Senkung der Testkosten durch integriertes Switch-Management

Schalten ist eine Schlüsselkomponente der meisten automatisierten Testsysteme. Dadurch können Entwickler die Anzahl der benötigten Geräte und die Größe von Testsystemen reduzieren, indem sie Geräte für eine Vielzahl von Messungen gemeinsam nutzen. Ein Wechsel stellt jedoch einen hohen Prozentsatz des Aufwands und der Investitionskosten für die Erstellung einer Komplettlösung dar. Tatsächlich können die Kosten der Vermittlungssubsysteme bei modernen Testsystemen leicht 40 Prozent des gesamten ATE-Racks überschreiten.

Das Umschalten ist so einfach wie das Verbinden von Eingang A mit Ausgang B mit Hilfe eines Relais. In einer Anwendung, in der es nur wenige dieser Verbindungen gibt, können Entwickler einfach Lösungen implementieren. Moderne Testsysteme erfordern jedoch oft Hunderte oder Tausende von einzelnen Verbindungswegen, um jedes der Messgeräte mit jedem Testpunkt des Prüflings (UUT) zu verbinden. Auf Hardwareebene wird diese Herausforderung durch flexible Matrixschalter gelöst, die Entwickler konfigurieren können, um einen beliebigen Eingang mit einem beliebigen Ausgang zu verbinden. Auf Softwareebene fehlte jedoch eine intelligente Switch-Management-Software, um dieses Problem zu bewältigen – bis jetzt.

Die Anzahl der möglichen Verbindungen ist nur eine der Komplexitäten der Schaltung. Schaltsysteme übertragen auch viele Arten von Signalen. Ein Schaltsystem kann beispielsweise eine Mischung aus RF-, High- und Low-Bandbreitensignalen neben Stromversorgungen und sogar optischen Signalen führen. Darüber hinaus kann es mit zunehmender Schalttopologie notwendig werden, Matrixschalter zu größeren Schalt-Arrays zusammenzufügen. Diese verbundenen Module erfordern fest verdrahtete Verbindungen. Bei fest verdrahteten Verbindungen wird eine physikalische Verbindung mit einer Schaltzeile oder -spalte am ersten Modul und dann mit der jeweiligen Zeile oder Spalte am zweiten Modul verbunden. Auch auf Softwareebene haben Entwickler traditionell Schwierigkeiten, sich jeden der möglichen physikalischen Pfade zu merken und sie effizient in ihrem Testsystem zu nutzen. Oftmals erfordern diese Systeme detaillierte und umständliche Dokumente zum Verknüpfen von Schaltverbindungen zwischen Schaltmodulen, Instrumentenkanälen und Prüflingstestpunkten.

Ein weiteres Problem tritt auf, wenn das fertige Schaltsystem repariert oder auf Fehler untersucht wird. Da in den meisten Testsystemen die Schaltsteuerungssoftware tief in den Messtestcode eingebettet ist, kann es praktisch unmöglich werden, sich jeden Aufruf zur Implementierung einer bestimmten Route zu merken oder jeden Test abzurufen, der ein bestimmtes Relais verwendet. Dieses Dilemma bedeutet, dass es in vielen Fällen, wenn auch nur ein einzelnes Relais von Hunderten an einem Schaltmodul ausfällt, kostengünstiger ist, das Modul auszutauschen, als das System so umzuprogrammieren, dass Signale um die beschädigte Komponente herumgeführt werden.

Die Lösung dieses extrem zeitaufwendigen, teuren Problems besteht darin, die Schaltsteuerung aus dem Testcode zu extrahieren. In der Vergangenheit basierten die einzigen Tools, die diesen Funktionsumfang bieten konnten, auf sehr hochwertigen Testsystemen, die 100.000 US-Dollar oder mehr kosteten. Als Alternative mussten Testentwickler interne Lösungen entwickeln, die teuer zu bauen, zu unterstützen und zu warten sind. Um dieses Problem zu lösen, hat NI Switch Executive eingeführt, ein kostengünstiges, leistungsstarkes Tool, mit dem Entwickler Schaltwege einfach erstellen und warten sowie Schaltsysteme mühelos in ihre Testarchitektur integrieren können.

