A legújabb biztonsági előírások bevezetésével, mint az Európai Unióban hamarosan induló Emergency Call (eCall)-rendszer, és az ezzel egy időben rohamosan terjedő, a járművek internetre kötését lehetővé tévő berendezések – Network Access Device (NAD) – telepítésével folyamatosan nő az igény a hatékony RF-tesztelésre.
A HARMAN székesfehérvári gyárában elindult az eCall modulok sorozatgyártása, aminek a végellenőrzéséhez a NOFFZ biztosítja a tesztereket. Az elsőre egyszerűnek tűnő követelmény szerint teszterenként négy befogó használata és a lehető leggyorsabb tesztidő elérése volt a cél, amíg a tesztfeladatok három nagy csoportja – szoftver flash, funkcionálisvalamint rádiófrekvenciás tesztelés – is szerepelt a specifikációk között. Ami a tesztelendő termék komplexitását illeti, a következő alrendszereket egyesíti: 4G mobilkommunikáció, szatellit navigáció, vezeték nélküli kapcsolatok (WLAN, Bluetooth), audiorendszer, eCall vezérlő, valamint egyéb általános és autóipari rendszereszközök. Kis fantáziával nevezhetnénk akár autóipari okostelefonnak is a terméket; minőségbiztosítási szempontból a lehető legszigorúbban értve az autóipari jelzőt.
Ezen a ponton érdemes megemlíteni az eCall-rendszer néhány részletét. A rendszer működési elve az, hogy baleset esetén – amit beépített szenzorok, kiváltképp a légzsák érzékelője jeleznek – automatikusan hívást kezdeményez a közös európai segélyhívó számon, a 112-n. Ezzel együtt a rendszer mobilhálózaton adatokat is továbbít a központ felé, így a diszpécser látja a baleseti hely GPS-koordinátáit, és azonnal tudja értesíteni a legközelebbi sürgősségi ellátóintézményt, akár sikerül beszédkapcsolatot létesíteni a balesetet szenvedő járművel, akár nem. Kutatások szerint a segítségnyújtás ezen formájával több ezer élet menthető meg évente. Egy ilyen rendszer minden elemének működnie kell extrém körülmények között is, tehát a berendezés alapos tesztelése kiemelt fontosságú feladat.
Több-befogós (Multi-DUT) tesztelés Noffz-platformon
A Németalföld kapujában, egy Düsseldorfhoz közeli kisvárosban, idilli gyümölcsösökkel körülvéve, mégis iparban gazdag vidéken, több mint 25 éve alakult a NOFFZ Technologies, egy tesztrendszerek integrálásával foglalkozó családi vállalkozás, amely alapértékei közt tartja számon a klasszikus német precizitást és a legújabb technológiák bevezetését a tesztelés világába. Mára Németország mellett a kínai és a magyarországi irodában készülő hardver- és szoftvermodulok is mind a multi-DUT-tesztelést szolgálják egy általános célú, moduláris rendszeren, a NOFFZ Universal Tester Platformon (NOFFZ UTP).
A négy befogóval rendelkező adapterben a tesztdarabok csatlakozása a műszerekhez különböző interfészeken valósul meg:
- Alulról tűágyon keresztül 70-80 db tű termékeként.
- Pneumatikusan vezérelt csatlakozósoron Fakra, Rosenberger HSD és egyedi rendszerkonnektorokkal.
- Antennán keresztül egy erre a célra tervezett, részlegesen árnyékoló kamrában.
Az egyik legnagyobb kihívás a terméken lévő különböző alrendszerekkel történő kommunikációs csatornák stabil kialakítása volt. Számos COM, Virtual COM és USB porton keresztül érhetők el bizonyos alrendszerek, ilyenkor nagy a kitettség különböző gyártók drivermegoldásainak és az operációs rendszerek különbségeinek.
