《自動化測試趨勢展望》對影響測試和測量行業(yè)的關鍵技術和方法進行了全面的介紹。我們發(fā)現(xiàn)測試工程師和管理人員所面臨的最大挑戰(zhàn)之一是需要不斷跟上目前最新的測試發(fā)展趨勢。NI能夠全面了解技術發(fā)展趨勢，并與許多行業(yè)的公司有業(yè)務來往，這樣就使我們在測試和測量市場中占有獨特的優(yōu)勢。這種視野使我們能夠成為許多主要客戶在判斷行業(yè)發(fā)展趨勢和最佳實踐上的戰(zhàn)略合作伙伴。我們針對2012年突出了未來1-3年內可能顯著影響自動化測試行業(yè)的五大趨勢。

一、測試組織的最優(yōu)化

沒有人可以預測未來。幸運的是，我們可以搶先了解相關的影響因素。在經濟形式動蕩的情況下，很多公司都開始小心評估未來的機遇，取得競爭的優(yōu)勢，進而提高自己的盈利和客戶的忠誠度。為了取得競爭的優(yōu)勢，它們采取諸多常見的企業(yè)提升策略，例如Six Sigma、Lean Manufacturing、Capability Maturity Model Integration （CMMI）、Agile Product Development等。另外，企業(yè)還提升及策略性的利用結構內部的支持功能，以在市場中脫穎而出。

舉例來說，信息技術（IT）的角色在過去的20年中發(fā)生了很大的變化。IT本來只是提供標準的運算支持，資料儲存，標準任務自動化等輔助功能。而在行業(yè)領導的組織中，IT卻是優(yōu)化商業(yè)運營（LOB）程序的關鍵因素，并可以協(xié)助決策者們對公司的核心業(yè)務作出即時的決定。IT策略的重要性，已由Chief Information Officer（CIO）雜志的2010 State of the CIO Survey所證實，統(tǒng)計顯示有70%的首席信息官員（CIO）已經加入了公司執(zhí)行委員會。

與IT類似，產品測試在過去也被視為開發(fā)與制造流程中的輔助階段，人們往往只投入所需要的開發(fā)成本。

很多公司都愿意在產品研發(fā)和銷售階段等占有“戰(zhàn)略性意義”的過程中投入大量的成本。這樣就會使得測試部門無法滿足業(yè)務需求，如果實際產品需要的測試技術無法達到，那么過期的測試技術就會成為組織發(fā)展的瓶頸。但最近的研究表明，測試步驟可以檢驗產品的性能，縮短開發(fā)的時間，提升產品的品質與穩(wěn)定性，降低退貨率，是至關重要且需要得到重視的。

美國的三角研究院（Research Triangle Institute）于2002年對國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）展開了一項調查，想了解軟件測試不足對美國汽車與航空行業(yè)的影響。調查結果顯示，使用不合理的測試對整個行業(yè)造成了14.7億美元的損失。另外，根據2004年對NASA Johnson Space Center研究人員所進行的調查顯示，“生產期間發(fā)現(xiàn)產品缺陷”造成的損失，往往是“設計期間發(fā)現(xiàn)產品缺陷”造成的損失的21-78倍。這兩項研究足以說明了應該在設計期間就加強測試工作，由此可以大幅度降低彌補缺陷付出的代價。測試工作能于產品開發(fā)期間就找出缺陷并搜集資料進一步改善產品的設計或程序，為企業(yè)帶來最大的收益。

為了將測試組織轉變?yōu)槠髽I(yè)的戰(zhàn)略資產，必須經過長期的階段規(guī)劃。

電子制造業(yè)的新趨勢是依靠產品測試能力實現(xiàn)強大的市場競爭力。這個趨勢已經使測試工程從先前純粹的成本考慮轉變成了策略優(yōu)勢的考量。NI最近對測試工程主管的調查問卷也證實了此項轉變；這些主管在未來的1-2年內的首要目標，就是重新對測試組織的結構進行調整以提升效率。如果能實現(xiàn)這項策略，就可以降低成本，并加速產品上市時間，減少對公司資本的影響。研究同時也提出了理想的測試策略：測試部門需要提供貫穿產品生命周期的測試方案。測試機構將開發(fā)標準的測試架構，以實現(xiàn)重復使用元件，利用動態(tài)資源，系統(tǒng)性地管理 /分析企業(yè)資料，以求為公司帶來業(yè)務的提升。

