Katedra aplikované elektroniky a telekomunikacíFakulta elektrotechnickáZápadočeské univerzity v Plzni
© 2012 ZČU FEL KAEwww.fel.zcu.cz
Testování a diagnostika elektronických systémů
Ing. Michal Kubík Ph.D.
© 2012 ZČU FEL KAE
Diagnostika a testování, modely vývojového procesu Klasifikace a proces testování Metody generování testů, systémy s vlastní diagnostikou, HiL
testování HW a SW prostředky pro testování Bezpečné systémy a SIL úrovně Redundantní systémy Automobilové elektronické systémy Reference
Obsah prezentace
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
Diagnostikao Detekuje a lokalizuje poruchy v testovaném systému (DUT, UUT,
testované ECU, …)o Informace o technickém stavu DUT – poruchový / bezporuchový
Testo Nástroj diagnostiky pro detekci / lokalizaci poruchyo Pokrytí testu – triviální/optimální/subminimální test se 100% pokrytím
Dedukceo Metoda diagnostiky – zjišťování příčinných souvislostí
Testování – součást vývojového procesuo Vývojář a tester – různé osobyo Metody generování testů – svázané s vývojovým (testovacím)
procesem, typem zařízení (analogové, číslicové kombinační/sekvenční systémy) a druhem generovaných testů
Diagnostika a testování
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
Vodopádový V-model Spirálový Agilní, TDD (SW)
Modely vývojového procesu
12. 6. 2012
Nasazení algoritmův reálné ECU
KC KP
Požadavky
Návrh
Implementace HiL testování
Integrační testování
Výrobní testování
KC KP KC KP
Model regulátoru
Model objektu
Model v uni. HW
Řízený objekt
Model v HiL platforměECU
Řízený objekt
KC KP
ECU
MiL testování
Rychlý vývoj HiL testování
Testování na plaubě
Požadavky
Návrh
Implementace
Verifikace
Integrace
Validace
© 2012 ZČU FEL KAE
Verifikace (Engineering Verification)o Vytváříme produkt správně?o Ověření návrhu a splnění požadavků – integrita signálů, napájení
součástek, napájecí a reset sekvence, testy shody se specifikací (Compliance tests, Eye diagrams), …
o Vývojové testy – XiL testy (MiL, HiL, SiL, PiL), integrační testyo Systémové testy – funkční, výkonu, parametrické, …o Výrobní testy – testování na konci výrobní linky (EOL), testy pro
statistické řízení procesů
Validace (User Validation)o Vytváříme správný produkt?o Ověření požadavků na funkcionalitu a provozní podmínky –
parametrické (Margin test), funkční, zátěžové (dlouhodobé, cyklické), urychlené stárnutí (určení MTBF), …
Klasifikace testování
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
Strategie – Plánování – Specifikace – Realizace - Vyhodnocení
Proces testování
12. 6. 2012
SpecifikaceStrategie RealizacePlánování Vyhodnocení
Pravidla testování
Návrh testovacího
systému
Hodnocení rizik
Hodnocení strategie
Požadavky
Definování milníků
Zajištění testovacího
systému
Komunikační struktura
Hodnocení plánování
Alokace testové
specifikace
Fyzická specifikace
testů
Logická specifikace
testů
Hodnocení specifikace
Správa chyb
Typ testu
Implemen-tace
Ověření implemen-
tace
Provedení testů
Kontrola výsledků
Aktualizace testovací matice
Statistika testů
Plánování testů a zdrojů
Automatizovaný
Man
uáln
í
FAIL
Výsledky
PASS
© 2012 ZČU FEL KAE
Návrh systému (HW i SW) a následně testu s ohledem na řiditelnost (injekce poruchy) a pozorovatelnost (její propagace na pozorovatelný výstupo Kombinační číslicové obvody – poruchy t1 a t0 – Booleovská diference,
D-algoritmuso Sekvenční číslicové obvody – zásah do stavového registru (Boundary
scan, JTAG – testování na čipu) – strukturní testyo Analogové obvody – analog. hodnota v pass/fail intervalu – statistické
vyhodnocenío Sběrnice – compliance testy, rest-bus simulace, generování
posloupnosti testovacích dat pomocí LFSRo Software – unit/modulové testování, funkční testování – Třídy
ekvivalence, strukturní testy, analýza hraničních hodnot, MCDC
Metody generování testů
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
Rozšíření návrhu o HW i SW prostředkyo HW: detekce vnějších poruch vstupů/výstupů typu zkrat/rozpojení,
CRC kontrola obsahu FPGA) o SW: CRC kontrola FW, nouzový režim řídicího algoritmu při HW chybě –
bezpečná funkce Diagnostický kanál pro propojení s diagnostickým systémem
