1. 概述
伴隨著測試需求的多樣化和復(fù)雜化，軟件定義的儀器系統(tǒng)已成為測試測量行業(yè)最重要的發(fā)展趨勢和主流技術(shù)。軟件定義的模塊化系統(tǒng)不僅可以幫助用戶在提高效率的同時(shí)降低測試成本，還能滿足未來不斷升級擴(kuò)展的需要。
軟件定義的模塊化測試系統(tǒng)成為行業(yè)主流技術(shù)，通過軟件定義硬件的功能，用戶能夠更快更靈活地配置測試系統(tǒng)，并滿足不斷改變的測試需求。此外，通過軟件還可以自定義更加友好的人機(jī)界面。
同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)對電子產(chǎn)品所集成的多種功能進(jìn)行測試，同時(shí)也為了達(dá)到更好的靈活性和可升級性，測試系統(tǒng)正逐漸朝著模塊化、小體積的方向發(fā)展，也就是將復(fù)雜的測試系統(tǒng)簡化成模塊化的硬件和軟件去逐一實(shí)現(xiàn)，需要增加測試項(xiàng)目時(shí)只需增加相應(yīng)的功能模塊即可滿足未來的升級需求。
基于這兩個(gè)發(fā)展方向，以軟件為核心的模塊化測試系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為測試測量行業(yè)最重要的發(fā)展趨勢和主流技術(shù)。
一個(gè)細(xì)化的以軟件為核心的模塊化測試系統(tǒng)架構(gòu)有五層架構(gòu)，如圖1所示，現(xiàn)在許多企業(yè)都以該架構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建測試系統(tǒng)。
圖1 以軟件為核心的模塊化測試系統(tǒng)五層架構(gòu)
架構(gòu)層次五：測試管理軟件
測試管理軟件層位于五層架構(gòu)的最高層。對于一個(gè)自動化測試系統(tǒng)，有些測試任務(wù)會根據(jù)待測設(shè)備(DUT)的不同而不同，如儀器配置、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果分析等;而有些對于所有的待測設(shè)備則是通用的，如測試流程的管理，測試報(bào)告的生成等。測試管理軟件的作用就是將通用任務(wù)分離出來，實(shí)現(xiàn)為通用的軟件服務(wù)供用戶直接調(diào)用，如創(chuàng)建測試流程、創(chuàng)建并行執(zhí)行機(jī)制、報(bào)告生成、數(shù)據(jù)庫訪問、用戶界面等，幫助用戶大幅提升測試軟件開發(fā)效率。
架構(gòu)層次四：測試開發(fā)軟件
測試開發(fā)軟件在測試架構(gòu)中扮演著承上啟下的作用。測試系統(tǒng)開發(fā)者需要借助它實(shí)現(xiàn)具體的測試應(yīng)用程序，通過設(shè)備驅(qū)動程序與測試設(shè)備通信，采集測試數(shù)據(jù)，向最終用戶顯示必要的信息以及連接其它應(yīng)用程序。
架構(gòu)層次三：系統(tǒng)服務(wù)和驅(qū)動
系統(tǒng)服務(wù)和驅(qū)動層是連接軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備的紐帶。這一層包含設(shè)備驅(qū)動軟件、硬件配置管理軟件，診斷測試軟件等，這些軟件基本上是由測試測量設(shè)備生產(chǎn)商提供。例如，NI公司提供的NI VISA驅(qū)動、NI Measurement and Automation Explorer (MAX) 設(shè)備管理軟件等，可以幫助開發(fā)者對所有的NI硬件和通過總線相連的眾多傳統(tǒng)儀器進(jìn)行統(tǒng)一的自動檢測和配置，可以讓開發(fā)者很容易的實(shí)現(xiàn)設(shè)備的編程，從而提高開發(fā)效率，減少維護(hù)成本。
架構(gòu)層次二：總線平臺
