型的方法。你能夠在許多應用中使用系統識別，包括機械工程，生物學(xué)，生理學(xué)，氣象學(xué)，經(jīng)濟學(xué)和基于模型的控制設計等。 基于模型的控制設計過(guò)程通常包含有識別對象模型，分析并綜合控制器，模擬閉環(huán)系統，將控制器應用到實(shí)時(shí)硬件中等過(guò)程。 LabVIEW系統識別工具包： * 幫助你從真實(shí)數據中識別高階系統中的大型多變量模型 * 提供兩種工具，一個(gè)助手和一個(gè)VI庫，用來(lái)識別離散的單輸入單輸出和多輸入多輸出線(xiàn)性系統 * 幫助你完成整個(gè)系統的識別，從分析原始數據到驗證識別模型 * 與其它附加功能相集成，包括LabVIEW實(shí)時(shí)和LabVIEW控制設計與模擬模塊 系統識別工具包提供這樣一些VI，你可以用它們從動(dòng)態(tài)系統中預處理原始數據并開(kāi)發(fā)能反映該系統行為的模型。有了數據預處理VI，你可以分析某一特定激勵下的動(dòng)態(tài)系統響應。分析完數據后，你可以使用參數模型估計，非參數模型估計，部分已知模型估計，遞推模型估計，頻域模型估計VI等來(lái)估計動(dòng)態(tài)系統的模型。最后，你可以使用模型驗證或模型分析VI來(lái)確定該模型是否能準確描述系統的動(dòng)態(tài)特性。 硬件在環(huán)(HIL)應用 嵌入式控制系統在控制一個(gè)典型機械系統的不同元件時(shí)發(fā)揮了重要的作用。實(shí)際測試之前的系統軟件模擬并不總是有用的，因為模擬不能隨實(shí)際的模擬和數字信號而實(shí)時(shí)運行。這一難題迫使我們在最后部署前，采用HIL模擬作為測試嵌入式控制系統的標準方法。 測試一個(gè)完整的嵌入式原型可能會(huì )很困難，特別是當你要測試整個(gè)系統的所有元件間的相互作用時(shí)。測試原型嵌入式控制系統時(shí)，安全性，可用性或成本考慮都能令使用完整系統進(jìn)行必要的測試變得不切實(shí)際。你可以使用HIL模擬來(lái)仿真帶來(lái)這些挑戰的系統部件，這將使你在真實(shí)的整體系統測試前，在虛擬環(huán)境中徹底地對嵌入式控制設備進(jìn)行測試。有了這個(gè)功能，即使你的測試系統變得更加復雜，你也能合算地保持可靠性和市場(chǎng)投放時(shí)間的要求。
圖 3. 一個(gè)包含有三個(gè)主要元件的HIL測試系統：一個(gè)軟件接口, 一個(gè)實(shí)時(shí)處理器和一個(gè)I/O接口 在較短的時(shí)間內快速投放市場(chǎng)、更好的可靠性以及日益復雜的產(chǎn)品等多方面帶來(lái)的挑戰使得人們迫切需要HIL測試平臺的幫助： * 在主機上配置并監控用戶(hù)界面和諸如NI VeriStand的測試管理工具 * 使用實(shí)時(shí)模擬器，在嵌入式控制器和測試系統之間產(chǎn)生真實(shí)的電氣交互 * 設置物理負載和故障插入測試——HIL測試系統可以精確地模擬真實(shí)的條件并測試故障情況下的反應 LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境和NI PXI模塊化的硬件平臺是建立HIL系統以實(shí)現高度逼真的控制器測試模擬的理想工具。
圖4. 圖形化系統設計 NI VeriStand是一個(gè)為了配置包含HIL測試的實(shí)時(shí)測試應用的軟件環(huán)境。它可以幫助你配置多核實(shí)時(shí)引擎來(lái)執行下列任務(wù)： * 基于模擬、數字、通信總線(xiàn)和現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的I/O * 觸發(fā)、多文件數據記錄 * 產(chǎn)生實(shí)時(shí)激勵 * 計算通道 * 事件報警和報警響應例行測試 NI VeriStand也可以輸入控制算法并在LabVIEW軟件和第三方環(huán)境中仿真模型。你能使用一個(gè)運行時(shí)可編輯的用戶(hù)界面來(lái)監測這些任務(wù)并與其交互，這個(gè)界面包括了許多有用的工具來(lái)進(jìn)行強制賦值、報警監控、I/O校準和激勵文件編輯等。使用NI VeriStand時(shí)無(wú)需任何編程知識，它可以被定制和擴展到多種軟件環(huán)境下，如NI LabVIEW, NI TestStand, Microsoft Visual Studio .NET, C/C++, 和Python等。 下一步 NI提供了大量的嵌入式原型測試工具。將LabVIEW平臺和NI-DAQmx , NI VeriStand結合在一起可以幫助你徹底地對質(zhì)量、可靠性和整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的表現進(jìn)行測試。 要了解更多關(guān)于原型過(guò)程的下一步驟，請返回至功能原型系列。 NI公司供稿 |