Der Kernvorteil von NI Switch Executive besteht darin, dass die Entwicklung beschleunigt, der Durchsatz verbessert und die Wartung von Testsystemen reduziert wird. Dadurch werden die Kosten für die Erstellung und den Betrieb des Testsystems erheblich gesenkt. NI Switch Executive ist ein einfach zu bedienendes Entwicklungswerkzeug, das alle Flexibilität und Kontrolle bietet, die Schaltanwendungen erfordern. Darüber hinaus hat NI Switch Executive so entwickelt, dass es mit allen NI- oder IVI-konformen Schaltgeräten funktioniert. Aufbauend auf dem IVI-Standard kann NI Switch Executive mit allen Arten von Schaltmodulen (Universal-, Multiplexer- oder Matrixmodulen) und vielen verschiedenen Konfigurationen wie PXI, VXI, GPIB oder SCXI arbeiten.

Der NI Measurement & Automation Explorer (NI MAX) hostet Switch Executive und vereinfacht die Konfiguration der NI- oder IVI-konformen Hardwarekomponenten in einem Testsystem. Zuerst konfigurieren Entwickler ihre Schalthardware im Measurement & Automation Explorer und dann werden die Konfigurationsinformationen nahtlos an die Konfigurationsprogramme in NI Switch Executive übergeben.

Sobald ein Entwickler die Switch-Geräte in Switch Executive ausgewählt hat, ist es einfach, Kanäle und Verbindungen mit aussagekräftigen Aliasnamen zu benennen. Diese Struktur beseitigt einen der größten Verwirrungsgründe sofort, indem sie eine einfache, von der Architektur des Switch-Herstellers unabhängige Namensstruktur bereitstellt. Nachdem eine vereinfachte Struktur angewendet wurde, kann der Benutzer mit Hilfe interaktiver Tools, die Informationen zu den Attributen der Schalter bereitstellen, schnell Routen und Gruppen von Routen erstellen. Diese Tools geben Hinweise, welche Schaltmodule die Signalanforderungen erfüllen können – von der Schaltbandbreite bis hin zu Impedanz- und Stromversorgungsfunktionen.

Die Einfachheit von Switch Executive reduziert die Konfigurationszeit selbst der komplexesten Systeme erheblich, wodurch die Einrichtung des Systems beschleunigt und die Fehlersuche erleichtert wird.

Die Konfiguration der Systemrouten ist jedoch nur die halbe Aufgabe, da der Benutzer die Routen nun dem eigentlichen Test- oder Messcode zuordnen muss. Um diesen Aspekt der Systementwicklung zu vereinfachen, hat NI eine Switch Executive Schnittstelle in viele Testentwicklungswerkzeuge wie TestStand und LabVIEW integriert.

NI hat eng integrierte Software-Tools entwickelt, um Benutzern eine schnelle Anwendungsentwicklung und kürzere Testzeiten zu ermöglichen. Diese Tools bieten eine einzigartige Plattform, die Gerätetreiber, Entwicklungsumgebungen (ADEs) und Testmanagementsoftware umfasst.

Zu den Entwicklungsumgebungen gehören Softwarepakete wie LabVIEW, LabWindows/CVI und Measurement Studio. NI Switch Executive lässt sich problemlos in diese Tools integrieren, um eine unkomplizierte Low-Level-Softwaresteuerung zu ermöglichen.

Testverwaltungssoftware ist eine Sammlung von Tools zur Verwaltung, Organisation und Ausführung von Tests und großen Datensätzen. NI TestStand ist eine wichtige Komponente des NI-Frameworks. Dabei handelt es sich um eine sofort einsatzbereite Testmanagementumgebung, die automatisierte Prototypen-, Entwurfsvalidierungs- und Produktionstestsysteme organisiert und ausführt. TestStand ist äußerst flexibel, so dass Entwickler ihre TestStand Anwendungen modifizieren und verbessern können, um die sich ändernden Testanforderungen des Unternehmens zu erfüllen. TestStand ermöglicht eine mühelose Integration mit NI Switch Executive, indem alle konfigurierten Komponenten als Testschritteigenschaften angezeigt werden, wodurch es einfach ist, vorhandene Switch Executive Switch-Routen einzelnen Schritten innerhalb einer TestStand Sequenz zuzuordnen.