根據NI的調查，此轉換過程一般需要三到五年才能真正展現(xiàn)出效益；所以必須先擬定長期策略才能落實此轉變過程。公司若要轉變測試組織，就一定要經過4個成熟的階段：適應、反應、主動、最優(yōu)。而各個階段均涉及了人員、程序、技術等要素。必須先有合適的人選才能開發(fā)/維護完整的測試策略。此外，需要改善流程，才能簡化測試開發(fā)程序，并于產品開發(fā)期間重復使用。最后就是隨時留意并整合最新的技術，以提高系統(tǒng)性能并降低成本。

這種轉換過程必須讓“純粹的輔助性”轉變?yōu)椤伴_發(fā)創(chuàng)新功能并能結合現(xiàn)有的作業(yè)”。測試行業(yè)目前仍處于初期的轉換過程。IBM在其2010年全球科技展望中，就以IT行業(yè)作為外部比較基準，它們指出：高效率的公司如果可以戰(zhàn)略性地轉換IT組織 /部門，那么現(xiàn)有的專案可能只需要60%的IT預算，剩下的40%則可以用于創(chuàng)新研發(fā)。如果采用以前的業(yè)務模型，則大約需要85/15的預算比例。測試行業(yè)也極為相似。領導廠商必須整合其測試部門，并讓其他戰(zhàn)略性部門能享受到創(chuàng)新工作的效益，才能切實保證競爭優(yōu)勢。

一旦測試工程組織成為了戰(zhàn)略性的資產，就可以馬上搭建標準的測試平臺、開發(fā)有價值的測試知識產權、提供更高效率的生產力、減小運營成本、滿足核心業(yè)務的需求，進而持續(xù)實現(xiàn)更高的產品質量、邊際效益和更快的上市時間。

二、設計流程中的測量和仿真

對當前的研發(fā)部門來說，縮短產品開發(fā)周期一直以來都是其首要任務。特別是汽車與航空行業(yè)，要縮短開發(fā)時間，方法之一就是同時進行設計與測試；通常這種模式以V-diagram產品開發(fā)模型表示。這些行業(yè)的最終產品，往往是具有高復雜度的“系統(tǒng)中的系統(tǒng)”。V-diagram左邊為“設計”階段，右邊為“測試”階段。V-diagram背后的概念，就是在開發(fā)出完整系統(tǒng)之前，先進行初步的測試、檢驗子系統(tǒng)以達到更高的效率。只要是需要對環(huán)境進行精確監(jiān)控的行業(yè)，就常�？梢砸姷筋愃芕-diagram同步設計 /測試的開發(fā)方法，而且目前已經有其它類型的裝置或行業(yè)也在逐步采用相關的案例。以半導體和消費性電子產品業(yè)為例，其短暫的產品使用周期與不斷提高的產品復雜度，都對縮短產品開發(fā)時間提出了更高的要求。

麥肯錫（McKinsey）公司針對無晶圓廠半導體的設計流程進行的問卷調查顯示，半導體行業(yè)的產品生命周期與產品開發(fā)時間之間的比率大概只有汽車產業(yè)的1/3。同一份麥肯錫的問卷研究也指出，半導體新設計的平均開發(fā)時間約為19個月，因此，研究人員歸納出研發(fā)完整度（R&D Excellence）是主要的影響因素。

基于商業(yè)需求，產品開發(fā)過程中必須更加重視研發(fā)完整度，因此，電子行業(yè)已經越來越向著設計與測試并行發(fā)展。而為了強化這樣的實例，需要提高電子設計自動化（EDA）仿真軟件與測試軟件之間的連接。

1、設計流程中的軟件

要了解仿真軟件在產品設計流程中的角色，必須首先了解軟件在產品開發(fā)周期的設計與測試階段各有什么作用。在初期的設計 /仿真階段，EDA軟件可以針對待仿真產品的物理或電氣行為建立模型。EDA軟件基本上屬于公用程序，即根據一系列輸入，通過數學模型而反映待測設備（DUT）的輸出，再將相關測量的結果提供給設計工程師作為參考。