A Multi-DUT problémák orvoslására a HARMAN mérnökeivel közösen azt a stratégiát dolgoztuk ki, hogy termékenként egy Linux-alapú micro PC-t illesztettünk, ezáltal elkerülhetővé vált, hogy a driverszoftverek egy számítógépen több azonos típusú terméket kezeljenek, míg a 4 különböző micro PC TCP/IP-hálózaton könnyen vezérelhető. A rendszer egyetlen hátránya, hogy a célrendszerek csak kommunikációs technológiák kombinációival érhetők el. Például egy csip, ami a terméken lévő beágyazott vezérlőhöz csatlakozik, úgy érhető el a Linux-os micro PC-n át a teszter PC-ről, hogy Telneten keresztül futtatunk ADB shellt. Ez a bonyolításnak tűnő lépés megfelelő szoftveres absztrakcióval stabil, több szálon futtatva is biztonságos kommunikációt biztosít minden alrendszerhez.
Műszerezés terén a NOFFZ a moduláris PXI és PCI platformokat részesíti előnyben, és mint a National Instruments (NI) platinumszintű partnere, NI-kártyákat használunk az általános feszültség- és árammérésekhez, audiojelek analíziséhez, DIO-vonalak vezérlésére és kommunikációs interfészekhez.
A tesztidő csökkentését az erőforrások növelése helyett ma a párhuzamos folyamatok optimalizálásában látjuk, kiváltképp a rádiófrekvenciás műszerek terén. A rendszer magját képző 16 csatornás, multi-standard RF műszer, az NI Wireless Test System (NI WTS) több szempontból is jó választásnak bizonyult. Egyrészről az NI WTS-ben található FPGA-alapú, nagy teljesítményű mérőkártya, az NI Vector Signal Trasceiver (NI VST) egy korábbi közös HARMAN projektben már bizonyította, hogy a moduláris PXI-platform nemcsak hely- és költséghatékonyságban, de teljesítményben is felül tudja múlni a dobozos műszereket, másrészről olyan forradalmi szoftvermegoldásokat tartalmaz, amivel az FPGA által egy adó-vevőt több klienshez tud kapcsolni, magas szintű menedzsmentprogramozás nélkül. Az erőforrások hatékony megosztását továbbá olyan szoftveres technológiák segítik, mint az NI LabVIEW grafikus fejlesztői rendszer, ezen belül is az objektumorientált környezet, valamint az NI TestStand tesztautomatizálási és -menedzsment platform.
Intelligens szoftverek szerepe az absztrakcióban
Multi-DUT környezetben gyakran párhuzamosan, nemritkán aszinkron több szálon futó folyamatokat kell kezelnünk, aminek a menedzselése komoly odafigyelést és rengeteg fejlesztési időt igényel. A tesztfejlesztőknek nem idegen, olyan magas szintű eszközök használata, mint „wait”, „batch synchronize”, „rendezvous”, „semaphore” és hasonló szoftveres technológiák egy idő után olvashatatlanná teszik a kódot, és megnehezítik a hibakeresést, illetve -kezelést. Ezeknek a szinkronizálótechnikáknak a legnagyobb része erőforrás-konfliktusokat hívatott megelőzni, pl. amikor egy GSM-jelek generálására és mérésére alkalmas berendezést négy termék próbál konkurens módon használni, akkor ezt a szekvenciában, magas szinten próbáljuk elkerülni. Ugyanakkor, ha a szinkronizálás a műszer beágyazott szoftverében valósul meg, akkor a magas szintű szoftver a bonyolult szálkezelési lépésektől tehermentesítésre kerül, ezáltal nemcsak a fejlesztési idő csökken, hanem a közös erőforrás kihasználtsága is hatékonyabb.