Moderne Architekturen für automatisierte Tests basieren weitgehend auf Software-Modularität, was die Wiederverwendung von Programmcode in großem Umfang fördert. Entwickler können sich auf die eigentlichen Tests konzentrieren, die ihre Produkte erfordern, ohne gemeinsame Funktionen wie Reporting, Datenbankintegration und Benutzerverwaltung entwickeln zu müssen. Diese Architektur kommt normalerweise zum Ausdruck (siehe Abbildung 2). Die Testverwaltungssoftware enthält und steuert die Tests, die als Testcodemodule geschrieben werden. Diese Module rufen über Gerätetreiber die Hardwareebene auf, um eine Funktionsmessung durchzuführen, einen Schaltvorgang durchzuführen oder ein Steuersignal zu aktualisieren. Traditionell ist das Umschalten innerhalb des Testcodemoduls gebunden, was die Entwicklung und Wartung im Laufe der Zeit erschwert hat. Wie Abbildung 2 zeigt, ermöglicht Switch Executive jedoch, die Switch-Anforderungen zu extrahieren und in der gesamten Architektur zu implementieren, so dass Entwickler Switching auf der erforderlichen Ebene anwenden können.

TestStand ist Test Executive Software, mit der Entwickler alle für einen Test erforderlichen Konfigurationen und Messungen in einem einzigen TestStand Schritt zusammenfassen können. Dieser Schritt kann so einfach sein wie das Festlegen eines Werts oder so komplex wie ein vollständiger Systemtest. Ein TestStand Schritt enthält jedoch in der Regel alle Konfigurationen und Messungen, die zum Testen eines einzelnen Aspekts des Prüflings erforderlich sind. Durch die Durchsetzung dieser Regel ist es möglich, wirklich modularen und wiederverwendbaren Programmcode zu erzeugen und somit den Entwicklungsaufwand zu reduzieren. Eine Reihe von Schritten wird als Sequenz bezeichnet. Ein Entwickler kann zahlreiche Sequenzen erstellen, um die gesamte Testsystemarchitektur zu erstellen.

Switch Executive ist in TestStand integriert und stellt seine Konfigurationen als TestStand-Schritteigenschaften bereit. Switch Executive macht es dadurch extrem einfach, einer Schaltstrecke oder einer Schaltgruppe einen TestStand Schritt zuzuordnen, ohne die Schaltvorgänge in den Schrittcode zu integrieren. Dadurch wird die Erzeugung und Wartung eines Gesamtsystems vereinfacht. Die Schrittschalteigenschaften von TestStand sind in Abbildung 3 dargestellt.

Die Alternative zum Einbinden der Umstellung in das Testmanagementsystem besteht darin, sie im Testcodemodul zu halten. Dieser Ansatz ist eine praktikable Option für Entwickler von Schaltsystemen mit geringer Kanalanzahl. Für solche Benutzer bietet NI Switch Executive immer noch einen enormen Vorteil, da der Programmcode vereinfacht und die Feinheiten der eigentlichen Schaltstrecke entfernt werden. Abbildung 4 zeigt ein einfaches LabVIEW Diagramm, wie Entwickler einfache Schaltwege implementieren können.

^{Abbildung 4: LabVIEW-Beispiel für Switch Executive}

Durch die Implementierung von Switching in LabVIEW über NI Switch Executive kann der Entwickler den physikalischen Verbindungsweg des Signals durch die Schaltmatrix ändern, da der LabVIEW Code den Verbindungsweg beim Namen aufruft. Daher ist es einfach, den Schaltpfad über die Konfigurationsumgebung NI Switch Executive zu aktualisieren, während die Low-Level-LabVIEW-Aufrufe davon unberührt bleiben.

