1. 概述
伴隨著測(cè)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(cè)試測(cè)量行業(yè)最重要的發(fā)展趨勢(shì)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(hù)在提高效率的同時(shí)降低測(cè)試成本，還能滿(mǎn)足未來(lái)不斷升級(jí)擴(kuò)展的需要。
軟件定義的模塊化測(cè)試系統(tǒng)成為行業(yè)主流技術(shù)，通過(guò)軟件定義硬件的功能，用戶(hù)能夠更快更靈活地配置測(cè)試系統(tǒng)，并滿(mǎn)足不斷改變的測(cè)試需求。此外，通過(guò)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(duì)電子產(chǎn)品所集成的多種功能進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)也為了達(dá)到更好的靈活性和可升級(jí)性，測(cè)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(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)化成模塊化的硬件和軟件去逐一實(shí)現(xiàn)，需要增加測(cè)試項(xiàng)目時(shí)只需增加相應(yīng)的功能模塊即可滿(mǎn)足未來(lái)的升級(jí)需求。
基于這兩個(gè)發(fā)展方向，以軟件為核心的模塊化測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為測(cè)試測(cè)量行業(yè)最重要的發(fā)展趨勢(shì)和主流技術(shù)。
一個(gè)細(xì)化的以軟件為核心的模塊化測(cè)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(cè)試系統(tǒng)。
圖1 以軟件為核心的模塊化測(cè)試系統(tǒng)五層架構(gòu)
架構(gòu)層次五：測(cè)試管理軟件
測(cè)試管理軟件層位于五層架構(gòu)的最高層。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，有些測(cè)試任務(wù)會(huì)根據(jù)待測(cè)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(duì)于所有的待測(cè)設(shè)備則是通用的，如測(cè)試流程的管理，測(cè)試報(bào)告的生成等。測(cè)試管理軟件的作用就是將通用任務(wù)分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)為通用的軟件服務(wù)供用戶(hù)直接調(diào)用，如創(chuàng)建測(cè)試流程、創(chuàng)建并行執(zhí)行機(jī)制、報(bào)告生成、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、用戶(hù)界面等，幫助用戶(hù)大幅提升測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)效率。
架構(gòu)層次四：測(cè)試開(kāi)發(fā)軟件
測(cè)試開(kāi)發(fā)軟件在測(cè)試架構(gòu)中扮演著承上啟下的作用。測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者需要借助它實(shí)現(xiàn)具體的測(cè)試應(yīng)用程序，通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與測(cè)試設(shè)備通信，采集測(cè)試數(shù)據(jù)，向最終用戶(hù)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(dòng)
系統(tǒng)服務(wù)和驅(qū)動(dòng)層是連接軟件開(kāi)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(dòng)軟件、硬件配置管理軟件，診斷測(cè)試軟件等，這些軟件基本上是由測(cè)試測(cè)量設(shè)備生產(chǎn)商提供。例如，NI公司提供的NI VISA驅(qū)動(dòng)、NI Measurement and Automation Explorer (MAX) 設(shè)備管理軟件等，可以幫助開(kāi)發(fā)者對(duì)所有的NI硬件和通過(guò)總線相連的眾多傳統(tǒng)儀器進(jìn)行統(tǒng)一的自動(dòng)檢測(cè)和配置，可以讓開(kāi)發(fā)者很容易的實(shí)現(xiàn)設(shè)備的編程，從而提高開(kāi)發(fā)效率，減少維護(hù)成本。
架構(gòu)層次二：總線平臺(tái)
測(cè)試設(shè)備總線種類(lèi)很多，每一種都有其適合的應(yīng)用，例如GPIB總線適合于臺(tái)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(shì)，達(dá)到系統(tǒng)性能的最優(yōu)化，許多測(cè)試應(yīng)用都基于混合總線測(cè)試系統(tǒng)。目前，理想的混合總線測(cè)試平臺(tái)核心總線是PXI和PXI Express平臺(tái)，這是一個(gè)開(kāi)放的、基于PC技術(shù)的測(cè)試測(cè)量平臺(tái)，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(huì)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(hào)，完成信號(hào)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(guò)70家廠商提供超過(guò)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(hào)發(fā)生、RF、電源到開(kāi)關(guān)模塊等各種I/O模塊。基于模塊化的軟件架構(gòu)和PXI/PXI Express為核心的控制模塊，用戶(hù)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(cè)控軟件產(chǎn)品
2. 市場(chǎng)分析
當(dāng)今電子行業(yè)測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)市場(chǎng)有兩大陣營(yíng)，自主研發(fā)測(cè)試軟件和現(xiàn)代商用測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。自主研發(fā)測(cè)試軟件的比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)代商用現(xiàn)成測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，特別是在中小企業(yè)中，自主研發(fā)測(cè)試軟件幾乎占100%，咋一看，自主研發(fā)測(cè)試軟件陣營(yíng)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(lái)越高，開(kāi)發(fā)周期越來(lái)越短，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，自主研發(fā)測(cè)試軟件越來(lái)越不能滿(mǎn)足企業(yè)的需求。
以下列出了自主研發(fā)測(cè)試軟件與現(xiàn)代商用測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境之間的開(kāi)發(fā)投入比較。