而在產品開發(fā)的檢驗 /認證階段，軟件使用的條件有少許的不同，即在實際的原型上實現(xiàn)自動化測量。但檢驗 /認證階段所需要的測量算法，也與EDA軟件工具所使用的算法相同；這一點則和設計 /模擬階段類似。

目前的EDA軟件的新興功能，就是實現(xiàn)EDA軟件與測試軟件的通訊，提高軟件連接功能。更進一步的解釋，這種連接功能就是要讓：
（1）現(xiàn)有的EDA軟件環(huán)境可以驅動測量軟件。
（2）測量自動化環(huán)境可以自動化地控制EDA設計環(huán)境。

連接設計與測試軟件環(huán)境的優(yōu)點之一，就是于設計程序的初期就提供更豐富的測量算法。而工程師不僅可以于設計初期進一步了解自己的設計，其仿真運行也能整合檢驗 /認證程序所取得的資料。

優(yōu)點之二，則是可以讓測試工程師在設計程序過程中加速開發(fā)有用的測試程序代碼，以縮短復雜產品的上市時間。

2、使用EDA軟件實現(xiàn)更多元的測量

EDA軟件與測試軟件連接，可以實現(xiàn)更多元的測量功能，進而改善設計流程�；旧�，EDA工具將通過行為模型來預測新設計的運行性能。可惜的是，模型驗證與最終產品的檢驗準則大不相同，因此難以將仿真與測量的資料相互整合。目前一個明顯的發(fā)展趨勢是使用通用的軟件鏈來完成從設計到測試的工作，這樣可以讓工程師盡早地將測量融入到設計流程中。

例如，設計一個移動電話的多模式 RF功率放大器。這種元件的傳統(tǒng)設計方式，是使用RF EDA工具，通過EDA環(huán)境，工程師一般可以通過仿真操作來取得RF的特性參數，如效率、增益、1dB壓縮點。但最終產品所必須滿足更多的 RF測量準則，而這些測量準則又是專為移動電話標準（如GSM/EDGE、WCDMA、LTE）所建立的。

一直以來，因為測量的復雜度，一般需要實際的DUT測量才能實現(xiàn)LTE、EVM或者ACLR等測量準則的驗證。但現(xiàn)在由于可以連接 EDA軟件與自動化軟件，工程師可以在仿真裝置上搭建EDA環(huán)境，進而使用完整的測量算法。也正因為如此，在設計初期就可以找出復雜產品或系統(tǒng)相關的問題，也就等于縮短了設計周期。

3、通過模型完成并行測試開發(fā)

整合設計與測試實踐的第二個趨勢，就是利用EDA所生成的行為模型，加速產品開發(fā)的檢驗 /驗證，并開發(fā)測試軟件。在此之前，影響產品設計程序效率的原因之一就是特定產品的測試程序代碼開發(fā)緩慢，甚至等到首次測試實驗原型之后才能完成。為了加快程序開發(fā)進度，可以在特性描述或者開發(fā)測試程序代碼時，使用軟件原型代替DUT使用。使用這種方式，可以在產品設計期間就同時地開發(fā)特性描述與生產測試軟件，進而縮短產品上市時間。

例如，Medtronic醫(yī)療產品公司最近就針對心率調節(jié)器選用了這種設計方式。通過特殊設計的新軟件套件，連接了Mentor Graphics EDA環(huán)境與NI LabVIEW軟件。連接軟件環(huán)境以后，工程師可以在制作實際硬件之前就開發(fā)出測試平臺。通過這種設計方式達到的并行機制，讓工程師能夠縮短產品的上市時間。

在提高工程設計完整度的過程中，整合設計和測試環(huán)節(jié)將顯得越來越重要。由于EDA與測試軟件之間的關系越來越緊密，工程師將在未來的幾年內更有效地利用EDA軟件，以獲取更完整的仿真操作，并使用EDA仿真功能來優(yōu)化驗證與生產測試的流程。

