Tổng quát

Bài viết này giải thích những khó khăn khi kiểm tra các hệ thống phức tạp và cách "thử nghiệm/kiểm tra phần cứng trong vòng lặp" (HIL) là giải pháp để tạo ra một hệ thống kiểm tra có khả năng mở rộng và đảm bảo phạm vi kiểm tra toàn diện.

Thách thức của việc kiểm tra các hệ thống phức tạp

Sự kiểm tra kỹ lưỡng và đáng tin cậy là cần thiết để xác minh và xác nhận thiết kế. Tuy nhiên, các hệ thống hiện đại ngày càng phức tạp, đặc biệt là trong phần mềm.

Xem xét việc kiểm tra các thành phần điện tử của một chiếc ô tô mới, để duy trì sự phù hợp trong thị trường ngày nay, các phương tiện hiện đại cần có hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến (ADAS), camera, radar, v.v. Kiểm tra, đánh giá các hệ thống con này trên sản phẩm đã lắp ráp trong các trường hợp sử dụng mong muốn cần phải được đảm bảo rằng việc kiểm tra được thực hiện trong bối cảnh lý tưởng, và vì thế, cũng phát sinh chi phí đáng kể và thách thức trong mọi tình huống.

Ngoài ra, việc trì hoãn các kiểm tra cho đến khi lắp ráp cuối cùng sẽ mang lại rủi ro đáng kể và các thay đổi dựa trên kiểm tra có thể dẫn đến các tác động to lớn vào lịch trình. Chi phí kiểm tra sẽ phát sinh không thể tưởng tượng được và thời gian đưa ra thị trường sẽ không thể đoán trước một cách chắc chắn. Sự phức tạp của vấn đề này càng tăng cao khi bạn cho rằng chỉ một trong số nhiều bộ điều khiển điện tử (ECU) trong ô tô cũng tương đương với một số lượng lớn tín hiệu đại diện cho các chức năng và loại I/O khác nhau, khiến cho phạm vi kiểm tra toàn diện trở thành một thách thức. Những yếu tố này nghe có vẻ giống như việc tạo ra một vấn đề bất khả thi - đặt ra câu hỏi về tính hợp lý của việc vừa kiểm tra kỹ lưỡng, vừa phải tiết kiệm chi phí, và vừa phải tiết kiệm thời gian.

Bằng cách cho phép các ECU đang kiểm tra tương tác với trường hợp sử dụng mô phỏng, bạn có thể kiểm tra sớm và thường xuyên để có thể phát hiện ra càng nhiều lỗi phần mềm càng tốt. Đây là cơ sở của kiểm tra phần cứng trong vòng lặp (HIL).

HIL là gì?

Kiểm tra HIL là một kỹ thuật trong đó tín hiệu thực từ bộ điều khiển được kết nối với hệ thống kiểm tra mô phỏng thực tế, nhằm mục đích làm bộ điều khiển nghĩ rằng bản thân đã nằm trong sản phẩm đã lắp ráp. Việc lặp lại kiểm tra và thiết kế diễn ra như thể hệ thống trong thế giới thực đang được sử dụng. Khách hàng có thể dễ dàng chạy qua hàng nghìn tình huống có thể xảy ra với bộ điều khiển của mình mà không tốn chi phí và thời gian liên quan đến các bài kiểm tra vật lý thực tế.

Một lần nữa, hãy xem xét một chiếc xe hơi. ECU động cơ chịu trách nhiệm chuyển đổi các phép đo của cảm biến thành hành động, ví dụ như điều chỉnh lượng khí nạp khi chân ga được nhấn xuống.

Hình 1: Hệ thống kiểm tra

Kiểm tra HIL thay thế các công cụ thực bằng mô phỏng, bao gồm phần cứng và phần mềm tương tác với I/O thực như thể công cụ vật lý hiện diện. Vì các bản cập nhật có thể được thực hiện trong phần mềm, nên bạn có thể nhanh chóng kết hợp các thay đổi của ECU hoặc phần mềm động cơ, kiểm tra trên phạm vi rộng các tình huống có liên quan và mở rộng phạm vi kiểm tra khi cần để kiểm tra một cách mạnh mẽ và toàn diện mà không gặp rủi ro đối với hệ thống vật lý tốn kém.

Hình 2: Động cơ được thay thế bằng mô phỏng HIL

Để kiểm tra HIL có giá trị, chất lượng của phần mềm mô phỏng là vô cùng quan trọng. Phần mềm mô phỏng phải được ghép nối với phần cứng, trong đó không chỉ tính đến phần các thông số kỹ thuật của hệ thống như các loại đầu nối và I/O mà còn phải cho phép chèn lỗi và khả năng kiểm tra các tình huống trong thế giới thực.