自主研發(fā)測(cè)試軟件
第1次投入
中級(jí)/高級(jí)水平工程師 (從底層開(kāi)始開(kāi)發(fā)軟件，疲于應(yīng)付各種編程問(wèn)題，無(wú)暇顧及產(chǎn)品測(cè)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(cè)試，復(fù)雜協(xié)議交互的測(cè)試，并行測(cè)試等工作量會(huì)大幅飆升。
總費(fèi)用預(yù)估：簡(jiǎn)單軟件：萬(wàn)元量級(jí)， 復(fù)雜軟件：十萬(wàn)量級(jí)
第n次投入
中級(jí)/高級(jí)水平工程師 (重新開(kāi)發(fā);或者，在原基礎(chǔ)上增刪改，進(jìn)度一般取決原始開(kāi)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(cè)試軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境
第1次投入
測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境：2萬(wàn)~5萬(wàn)
人工費(fèi)用預(yù)估： 初級(jí)/中級(jí)水平工程師 ， 簡(jiǎn)單軟件：千元量級(jí) 復(fù)雜軟件：萬(wàn)元量級(jí)(同類(lèi)產(chǎn)品只是把測(cè)試開(kāi)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(kāi)始開(kāi)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(cè)試軟件與現(xiàn)代商用測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境之間的優(yōu)劣比較。
自主研發(fā)測(cè)試軟件優(yōu)劣總結(jié)
1)產(chǎn)生越來(lái)越多獨(dú)立的小型測(cè)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(cè)試經(jīng)驗(yàn);2)眾多獨(dú)立的測(cè)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(cè)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(kāi)發(fā)者離職后，軟件很難被后來(lái)的開(kāi)發(fā)者完全接手，進(jìn)而導(dǎo)致重新開(kāi)發(fā)軟件。
現(xiàn)代測(cè)試軟件開(kāi)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(guò)搭積木方式構(gòu)建測(cè)控系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)效率高;把常用的測(cè)試方法和測(cè)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(cè)試用例;2)測(cè)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(cè)試流程都以圖形化的方式構(gòu)建，簡(jiǎn)單直觀，幾乎不需要編程專(zhuān)業(yè)知識(shí)。4)有測(cè)試想法馬上就能實(shí)現(xiàn)，不需要專(zhuān)業(yè)軟件開(kāi)發(fā)者，可以高效進(jìn)行開(kāi)發(fā)和測(cè)試。5)廠商提供支持、軟件更新、培訓(xùn)和咨詢(xún)服務(wù)，與不斷發(fā)展的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)保持同步。6)現(xiàn)代測(cè)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(cè)試軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的調(diào)查顯示，測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)過(guò)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(chǎng)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(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值已經(jīng)接近八萬(wàn)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(cè)試、生產(chǎn)測(cè)試、質(zhì)量保證、產(chǎn)品檢測(cè)以及產(chǎn)品維護(hù)測(cè)試等各種類(lèi)型的測(cè)試占比很高，這其中的成本包括測(cè)試儀器硬件的成本、測(cè)試軟件工具的成本和測(cè)試工程師的成本，這三項(xiàng)成本中，測(cè)試軟件工具的通用性和易用性高，測(cè)試工程師的成本就下降，但是矛盾的是，自主研發(fā)測(cè)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(cè)試軟件的企業(yè)中是不可兼得的。那么現(xiàn)代商用測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境能否“魚(yú)和熊掌”都兼得?市場(chǎng)為何很少采用現(xiàn)代商用測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的企業(yè)?
究其原因：
1) 首要原因，當(dāng)前商用測(cè)試軟件開(kāi)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(wèn)題，企業(yè)主認(rèn)為自家工程師就該干這些活，沒(méi)空抽空也得自己編寫(xiě)測(cè)試軟件，沒(méi)有明白讓工程師干自己企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的活投資回報(bào)率更高;
3)當(dāng)前商用測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境通常捆綁自家硬件測(cè)試設(shè)備銷(xiāo)售，普遍定價(jià)偏高，一般中小企業(yè)無(wú)法負(fù)擔(dān)。
正因?yàn)樽灾餮邪l(fā)測(cè)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(cè)試軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，給市場(chǎng)留下了巨大的空間。試想一下，一款可以讓企業(yè)把測(cè)試成本壓縮到原來(lái)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(guó)外測(cè)試測(cè)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(guó)內(nèi)的廠家有格西科技的格西測(cè)控大師等，也在這個(gè)方向上邁出了一小步，“師夷長(zhǎng)技以制夷”，吸取國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀產(chǎn)品的長(zhǎng)處，克服易用性、靈活性的短處，已經(jīng)具備和國(guó)內(nèi)外強(qiáng)手一戰(zhàn)的實(shí)力。
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