硬件在环(HIL)测试系统架构

一、概览

仿真是一种功能强大的测试方法,可以提高测试的有效性。从安全性,可行性和合理的成本上考虑,对被测对象(如嵌入式控制器)进行所有必要的测试是不现实的。您可以使用仿真来模拟部分系统以面对这些挑战。在将整个系统进行实际测试之前,仿真使得您能够在虚拟环境下测试嵌入式控制器。有了仿真测试,即使您要测试的系统变得更加复杂,您也可以以一种具有成本效益的方式维持产品的可靠性和缩短上市时间。

一旦您为HIL测试系统选择了适当的体系结构,创建一个HIL测试系统的第一步是选择最能满足您新要求的实时处理。芒果树公司为执行HIL测试系统提供了广泛的产品选择。

基于可重配置I/O技术,芒果树科技推出了应用于硬件在环测试HIL的RobustRIO测控平台。平台采用实时操作系统(如Phalap RT或者Linux RT), 支持多样的模型文件导入,如Simulink模型文件。平台搭载公司自研E系列I/O模块,可以完成丰富的ECU 接口采集和激励。平台支持基于1588协议的机箱级联,为分布式ECU测试提供了技术基础。

RobustRIO基于”CPU+FPGA+AD/DA”开放的构架,所以能确保您总能将**的PC技术进展用在您的HIL测试系统中,从而始终满足未来测试系统的要求。

二、内容

HIL测试系统的组件

硬件故障插入

测试多ECU系统

附加处理能力-分布式处理

简化布线-分布式I/O

实现HIL测试系统

三、HIL测试系统的组件

HIL测试系统由三个主要部分组成:一个实时处理器、I/O接口和一个操作界面。实时处理器是HIL测试系统的核心。它提供大多数HIL测试系统的确定执行,例如硬件I/O通信、数据记录、激励生成和模型执行。要精确地仿真测试系统中物理上并不存在的部分,一个实时系统是非常必要的。I/O接口是与被测部件交互的模拟,数字和总线信号。您可以用它们来产生激励信号,获取用于记录和分析的数据,并提供被测的电子控制单元 (ECU)与模型仿真的虚拟环境之间的传感器/执行器交互。操作界面与实时处理器通信,提供测试命令和可视化。操作界面也提供配置管理、测试自动化、分析和报告任务等功能。

 

1. HIL测试系统由三个主要组件组成:操作界面、实时处理器和I/O接口。

四、硬件故障插入

许多HIL测试系统使用硬件故障插入在ECU和其余要测试的系统之间产生信号故障,来测试,描述和验证在这些情况下的器件性能。要做到这一点,您可以在I/O接口和ECU之间插入故障插入单元(FIUs),从而允许HIL测试系统在正常运行和诸如对地短路或开路之类的故障状态之间切换接口信号

2. 您可以使用硬件故障插入来测试信号故障期间ECU的性能

五、测试多ECU系统

一些嵌入式控制系统,例如汽车,飞机或者风力发电站,使用一起联网工作的多ECU协同运行。尽管每一个ECU最初被独立测试过,但是系统一体化HIL测试系统(如整车模拟器或铁鸟模拟器),还是经常被采用以提供更完整的虚拟测试

3.汽车、飞机和风力发电站使用多个ECU。

在测试多ECU控制系统(甚至一些单个ECU控制系统)时,经常会出现两种需要:附加的处理能力和简化连线。

六、额外的处理能力-分布式处理

即使采用**的多核处理能力,一些系统仍要求更多的,超过单个机箱的处理能力。为应对这种挑战,您可以使用分布式处理技术来满足这些系统的执行要求。在高通道数的系统中,其需求超出了简单的增加处理能力,额外的I/O也是必不可少的。相比之下,运行大型实时模型的系统经常使用额外的处理器机箱以提供额外的处理能力,从而允许单个处理器能以很高的效率应用于单个任务。根据仿真任务的分布情况,可能需要在机箱之间共享触发和定时信号,并提供确定的数据镜像来提高协同运作的能力。

4.当为得到附加处理能力采用多重机箱时,在它们之间提供时间和数据同步接口是很有必要的。

七、简化连线-分布式I/O

实现和维护高通道数系统的连线可能会面对昂贵和耗时的挑战。 这些系统可能需要在ECU和HIL测试系统之间连接数百到数千个信号,通常跨越多米以补偿空间需求。

幸运的是,“确定性分布I/O技术”能帮助您理顺这些复杂的连线并提供与ECU的模块化连接,同时允许高效系统配置的修改。无需将所有I/O接口连线连接回单个主机箱,您可以使用确定分布I/O来提供模块化的I/O接口,这些接口位于靠近各个ECU的位置,从而不会牺牲仿真模型的精确性和实时性。

这种方法极大的减少了HIL测试系统连线的成本和复杂程度,它使ECU和I/O接口之间的局部连接(跨度小于1米)成为可能,同时,使用一个单独的总线电缆来链接实时处理器。此外,由于这种方法的模块化特性,HIL测试系统能够轻松地逐步扩展。

图5.由于ECU和I/O接口采用局部连接,确定分布I/O接口极大的降低了HIL测试系统的连线成本和复杂性

八、实现HIL测试系统

一旦您为HIL测试系统选择了适当的体系结构,创建一个HIL测试系统的第一步是选择最能满足您新要求的实时处理。芒果树公司为执行HIL测试系统提供了广泛的产品选择。

基于可重配置I/O技术,芒果树科技推出了应用于硬件在环测试HIL的RobustRIO测控平台。平台采用实时操作系统(如Phalap RT或者Linux RT), 支持多样的模型文件导入,如Simulink模型文件。平台搭载公司自研E系列I/O模块,可以完成丰富的ECU 接口采集和激励。平台支持机箱菊花链级联,为分布式ECU测试提供了技术基础。

RobustRIO基于”CPU+FPGA+AD/DA”开放的构架,所以能确保您总能将**的PC技术进展用在您的HIL测试系统中,从而始终满足未来测试系统的要求。

 

芒果树RobustRIO测控平台是开放和可扩展的,这意味着它可以适应不断变化的系统需求。 由于其模块化架构,RobustRIO可以很容易地升级附加功能,这有助于验证您的测试系统,并满足最苛刻的嵌入式软件测试应用程序的要求。 除了研发和生产丰富的I/O模块之外,平台还支持第三方软件工具,帮助您完成HIL自动化测试,执行后处理和报告生成,并将测试结果映射到测试需求。 这些第三方工具帮助您在软件开发的早期进行更广泛的测试,从而降低整体开发成本,提高了产品质量。

九、用户案例:

南京航天航空大学:芒果树RIO系列产品用于航空发动机控制系统HIL测试中

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