A gyakorlatban ez annyit jelent, hogy egy kliens-szerver architektúra jön létre a műszer és a tesztelendő termékek (DUT) között. Tulajdonképpen a termék az automatizált tesztszekvencia egy tetszőleges pontján igényel egy mérési szolgáltatást, amelyet a műszer (szerver) vagy rögtön kiszolgál, vagy várakozásra kényszeríti a terméket (kliens). A kliensnek ilyen módon nincs tudomása arról, hogy más kliensek is vannak-e a rendszerben, a szervert dedikált erőforrásnak érzékeli, és csak annyit tud, hogy a kért igény kiszolgálás alatt van. A kliens egyszerre akár több igényt is benyújthat, és természetesen egyszerre több kliens nyújthat be igényeket, úgyhogy minden kliens azt hiszi, egyedül van. Az igények menedzselése alacsony szinten megy végbe az erőforrás közvetlen szoftveres környezetében. Például: mérés-adatgyűjtés során egy kapcsolón keresztül jelet vezetünk a bemeneti fokozatra az egyik klienstől, amikor az utolsó mintát is rögzítettük, gyakorlatilag szabad a bemeneti fokozat. Az FPGA-n történő fejlesztés miatt ez azt jelenti, hogy a következő órajelre a kapcsolót már egy másik klienshez irányíthatjuk, ahol elkezdődhet a mintavételezés, tehát a műszer foglaltsága gyakorlatilag folyamatos. Köszönhetően a többmagos processzor-architektúráknak, a minták feldolgozása már párhuzamosan megy végbe, így a kliensek által benyújtott igények a lehető leghamarabb kiszolgálásra kerülhetnek.
A HARMAN terméke 4 fizikai interfészen létesít RF-kapcsolatot: celluláris főantenna, celluláris segédantenna, WLAN és Bluetooth közös antenna, illetve GNSS-antenna. A teszter egyszerre 4 terméket kezel, ami összesen 16 csatornán jelentkező mérési igényt jelent a műszeroldalon. Az automatizált szekvencia úgy került kialakításra, hogy ezek az igények teljesen párhuzamosan jussanak el a műszerhez. Végeredményben egy terméken belül párhuzamosan megy a tesztelés, úgy, hogy WLAN és Bluetooth mérésekkel egy időben futtatjuk a GSM, WCDMA, CDMA2K és LTE standardokat, miközben egy GPS-ellenőrzésre is jut idő. A lényeg pedig, hogy mindezt 4 terméken egyszerre tudjuk megtenni egyetlen műszerrel úgy, hogy a magas szintű szekvenciát elég volt egy termékhez kifejleszteni és egyszerűen több példányban futtatni.
Az elvégzett mérések közül néhány:
- Cellular non-signaling tesztek:
- GSM Power Versus Time, Phase and Frequency Error, Output RF Spectrum
- WCDMA Tx Power, EVM, Spectral Emissions, Adjacent Channel Power, BER
- LTE Spectral Flatness, In-band Emissions, Block Error Rate
- WLAN
- 2 GHz Band: 802.11B/A/G/N, Tx Power, EVM, Packet Error Rate @ 20 MHz
- 5 GHz Band: 802.11A/G/N Tx Power, EVM, Packet Error Rate @ 40 MHz
- Bluetooth
- BDR/EDR: Initial Carrier Frequency Tolerance, Differential EVM, BER
- GPS
- Carrier to Noise Ratio, Frequency Offset
Idézet a vásárlótól:
Markus Krauss, Project Manager Advanced Manufacturing Engineering Europe:
„Egyetlen műszerrel képesek voltunk több, vezeték nélküli technológiát letesztelni a Bluetooth-tól, a WiFi-n és GPS-en át a celluláris protokollokig. Az NI WTS és a NOFFZ mérnökeinek RF-tesztelési szakértelme segítségével egyaránt lényegesen csökkentettük a fejlesztési és a tesztidőt.”
A tesztrendszer kivitelezéséhez számos cég mérnökeinek több országot átölelő kooperációja kellett, ami sokszor éjszakába forduló fejlesztés formájában jelentkezett. Amennyiben a számtalan ötlet, igénybe vett szakértelem és felsorakoztatott tapasztalat egy kicsit is hozzá tud tenni egy valóban életeket mentő nemzetközi kezdeményezés sikeréhez, akkor természetesen minden fáradságot megért!