Hình 3. Các yêu cầu mô phỏng

Đây là lúc khách hàng của NI sẽ cảm thấy gánh nặng trong việc lựa chọn phần cứng và phần mềm nào bạn sẽ sử dụng để đảm bảo phạm vi kiểm tra tối đa song song với giảm thiểu thời gian dành cho thiết lập và khả năng sử dụng hệ thống. Ngoài ra, để bắt kịp với các yêu cầu thay đổi nhanh chóng của thị trường, bạn có nhiệm vụ tìm ra giải pháp không chỉ phải giải quyết bài kiểm tra này mà còn cả bài kiểm tra tiếp theo, đòi hỏi những người kiểm tra có thể tùy chỉnh và phù hợp với tương lai.

Cách tiếp cận dựa trên nền tảng để HIL chinh phục các thử thách kiểm tra

NI cung cấp giải pháp phần cứng và phần mềm toàn diện giúp khách hàng bắt đầu nhanh chóng với phần mềm dựa trên cấu hình và I/O của các mô-đun. Thay vì sử dụng một giải pháp chung với các tính năng và I/O tốn kém không liên quan đến kiểm tra, các giải pháp NI được điều chỉnh cho phù hợp với ứng dụng cụ thể của khách hàng. Bạn có quyền tự do tùy chỉnh phần cứng và phần mềm để tính đến các tín hiệu không chuẩn và mở rộng số lượng I/O nếu cần.

Thiết kế cho hệ thống hiện tại và chuẩn bị cho hệ thống tương lai

Tích hợp các yêu cầu an toàn đang thay đổi và các quy định của chính phủ, kết hợp các cảm biến mới và đáp ứng các công nghệ theo yêu cầu của thị trường chỉ là một vài ví dụ minh họa rằng bộ kiểm tra có thể sử dụng được và tiết kiệm chi phí nhất nếu nó có thể đáp ứng các yêu cầu thay đổi này. Bộ mô phỏng NI HIL được xây dựng trên kiến trúc mở dựa trên phần cứng thương mại có sẵn (COTS) như PXI và điều hòa tín hiệu tải chuyển đổi (SLSC) để đảm bảo rằng khách hàng có thể tùy chỉnh hệ thống để đáp ứng nhu cầu kiểm tra của mình và theo kịp xu hướng phát triển của ngành. Khi các ý tưởng mới xuất hiện trong thiết kế và khi công nghệ phát triển, bạn có thể giảm nguy cơ tụt lại phía sau bằng cách chứng minh hệ thống kiểm tra của mình trong tương lai thông qua sử dụng phần cứng và phần mềm thích ứng.

Giải quyết sự phức tạp ngày càng tăng theo thời gian

Mục tiêu của kiểm tra là tạo ra những thay đổi phần mềm được thông báo dẫn đến sản phẩm mong muốn cuối cùng. Khi các lỗi phần mềm được phát hiện và các thay đổi được thực hiện, các hệ thống kiểm tra phải thích ứng. Các hệ thống hộp đen, cố định khiến việc tính toán số lượng kênh tăng lên và các loại I/O thay đổi, điều đó làm cho việc kiểm tra trở nên khó khăn, nếu không muốn nói là không thể. Phần cứng dạng mô-đun của NI như PXI và I/O có thể cấu hình lại (RIO) dựa trên tiêu chuẩn ngành, cho phép bạn thêm I/O và thay đổi loại I/O mà không cần xây dựng lại hệ thống kiểm tra.

Phần mềm kiểm tra dựa trên cấu hình như VeriStand tích hợp liền mạch với phần cứng mô-đun, đảm bảo rằng phần mềm và phần cứng luôn đồng bộ khi thực hiện thay đổi hệ thống kiểm tra. Đối với các kiểu máy được sử dụng trong các ứng dụng như điện tử công suất, trong đó độ trung thực và thời gian đáng tin cậy của phần cứng là yếu tố then chốt, VeriStand có thể kết hợp code FPGA của riêng bạn, cho phép bạn chọn mức tùy chỉnh cần thiết cho ứng dụng của mình.

Theo kịp với yêu cầu thiết kế thay đổi

Với nền tảng mở của NI, bạn có thể tận dụng lợi thế của phần cứng và phần mềm có thể tương tác và chọn cách tiếp cận mà bạn cho là tốt nhất, chẳng hạn như sử dụng phần cứng đối tác chuyên dụng, chọn Python để tự động hóa và nhập các mô hình từ nhiều môi trường bao gồm Simulink®. Các sản phẩm của NI tương thích với ASAM XIL, nghĩa là bạn đang đầu tư vào một tiêu chuẩn ngành có thể thích ứng, đáng tin cậy thay vì là một giải pháp chỉ có thể dùng một lần.

Phần mềm kiểm tra dựa trên cấu hình của NI, VeriStand, chạy trên hệ điều hành xác định, thời gian thực, nơi bạn có thể kiểm tra ngay mà không cần lập trình. Tuy nhiên, khi phát sinh các trường hợp đặc biệt, phần mềm tương tự này có thể tùy chỉnh bằng code LabVIEW của riêng bạn. Các FPGA có thể cấu hình lại cung cấp khả năng kiểm soát tận gốc I/O của bạn và cho phép bạn triển khai xử lý nội tuyến trong phần cứng có thể thay đổi theo tốc độ của ý tưởng tiếp theo.    

  

Các thông tin liên quan