三、PCI Express外部接口

自從1960年GPIB技術問世以來，自動化測試系統(tǒng)就開始依賴PC來集中控制各個儀器硬件設備，實現(xiàn)自動測試。PC有多種規(guī)格，如臺式機、工作站、工業(yè)級/嵌入式系統(tǒng)等，都可以滿足上述的需求。當然，相應的就有多種數據總線，如USB、PCI、GPIB、PCI Express、Serial、以太網等等，都可以讓自動化測試系統(tǒng)連接到硬件儀器上。就因為PC在自動化測試系統(tǒng)中扮演著重要的角色，所以測試與測量行業(yè)必須隨著PC技術的發(fā)展而開發(fā)新的技術，以在降低測試成本的同時提升系統(tǒng)的功能與性能。

在過去的10年中，PC在各個方面都發(fā)生了巨大的變化。正如摩爾定律所預測的，CPU的處理性能在10年內提高了75倍。除了處理性能的大幅提高以外，串行通訊接口與并行通訊接口也在蓬勃發(fā)展。PCI Express已經取代了PCI、AT、ISA而成為系統(tǒng)內部預置的數據總線，讓CPU可以連接到周邊的外設。PCI Special Interest Group（PCI-SIG）作為PCI規(guī)范的管理機構，于2004年發(fā)布PCI Express規(guī)范，又于2011年11月宣布全球市場上已經售出240億個通道，更確立了PCI Express的普及度。同樣的，對于外部接口來說，如USB與以太網等串行總線也取代了SCSI以及其它并行的數據總線。

In-Stat于2010年發(fā)布的市場研究報告預測，支持USB規(guī)范的設備將于2012年出貨超40億組。

又如，Wi-FI與藍牙的無線通訊標準，也已經快速成長為電腦的默認外部接口配置。

被多種不同配置采用的PCI Express總線，很可能成為自動化測試的數據接口。PCI Express擁有大數據帶寬和低延時的優(yōu)點，已經成為了所有PC上的必備元件。PCI Express可以在系統(tǒng)中連接本地設備，也可以連接周邊外設，這使得系統(tǒng)總線與接口總線的界線變得模糊，并且完全有可能最后兩者之間的差異完全消除。

1、自動化測試平臺的系統(tǒng)總線

雖然PCI Express是串行的數據總線，但其內在優(yōu)點已經超越了如PCI、VME等并行總線。

通常來講，在提高數據帶寬的同時，往往難以避免地會產生時序混亂，耗電量提高、電磁干擾、平行總線之間的干擾等技術難題。當更具技術優(yōu)勢的PCI Express于2004年問世以來，就一直在持續(xù)地提升其數據傳輸能力。在2007年發(fā)布的PCI Express 2.0已經將PCI Express 1.0的數據傳輸率翻倍。而在2010年問世的PCI Express 3.0又將PCI Express 2.0的數據傳輸率再次加倍，單向數據傳輸達到了16GB/s。雖然PCI Express的標準不斷提升，但其仍保有相應的兼容性。PCI Express與PCI都使用了相同的軟件堆棧，并且完全向下兼容。

如果自動化測試與測量平臺都使用PCI Express作為內部系統(tǒng)數據總線（如PXI），那么只需要很低的成本就可以利用所有的優(yōu)勢而達到更多的功能。這種平臺基于其領先的技術，將成為所有自動化測試系統(tǒng)的核心。

2、自動化測試系統(tǒng)的外部接口總線

自動化測試最常見的外部接口總線（如GPIB與以太網）往往是高延時、低數據帶寬的，所以可能為縮短測試時間帶來障礙。由于這些接口限制了數據的傳輸率，并增加了每次操作的時間，因此必然會影響測試系統(tǒng)的整體效率。由于CPU本身并不會與外部接口直接連接，因此PC內部會進行某些形式的轉換，將外部接口轉換為內部系統(tǒng)總線，即前面提到的PCI Express。PCI Express可以通過外部接口達到更高的性能，并可以直接由電腦中的CPU來進行處理。因此就可以解決其它外部接口總線的瓶頸問題，大幅縮短測試時間。