測試設(shè)備總線種類很多，每一種都有其適合的應(yīng)用，例如GPIB總線適合于臺式儀器控制，LAN/LXI總線特別適合于分布式的系統(tǒng)。為了發(fā)揮不同總線的優(yōu)勢，達(dá)到系統(tǒng)性能的最優(yōu)化，許多測試應(yīng)用都基于混合總線測試系統(tǒng)。目前，理想的混合總線測試平臺核心總線是PXI和PXI Express平臺，這是一個(gè)開放的、基于PC技術(shù)的測試測量平臺，提供了業(yè)界最好的數(shù)據(jù)帶寬性能和背板集成的定時(shí)和同步功能，擁有和多種其它總線互連的軟硬件接口支持，以其作為核心總線不會成為整個(gè)混合系統(tǒng)的傳輸瓶頸。
架構(gòu)層次一：儀器和設(shè)備接口
作為系統(tǒng)架構(gòu)的最底層，儀器和設(shè)備接口層將直接接觸到實(shí)際的物理信號，完成信號采集和調(diào)理、A/D和D/A轉(zhuǎn)換等工作。模塊化的設(shè)備主要是基于PXI和PXI Express總線的儀器，現(xiàn)在有超過70家廠商提供超過1500種的PXI模塊化儀器，其中包括Agilent，Rhode & Schwarz，Keithley和NI在內(nèi)的眾多知名公司，產(chǎn)品覆蓋從數(shù)字化儀、信號發(fā)生、RF、電源到開關(guān)模塊等各種I/O模塊?；谀K化的軟件架構(gòu)和PXI/PXI Express為核心的控制模塊，用戶還可以輕松地集成基于GPIB，USB，LAN/LXI等總線的傳統(tǒng)儀器，保護(hù)原有投資價(jià)值。
以五層架構(gòu)為劃分標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)鏈中，代表性的商用現(xiàn)成(COTS)的軟件產(chǎn)品如圖2所示。
圖2 商用現(xiàn)成(COTS)的測控軟件產(chǎn)品
2. 市場分析
當(dāng)今電子行業(yè)測試軟件開發(fā)市場有兩大陣營，自主研發(fā)測試軟件和現(xiàn)代商用測試軟件開發(fā)環(huán)境。自主研發(fā)測試軟件的比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)代商用現(xiàn)成測試軟件開發(fā)環(huán)境，特別是在中小企業(yè)中，自主研發(fā)測試軟件幾乎占100%，咋一看，自主研發(fā)測試軟件陣營是壓倒性的勝利，但是并不代表行業(yè)的發(fā)展方向，隨著產(chǎn)品復(fù)雜度越來越高，開發(fā)周期越來越短，市場競爭越來越激烈，自主研發(fā)測試軟件越來越不能滿足企業(yè)的需求。
以下列出了自主研發(fā)測試軟件與現(xiàn)代商用測試開發(fā)環(huán)境之間的開發(fā)投入比較。
自主研發(fā)測試軟件
第1次投入
中級/高級水平工程師 (從底層開始開發(fā)軟件，疲于應(yīng)付各種編程問題，無暇顧及產(chǎn)品測試本身) 工作量一般輕易突破20人工天，如果是多設(shè)備協(xié)同測試，復(fù)雜協(xié)議交互的測試，并行測試等工作量會大幅飆升。
總費(fèi)用預(yù)估：簡單軟件：萬元量級， 復(fù)雜軟件：十萬量級
第n次投入
中級/高級水平工程師 (重新開發(fā);或者，在原基礎(chǔ)上增刪改，進(jìn)度一般取決原始開發(fā)者是否有時(shí)間投入，難以快速響應(yīng)產(chǎn)品需求的變化)
總費(fèi)用預(yù)估(和第1次相當(dāng))
現(xiàn)代測試軟件開發(fā)環(huán)境
第1次投入
測試開發(fā)環(huán)境：2萬~5萬
人工費(fèi)用預(yù)估： 初級/中級水平工程師 ， 簡單軟件：千元量級 復(fù)雜軟件：萬元量級(同類產(chǎn)品只是把測試開發(fā)模塊化，復(fù)雜的協(xié)議處理、流程處理還是要從底層開始開發(fā))
第n次投入
總費(fèi)用預(yù)估(和第1次人工費(fèi)用相當(dāng))
以下列出了自主研發(fā)測試軟件與現(xiàn)代商用測試開發(fā)環(huán)境之間的優(yōu)劣比較。
自主研發(fā)測試軟件優(yōu)劣總結(jié)
1)產(chǎn)生越來越多獨(dú)立的小型測試軟件，隨著產(chǎn)品的演進(jìn)，逐漸被淘汰，企業(yè)很難積累測試經(jīng)驗(yàn);2)眾多獨(dú)立的測試軟件，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，企業(yè)很難有效的利用采集的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和改善產(chǎn)品; 3)軟件難以維護(hù)，原始開發(fā)者離職后，軟件很難被后來的開發(fā)者完全接手，進(jìn)而導(dǎo)致重新開發(fā)軟件。