(vyčtení chyb vlastní diagnostiky, řízené vyhledávání závad, upgrade FW, …)
Systém s vlastní diagnostikou
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
Proces vývoje řídicích jednotek (ECU) nejčastěji podle V-Modelu
Testování ECU (hardware) ve smyčce – HiL testování
Uzavření zpětnovazebních smyček pomocí modelu okolí v HiL platformě
Snaha co nejvíce automatizovat průběh a vyhodnocení testování s garantovanou opakovatelností
Vývojový proces a HiL testování
12. 6. 2012
Výstup
VýstupVstup
VstupECU
Řízení a vyhodnocení testůHiL testovací platforma
FIU – Jednotka pro vkládání poruch
Test. skripty Reporty
Nasazení algoritmův reálné ECU
KC KP
Požadavky
Návrh
Implementace HiL testování
Integrační testování
Výrobní testování
KC KP KC KP
Model regulátoru
Model objektu
Model v uni. HW
Řízený objekt
Model v HiL platforměECU
Řízený objekt
KC KP
ECU
MiL testování
Rychlý vývoj HiL testování
Testování na palubě
© 2012 ZČU FEL KAE
Rozhraní řídicí jednotkyo Regulační – tvoří regulační smyčku s řízeným objektemo Komunikační – napojení na sběrnici pro výměnu dato Interakční – ECU s ovládacím panelem (HMI)
Regulační smyčka – model okolí Komunikační smyčka – simulace komunikace ostatních ECU
(Rest-Bus Simulation) Interakční smyčka – mechanický stimulátor a kamera
ECU a její rozhraní
6. 2. 2012
Řízený objekt Operátor
Interakční rozhraní
Regulační rozhraní
Regulační smyčka
Interakční smyčka
Komunikační sběrnice
Komunikační rozhraní
Komunikační smyčka
ECU
© 2012 ZČU FEL KAE
Modulární hardware dSPACEo Platforma PowerPC nebo AMD Opteron, podpora výpočtů v úhlových
jednotkách – APU signálový procesoro Vstupy/výstupy přizpůsobené automobilovým úrovnímo Programování Matlab/Simulink nebo C/C++
Modulární platforma PXI National Instrumentso Platforma Intel x86 o Vstupy/výstupy převážně do 5V úrovnío Programování v Labview, podpora modelů Simulink
PROVEtech:mHiL firmy MBtech Groupo Proprietární platforma s FPGA, omezené možnosti HiL, primárně
určeno pro simulace CAN komunikace (Rest-Bus Simulation)o Vstupy/výstupy pro automobilové úrovně
Testovací systém LABCAR firmy ETAS
HW prostředky pro testování (nejen HiL)
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
Matlab/Simulink/Stateflow společnosti Mathworkso Prostředí pro modelování spojitých i diskrétních systémů a stavových
automatůo Popis systému programovacím jazykem nebo graficky, podpora pro
jazyk Modelica SW společnosti National Instruments
o Labview – grafický programovací jazyk, podpora programování pro RTo TestStand – prostředí pro správu a automatizaci testování, testovací
sekvence v Labview, .Net jazycích, funkce v.dll knihovně, … PROVEtech:RE a PROVEtech:TA společnosti MBtech Group
o RE – běhové prostředí pro provoz modelu v reálném časeo TA – prostředí pro správu a automatizaci testování (Basic skripty)
EXAM společnosti Micronova (Volkswagen Group)o Grafické objektově orientované prostředí pro správu a automatizaci
testování (Perl skripty)
SW prostředky pro testování (nejen HiL)
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
ČSN EN 61508 Funkční bezpečnost elektrických / elektronických / programovatelných elektronických systémů souvisejících s bezpečnostío Část 1: Všeobecné požadavkyo Část 2: Požadavky na elektrické/elektronické/programovatelné
elektronické systémy související s bezpečností o Část 3: Požadavky na softwareo Část 4: Definice a zkratkyo Část 5: Příklady metod určování úrovní integrity bezpečnostio Část 6: Metodické pokyny pro použití IEC 61508-2 a IEC 61508-3o Část 7: Přehled technik a opatření
Funkční bezpečnost systémů
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
ČSN EN 61508 stanovuje pro hodnocení bezpečnosti systému 4 úrovně SIL (Safety Integrity Level) na základě třech kritériío Spolehlivost systému
o Bezpečné selhání – SFF (Safe Failure Fraction) porovnává pravděpodobnost bezpečného a nebezpečného selhání. SFF určeno grafem pro příslušnou úroveň SIL.
o Management, systematické techniky, verifikace a validace – pro ujištění potlačení chyb během celého životního cyklu systému – od konceptu, přes analýzu rizik, specifikaci, návrh, instalaci, údržbu, až po likvidaci.