將PCI Express作為外部接口總線早已不是新的概念。之前提到的 PCI-SIG就可以支持外部搭建PCI Express，即大家所熟知的連接式PCI Express。這個搭建規(guī)范于2007年發(fā)表，一直以來都不需要額外的處理操作即可延伸系統(tǒng)數據總線至外部設備。連接式PCI Express已經用于如PXI的模塊化儀器控制平臺，提供了靈活且低價位的控制選項。其規(guī)范一般只支持銅質連接電纜，PC與裝置之間的實際距離不能超過7米。但如果改為搭配光電收發(fā)器，即可通過光纖將通訊距離延伸超過200米，且提供了必要的電子隔離。

連線式PCI Express技術更加適合自動化測試環(huán)境。但與一般的PCI Express技術相反，連線式PCI Express相對受限于特定的行業(yè)。最近Intel以LightPeak為研發(fā)代號創(chuàng)新開發(fā)的Thunderbolt技術，就是將PCI Express做為外部接口，并且其在未來有可能迅速普及。Thunderbolt針對PCI Express與DisplayPort視頻協(xié)議，將之整合為串行接口數據總線，可以配合銅質或光纖連接電纜。PC本身即帶有Thunderbolt接口，因此可以廣泛地成為低成本、高性能的解決方案。以PCI Express為架構的PC外部接口，同其它如USB的低成本接口一樣，勢必將成為自動化測試系統(tǒng)的默認接口。大批量生產測試或復雜自動化驗證等應用，往往需要極高的數據傳輸率，并以低延時的傳輸來降低測試成本就非常適合PCI Express架構的接口。如果沒有特別著重這些需求，可以使用其它的接口。

按照目前電腦行業(yè)的發(fā)展趨勢，如串行通信接口、I/O合并、無線通訊普及等特點，PCI Express將會是系統(tǒng)數據總線的首選。并可以期待成為領先的外部數據總線。自動化測試系統(tǒng)如果可以使用PCI Express實現(xiàn)多種配置，就可以以低成本實現(xiàn)最好的性能和最高的靈活性。PCI Express將會成為自動化測試和測量應用的首選。

PCI Express為外部總線帶來了高數據帶寬和低延時的通訊性能。

四、移動設備的迅速普及

在過去的30多年中，自動化測試最大的趨勢之一就是朝著以基于PC的模塊化平臺架構演變。通過最新的商業(yè)可能的計算技術配合強大的處理器、最新的I/O總線、更高級的操作系統(tǒng)來搭建整個測試平臺。在此趨勢繼續(xù)演變的同時，還出現(xiàn)了如平板電腦和智能手機這種新型的運算裝置，讓具有前瞻性的公司可以在自動化測試系統(tǒng)中利用這些商業(yè)可用的技術。

在最近的10年中，智能手持移動設備一般都是以PDA和智能手機為主。但在Apple公司發(fā)布了iPhone和iPad之后，又有Google、Microsoft等多家廠商發(fā)布的類似設備，都促使了行業(yè)進入移動計算的新紀元�，F(xiàn)在，已經有數以千萬計的平板電腦和智能手機在消費者與企業(yè)用戶手中。

1、用于自動化測試的移動設備

雖然平板電腦與智能手機并無法取代如PXI的PC結構測量平臺，但卻具有其獨特的延伸測試系統(tǒng)的優(yōu)點。根據Pew Research Center的調查，絕大多數的平板電腦使用者主要著眼于其便利性。Nielsen Company于2011年對消費者“使用平板電腦取代傳統(tǒng)電腦的理由”的調查中指出，主要原因在于平板電腦改善了使用體驗，例如其絕佳的便攜性、簡單易用性、更快速的開關機時間、更長的電池續(xù)航能力。從這此資料來看，移動裝置在自動化測試中所扮演的角色，應該不外乎測試系統(tǒng)監(jiān)控、測試數據和報表查看功能。

（1）測試系統(tǒng)監(jiān)控

測試工程師、管理者、技術人員都可以通過平板電腦與智能手機，直接了解測試系統(tǒng)的狀態(tài)。如果測試系統(tǒng)在附近，如同一棟建筑或校園內，這個功能十分有用。如果測試系統(tǒng)位于地球的另一端，移動設備也能夠提供一個用戶界面，就更能體現(xiàn)系統(tǒng)的便捷性。針對遠程測試系統(tǒng)，平板電腦與智能手機可以持續(xù)監(jiān)視多樣數據，或直接控制其工作模式。在此使用條件下，測試系統(tǒng)本身需要連接上局域網或公共網絡。移動裝置只要位于同一校園或通過VPN進入內部網絡，都可以由內部網絡進行遠程的監(jiān)控。而測試系統(tǒng)只要連上公共網絡，理想狀態(tài)下可以在任何地點使用移動設備對其進行操作。