Für viele Benutzer bietet die Möglichkeit, den Testcode von der physischen Implementierung zu entkoppeln, eine enorme Einsparung bei der langfristigen Wartung und dem Support. Diese Kosten sind in der Regel die Kosten der gesamten Entwicklung. Durch die Implementierung dieses Dual-Interface-Ansatzes können Hunderte von Stunden der Fehlersuche eingespart werden, wenn nur ein Relais oder Schaltmodul ausfällt.

Da Switch Executive auf IVI basiert, kann der Entwickler viele verschiedene Schaltmodule im Testsystem kombinieren, wodurch die Entwicklung des Systems einfacher und schneller wird. IVI ist eine Schlüsseltechnologie in der modernen Testarchitektur und es ist wichtig, vor dem Kauf mit einem Switch-Anbieter zu bestätigen, dass sein Produkt mit einem IVI-konformen Treiber geliefert wird. Die meisten Hersteller wie NI, Pickering, Ascor, Racal und Agilent enthalten IVI-Treiber mit ihren Schaltmodulen.

Abbildung 5 zeigt, wie IVI die IVI-Klassentreiberschicht bereitstellt, so dass die Entwicklungsumgebung eine gemeinsame Schnittstelle aufrufen kann, die wiederum den richtigen Gerätetreiber für die spezifische Hardware aufruft.

^{Abbildung 5: Implementieren von IVI ermöglicht Austauschbarkeit von Schaltern}

Es gibt viele Plattformen für Switch-Hardware, die häufigsten sind heute PXI, GPIB, SCXI und VXI. Mit Switch Executive können alle diese Arten von Schaltmodulen zusammen arbeiten, sofern sie entweder IVI- oder NI-SWITCH Treiber haben.

VXI- und GPIB-Geräte bieten oft das größte Schaltgehäuse und können größere Schalt-Arrays bieten, obwohl die Vergleichskosten pro Relais normalerweise wesentlich höher sind. Die Alternative zu diesen sperrigen, langsamen Lösungen besteht darin, mehrere PXI- oder SCXI-Einheiten zusammen zu einem einzigen „virtuellen“ Switch zu implementieren. Switch Executive erleichtert das Entwickeln größerer Schaltkonfigurationen durch die Implementierung fester Verbindungen in die Systembeschreibung erheblich. Wenn ein Entwickler zuvor versucht hat, die Zeilen oder Spalten von einem Modul zum anderen zu erweitern, musste er sie in den Code einprogrammieren, was das Verständnis und die Fehlersuche sehr erschwerte. Mit Switch Executive werden die festen Verbindungen separat definiert und das automatische Routing integriert die festen Verbindungen einfach zum Entwurfszeitpunkt in den Pfad, was Zeit und Geld von der Entwicklung bis zur Verteilung spart.

Ein Vorteil der PXI- und SCXI-Plattform ist, dass sie speziell für modulare Schaltsysteme entwickelt wurde, die Entwickler einfach erweitern können. Mit dem Matrixschaltmodul NI PXI-2532B und dem Anschlussblock TB-2643B können Benutzer beispielsweise mehrere Module mit Flachbandkabeln verbinden. Dieses einfache Zubehör erledigt in Sekunden, was sonst Stunden dauern würde, um mit einzelnen Drähten von Hand erstellt zu werden, während Fehler in der Verdrahtung ausgeschlossen werden. In Abbildung 6 sehen Sie drei Schaltmodule des Typs NI PXI-2532B, die mit dieser Methode verbunden sind.

Durch die Integration von Switch Executive in moderne Testarchitekturen verringert sich die Zeit für die Bereitstellung des Testsystems in der Produktion erheblich, während der Durchsatz erhöht und die Wartung über die Lebensdauer des Systems minimiert wird.

Die modernen Testarchitekturen – basierend auf Switch Executive, TestStand und fortgeschrittenen Entwicklungsumgebungen – bieten kostengünstige Technologien, die bisher nur in herstellerdefinierten High-End-Systemen für mehr als 100.000 US-Dollar verfügbar waren. NI hat Technologien wie Switch- und Testmanagement einem breiteren Publikum zugänglich gemacht, indem es sie erschwinglich, einfach zu bedienen und einfach zu warten gemacht hat, was Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil mit niedrigeren Testkosten und weitaus kürzerer Markteinführungszeit verschafft.

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