SIL úrovně
12. 6. 2012
SIL Systémy s ojedinělým provozem (<1x/rok)
Průměrná pravděpodobnost selhání při požadavku
Systémy s nepřetržitým nebo častým provozem (>1x/rok)Pravděpodobnost nebezpečného selhání za hodinu
1 ≥ 10-2 a < 10-1 ≥ 10-6 a < 10-5
2 ≥ 10-3 a < 10-2 ≥ 10-7 a < 10-6
3 ≥ 10-4 a < 10-3 ≥ 10-8 a < 10-7
4 ≥ 10-5 a < 10-4 ≥ 10-9 a < 10-8
© 2012 ZČU FEL KAE
ISO 26262 Silniční vozidla – Funkční bezpečnosto Adaptace IEC 61508 pro automobilové elektronické systémyo Definuje úrovně bezpečnosti ASIL (Automotive safety integrity level)
ČSN IEC 61513 Jaderné elektrárny - Systémy kontroly a řízení důležité pro bezpečnost - Všeobecné požadavky na systémy
ČSN EN 62061 Bezpečnost strojních zařízení - Funkční bezpečnost elektrických, elektronických a programovatelných elektronických řídicích systémů souvisejících s bezpečností
ČSN EN 50128 Drážní zařízení - Sdělovací a zabezpečovací systémy a systémy zpracování dat - Software pro drážní řídicí a ochranné systémy
Funkční bezpečnost systémů – odvozené normy
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
Texas Instruments ARM FPU MCU Hercules TMS570LSo Navržen pro splnění požadavků IEC 61508 SIL-3 a ISO 26262 ASIL-Do Dvě ARM Cortex-R4F jádra 130nm
Pro dosažení geometrické rozdílnosti jsou na čipu navzájem otočené a převrácené
Pro časovou rozdílnost jsou jádra taktovánanavzájem opožděně o 1,5 taktu
Každé jádro má vlastní rozvod napájení
o Výstupy obou jader jsou průběžněporovnávány pro detekci selhání
o Integrován řadič vlastního testovánízajišťující LBIST na úrovni tranzistorů
Redundantní systémy
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
Přehled řídicích jednotek vozů Škoda SK35
12. 6. 2012
Brána Motor
Převodovka
ABS/ESP
Airbag
Posilovač řízení
Centrální el. rozvod
Přístrojová deska
Segment komfortu
Parkovací asistent
Centrální zamykání, alarm
Aut. klimatizacevíce zónová
Rádio/navigace
Telefon
Multisegmentová datová síť řídicího systému vozu
Segment pohonu a bezpečnosti
ACCCorner/AFS
El. nastavitelné sedačky
El. ovládaná okna
RSE
Nezávislé topení
Segment multimédií
Diagnostická zásuvka
© 2012 ZČU FEL KAE
HiL testování elektronických systémů automobiluo Modely okolí pro řídicí jednotky komfortních systémů
(klimatizace, centrální zamykání, stahování oken, apod.)o Ovládací a vizualizační panely pro aplikaci ControlDesk
Reference: ŠKODA AUTO a.s.
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
HiL testování elektronických systémů automobiluo Testovací skripty pro automatizované testování detekce
a ukládání chybových kódů řídicí jednotkou ARS166o Soubor rozšiřujících funkcí univerzální testovací knihovny UxT
Reference: MBtech Bohemia s.r.o.
12. 6. 2012
© 2012 ZČU FEL KAE
Automatizace testovacího procesu verifikace a validaceo Probíhající projekt v rámci RICEo Analýza testovacího procesuo Návrh testovacího systémuo Implementace automatizovaného testovacího procesu na
platformě National Instruments (PXI, TestStand)
Reference: KONTRON ECT design, s.r.o.
12. 6. 2012
Katedra aplikované elektroniky a telekomunikacíFakulta elektrotechnická
Západočeské univerzity v Plzni
© 2012 ZČU FEL KAE
Děkuji Vám za pozornost
Adresa: Univerzitní 26CZ-306 14 Plzeň
Email: Tel:Fax: URL:
[email protected] +420 37 763 4260+420 37 763 4202http://www.fel.zcu.cz
Testování a diagnostika elektronických systémů
Ing. Michal Kubík Ph.D.