（2）測試數據與報表查看

除了直接連接至測試系統(tǒng)之外，測試工程師可能需要查看相關的測試報表，以分析之前的測試結果并找出相應的趨勢。在這個條件下，只要可以通過連接其它連網的電腦以取得測試系統(tǒng)的數據，測試系統(tǒng)本身并不需要連接到網絡。這種功能將可以幫助整理測試結果，分析資料、建立報表，最后傳送到遠程使用者的移動裝置中。

在上面的兩種使用條件下，如果要通過平板電腦和智能手機取得重要的數據，往往會遇到兩個共同的問題。第一就是要能通過網絡正確地交換數據。目前可以選擇的通訊協(xié)議有TCP、UDP、HTTP等。而對于服務器和客戶端之間的數據交互，信息技術（IT）行業(yè)正在朝著網絡服務的方向發(fā)展。

2、網絡服務

網絡服務屬于應用程序編程接口（API）。幾乎任何程序語言所編寫的客戶端，都可以通過HTTP進行存取。當呼叫完畢時，網絡服務就會馬上回傳一個用戶可以直接讀取的響應（一般為XML格式文件）。呼叫某特定的網絡服務，可能是測試系統(tǒng)的狀態(tài)，當天最新的測試結果，或者客戶端想監(jiān)視的任何資料。只要針對指定的URL發(fā)出HTTP請求、解析相關的響應，最后顯示給用戶即可。

使用行業(yè)標準網站服務簡化了與不同類型客戶應用的溝通交流。

測試組織如果能夠通過網絡服務完成移動客戶端與服務器之間的通訊，將可以獲得多項優(yōu)勢。第一，網絡服務簡單易用，可能通過任何編程語言完成編寫。第二，由于網絡服務是以最普遍的通訊協(xié)議（如HTTP）為架構，因此通訊操作極為簡單友善，并且可以通過SSL的工業(yè)標準技術進行加密�；谶@些理由，主要的網絡公司如Google、Yahoo!、Microsoft、Amazon等都通過網絡服務來為遠程用戶提供搜索、地圖、云計算等功能。

3、本地 vs 基于網絡架構的移動應用程序

一旦客戶端獲取到數據，移動設備上的應用程序就可以獲取并顯示數據。開發(fā)移動應用程序首先要決定：該應用程序是基于操作系統(tǒng)的本地程序還是基于瀏覽器運行的程序？這個決定將影響應用程序的各個方面，包括了從開發(fā)所需的專業(yè)程度到其所具備的功能。

平板電腦和智能手機上的本地應用程序是專門為如iPad等特定的設備所開發(fā)的。根據裝置的操作系統(tǒng)的不同，應用程序將通過內置的API而獲取設備上的功能和數據。如果想讓應用程序正常工作，就必須符合供應商的規(guī)范（技術與編程規(guī)范）。本地應用程序往往較為豐富、互動性較高、更能緊密地整合在設備中。但如果要開發(fā)本地應用程序，工程師必須熟悉特定的移動開發(fā)平臺與對應的開發(fā)工具，大部分的應用程序都無法用于其它的平臺，并且需要通過供應商的商店發(fā)布程序（如Apple的App Store）。

另外值得注意的是，移動裝置在過去的5年中快速地發(fā)生著改變。根據PC Magazine的報告，五年前，RIM和Nokia占領了絕大部分的手機市場，但目前卻由Google的Android拿下了43%的智能手機市場，Apple則以28%名列第二。此外，在iPad的引領下，各大廠商已經席卷了在5年前還默默無聞的平板電腦市場。而相應的競爭廠商只能在后面苦苦追趕。在變化如此激烈的市場環(huán)境下，我們根本無法評估對特定平臺的應用程序應該做多少的投資，才能產生相應的收益。