現(xiàn)代測試軟件開發(fā)環(huán)境優(yōu)劣總結(jié)
1)提供了統(tǒng)一環(huán)境與界面，通過搭積木方式構(gòu)建測控系統(tǒng)，開發(fā)效率高;把常用的測試方法和測試用例變成模版，方便共享，可以從模版快速創(chuàng)建下一個(gè)測試用例;2)測試數(shù)據(jù)有效的進(jìn)行保存，可以輕易和現(xiàn)有的系統(tǒng)集成。3)測試流程都以圖形化的方式構(gòu)建，簡單直觀，幾乎不需要編程專業(yè)知識。4)有測試想法馬上就能實(shí)現(xiàn)，不需要專業(yè)軟件開發(fā)者，可以高效進(jìn)行開發(fā)和測試。5)廠商提供支持、軟件更新、培訓(xùn)和咨詢服務(wù)，與不斷發(fā)展的測試標(biāo)準(zhǔn)保持同步。6)現(xiàn)代測試軟件環(huán)境克服了許多自主研發(fā)軟件的限制。 Carnegie Mellon SEI3 關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化測試軟件開發(fā)過程的調(diào)查顯示，測試軟件開發(fā)過程的標(biāo)準(zhǔn)化使得：? 產(chǎn)品上市時(shí)間縮短 38%? 工作量減輕了 76%? 降低發(fā)貨不合格率，產(chǎn)品質(zhì)量提高了 80%。
3. 市場前景
2019年前三季度電子信息制造業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)生產(chǎn)總值已經(jīng)接近八萬億元，全球范圍更是一個(gè)天文數(shù)字，在產(chǎn)業(yè)鏈中，研發(fā)測試、生產(chǎn)測試、質(zhì)量保證、產(chǎn)品檢測以及產(chǎn)品維護(hù)測試等各種類型的測試占比很高，這其中的成本包括測試儀器硬件的成本、測試軟件工具的成本和測試工程師的成本，這三項(xiàng)成本中，測試軟件工具的通用性和易用性高，測試工程師的成本就下降，但是矛盾的是，自主研發(fā)測試軟件要提高通用性和易用性，則軟件的研發(fā)費(fèi)用又大幅飆升，這兩者在自主研發(fā)測試軟件的企業(yè)中是不可兼得的。那么現(xiàn)代商用測試軟件開發(fā)環(huán)境能否“魚和熊掌”都兼得?市場為何很少采用現(xiàn)代商用測試軟件開發(fā)環(huán)境的企業(yè)?
究其原因：
1) 首要原因，當(dāng)前商用測試軟件開發(fā)環(huán)境易用性、靈活性還不夠，大部分比較難用，要求工程師水平較高，使用效果不佳;
2)觀念問題，企業(yè)主認(rèn)為自家工程師就該干這些活，沒空抽空也得自己編寫測試軟件，沒有明白讓工程師干自己企業(yè)核心競爭力的活投資回報(bào)率更高;
3)當(dāng)前商用測試軟件開發(fā)環(huán)境通常捆綁自家硬件測試設(shè)備銷售，普遍定價(jià)偏高，一般中小企業(yè)無法負(fù)擔(dān)。
正因?yàn)樽灾餮邪l(fā)測試軟件的壟斷地位，而行業(yè)的發(fā)展方向則呼吁現(xiàn)代商用測試軟件開發(fā)環(huán)境，給市場留下了巨大的空間。試想一下，一款可以讓企業(yè)把測試成本壓縮到原來的五分之一的產(chǎn)品，企業(yè)有理由不采納嗎?
這是一個(gè)方向，國外測試測量領(lǐng)域的巨頭，均紛紛布局，NI有TestStand、LabView系列，Keysight有PathWave系列，橫河的IS8000等，國內(nèi)的廠家有格西科技的格西測控大師等，也在這個(gè)方向上邁出了一小步，“師夷長技以制夷”，吸取國內(nèi)外優(yōu)秀產(chǎn)品的長處，克服易用性、靈活性的短處，已經(jīng)具備和國內(nèi)外強(qiáng)手一戰(zhàn)的實(shí)力。
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