從另一方面講，所有的平板電腦與智能手機都內置移動式的網絡瀏覽器。以HTML和JavaScript技術編寫的網絡架構的應用程序，大部分都可以適用于所有的平板電腦和智能手機，而且無需通過供應商的商店即可發(fā)布。與本地應用程序相比較，網絡應用程序雖然看起來有很多優(yōu)點，但還是有它的不足。在移動裝置的瀏覽器中運行的應用程序，一般都有其限定的框架，或者無法以內建API獲取相應功能，不能支持多點觸摸，所以往往不是非常直觀，用戶體驗比較差。

4、完整的移動設備解決方案

移動設備的巨幅成長，為工程師、管理者、技術人員提供了編譯上的優(yōu)勢。讓自動化測試行業(yè)可以遠程獲取測試數據與結果。目前的解決方案，雖然可以通過移動設備達到遠程監(jiān)控或報表生成，但測試機構仍需要新的專業(yè)技術，才能整合網絡連線、網絡服務，移動應用程序等。

五、便攜的測量算法

在過去的20多年中，用戶可編程、基于微處理器的測量算法已經成為了一種主流的概念，使得測試系統(tǒng)可以迅速接受不斷變化的客戶定制的測試需求。這也就是所謂的虛擬儀器。現(xiàn)在，供應商們正繼續(xù)深入挖掘它的優(yōu)勢：提高其客戶定制化程度，更廣泛地使用現(xiàn)有的商業(yè)技術，降低測試系統(tǒng)成本等。

如果說微處理器帶來了虛擬儀器的革命，那么FPGA就將虛擬儀器帶入了下一個階段。FPGA在儀器中的應用已經有幾年的時間。舉例來說，目前高帶寬示波器雖然可以采集大量的數據，但使用者并沒有辦法迅速地分析所有的數據。所以這些裝置上的硬件算法一般都是基于FPGA設計，以完成數據的分析與縮減（取平均、采集觸發(fā)、波型運算等）、統(tǒng)計計算（平均值、標準差、最大值、最小值）、處理數據以便于顯示。最后為使用者顯示有意義的結果。這些功能雖然有其價值，但是還無法突顯FPGA的潛能。在大部分條件下，使用者并沒有辦法自定制算法并部署到FPGA中。

1、開放FPGA以便于完成測試操作

將測量硬件上的FPGA開放，可以為單獨依靠處理器的系統(tǒng)提供多項優(yōu)勢。利用FPGA的強大的運算能力，可達到更高的測試傳輸率與更廣的測試范圍，進而縮短測試時間并降低生產成本。微處理器無法達到的測試操作，也可以通過 FPGA的低延時特點來實現(xiàn)，并且FPGA所擁有的并行運算機制可以達到真正的多點測試，甚至可以超越多核處理器的能力。在實時測試的硬件序列與待測設備（DUT）控制程序中，F(xiàn)PGA可以扮演關鍵的角色。

由Frost & Sullivan行業(yè)研究公司所發(fā)表的2011年模塊化儀器控制市場的研究表明：由于Altera與Xilinx等公司對FPGA功能的提高，將對測試與測量行業(yè)的應用造成深遠的影響。對需要高精確度與快速處理功能的用戶尤其重要。而這種開放FPGA的測試系統(tǒng)的趨勢，NI也早在2010年的NI自動化測試展望中提出。目前PXI供應商們已經在市場上推出了越來越多的開放FPGA的產品。

雖然市面上已經有許多的硬件可供選擇，但大多數的測量算法都是針對虛擬儀器的微處理器部分所開發(fā)的。基于數據形式，程序設計模型，特定硬件屬性（如時序限制）等不同，并不能簡單地移植到FPGA中繼續(xù)使用。要開發(fā)專業(yè)且穩(wěn)定的FPGA測量IP，又需要具備專業(yè)知識并使用大量的時間。正因為如此，目前儀器控制硬件中的大多數FPGA僅使用了供應商定義的固定的算法，并不能由用戶來自行進行程序設計。

在2011年自動化測試趨勢展望中，NI就討論了異質算法（Heterogeneous computing）——將算法分配至多種運算架構（CPU、GPU、FPGA、云端）中去，以找出最佳的算法實現(xiàn)。作為一個功能強大的概念，異質運算代表了對各種系統(tǒng)進行程序設計的特殊問題，測量算法在各種系統(tǒng)之間難于移植。更為復雜的是，NI最近針對測試工程領導廠商的全球性調查表明，約有54%的受訪者認為未來技術發(fā)展，將可以提升測試吞吐量并降低系統(tǒng)成本，并且同時降低開發(fā)時間。為了克服這樣的困難，行業(yè)內正在積極開發(fā)行進的工具，以跨躍硬件系統(tǒng)開發(fā)出便攜的算法，并讓FPGA在測試系統(tǒng)的開發(fā)工程師中得到普及。

2、HDL抽象

第一類這樣的工具，可以提供硬件描述語言（HDL）的抽象。HDL是以文本的形式描述邏輯門與信號層的行為；而HDL抽象則是利用圖形或原理圖的表現(xiàn)方式的更高級的描述形式。這樣的工具包括Xilinx System Generator for DSP、Mentor Graphics Visual Elite HDL、NI LabVIEW FPGA Module。與HDL相比較，雖然這樣的工具確實降低了FPGA技術的門檻，但仍然無法完全省略某些FPGA設計的特定硬件屬性，如資源分配、DSP分割架構、流水線、片上存儲等。在這此情況下，仍然需要重要設計 /檢驗算法才能連接FPGA；當然，這也是未來開發(fā)工具的發(fā)展方向。

開發(fā)軟件必須能夠跨越操作系統(tǒng)，達到更高的硬件抽象與靈活度，以實現(xiàn)更高的性能、更高的成本效益并更快上市。

3、高級綜合

高級的綜合工具（High-level synthesis，HLS）可以在較高的層次上獲取算法，然后獨立地為特定應用屬性分配參數，如時鐘、吞吐量、資源利用等。由于特定的應用并不屬于算法的定義部分，所以這種作法降低了算法的便攜性。此外，開發(fā)工程師在設計的時候，并不需要顧慮特定的硬件結構，如流水線、資源仲裁等。HLS的概念已經存在了超過20年，但市面上的工具是直到最近才漸趨成熟。一些供應商包括了Synopsys Synphony、Xilinx AutoESL、Cadence C-to-Silicon、Mentor Graphics Catapult C。這些工具提供了相應的優(yōu)勢，但它們僅針對FPGA或專用集成電路（ASIC），并沒有包括GPU和微處理器等其它運算平臺。為了突破這些HLS工具的限制，NI最近提供了測試版軟件，可以整合現(xiàn)有的LabVIEW數據流編程與HLS的優(yōu)點，以應對FPGA設計的挑戰(zhàn)。如此一來，設計FPGA就可以整合大量LabVIEW的測量控制算法，而不會受制于微處理器的運行情況，也不需要為FPGA布署而重新設計大量的算法。這個軟件仍在測試當中，所以目前還無法普及，但其初步的成果已經指日可待。

4、運算模型

創(chuàng)新開發(fā)工具的最后一步，就是實現(xiàn)跨硬件的系統(tǒng)的便攜性，整合運算 /設計的多種模型。這些運算模型將包括LabVIEW數據流編程、用于RF和通訊應用中的多重速率信號處理的DSP設計圖、文本式的數學方程、用于數字邏輯與協(xié)議的狀態(tài)機。舉例來說，Xilinx Zynq等未來的可擴展處理平臺的片上系統(tǒng)（SoC），整合了ARM微處理器與FPGA雙核心。該芯片具備極高的異質運算能力，但是由于微處理器與FPGA分別需要不同的開發(fā)言語 /模型，所以程序設計的難度相當大。在理想的狀態(tài)下，工程師應該使用多樣的運算模型以支持不同的系統(tǒng)，并以更有效的方式提取算法，最后部署為最優(yōu)執(zhí)行終端。根據任務需求的不同，這里的最優(yōu)可能代表最高性能、最高性價比或者是最短的上市時間�？梢耘浜戏翘囟ㄓ布倪\算模型，而且能滿足目前測試系統(tǒng)的開發(fā)需要的開發(fā)工具，當前仍處于開發(fā)階段。

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