Testování a diagnostika elektronických systémů

1. Testování a diagnostika elektronických systémů Ing. Michal Kubík Ph.D.

2. Obsah prezentace 12. 6. 2012 • 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

3. Diagnostika a testování 12. 6. 2012 • Diagnostika • Detekuje a lokalizuje poruchy v testovaném systému (DUT, UUT, testované ECU, …) • Informace o technickém stavu DUT – poruchový / bezporuchový • Test • Nástroj diagnostiky pro detekci / lokalizaci poruchy • Pokrytí testu – triviální/optimální/subminimální test se 100% pokrytím • Dedukce • Metoda diagnostiky – zjišťování příčinných souvislostí • Testování – součást vývojového procesu • Vývojář a tester – různé osoby • Metody generování testů – svázané s vývojovým (testovacím) procesem, typem zařízení (analogové, číslicové kombinační/sekvenční systémy) a druhem generovaných testů

4. Modely vývojového procesu 12. 6. 2012 • Vodopádový • V-model • Spirálový • Agilní, TDD (SW)

5. Klasifikace testování 12. 6. 2012 • Verifikace (EngineeringVerification) • Vytváříme produkt správně? • Ověření návrhu a splnění požadavků – integrita signálů, napájení součástek, napájecí a reset sekvence, testy shody se specifikací (Compliance tests, Eyediagrams), … • Vývojové testy – XiL testy (MiL, HiL, SiL, PiL), integrační testy • Systémové testy – funkční, výkonu, parametrické, … • Výrobní testy – testování na konci výrobní linky (EOL), testy pro statistické řízení procesů • Validace (User Validation) • Vytváříme správný produkt? • Ověření požadavků na funkcionalitu a provozní podmínky – parametrické (Margin test), funkční, zátěžové (dlouhodobé, cyklické), urychlené stárnutí (určení MTBF), …

6. Proces testování 12. 6. 2012 • Strategie – Plánování – Specifikace – Realizace - Vyhodnocení

7. Metody generování testů 12. 6. 2012 • Návrh systému (HW i SW) a následně testu s ohledem na řiditelnost (injekce poruchy) a pozorovatelnost (její propagace na pozorovatelný výstup • Kombinační číslicové obvody – poruchy t1 a t0 – Booleovská diference, D-algoritmus • Sekvenční číslicové obvody – zásah do stavového registru (Boundaryscan, JTAG – testování na čipu) – strukturní testy • Analogové obvody – analog. hodnota v pass/fail intervalu – statistické vyhodnocení • Sběrnice – compliance testy, rest-bus simulace, generování posloupnosti testovacích dat pomocí LFSR • Software – unit/modulové testování, funkční testování – Třídy ekvivalence, strukturní testy, analýza hraničních hodnot, MCDC

8. Systém s vlastní diagnostikou 12. 6. 2012 • Rozšíření návrhu o HW i SW prostředky • HW: detekce vnějších poruch vstupů/výstupů typu zkrat/rozpojení, CRC kontrola obsahu FPGA) • 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, …)

9. Vývojový proces a HiL testování 12. 6. 2012 • 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

10. ECU a její rozhraní 6. 2. 2012 • Rozhraní řídicí jednotky • Regulační – tvoří regulační smyčku s řízeným objektem • Komunikační – napojení na sběrnici pro výměnu dat • 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

11. HW prostředky pro testování (nejen HiL) 12. 6. 2012 • Modulární hardware dSPACE • Platforma PowerPC nebo AMD Opteron, podpora výpočtů v úhlových jednotkách – APU signálový procesor • Vstupy/výstupy přizpůsobené automobilovým úrovním • Programování Matlab/Simulink nebo C/C++ • Modulární platforma PXI National Instruments • Platforma Intel x86 • Vstupy/výstupy převážně do 5V úrovní • Programování v Labview, podpora modelů Simulink • PROVEtech:mHiL firmy MBtechGroup • Proprietární platforma s FPGA, omezené možnosti HiL, primárně určeno pro simulace CAN komunikace (Rest-Bus Simulation) • Vstupy/výstupy pro automobilové úrovně • Testovací systém LABCAR firmy ETAS

12. SW prostředky pro testování (nejen HiL) 12. 6. 2012 • Matlab/Simulink/Stateflow společnosti Mathworks • Prostředí pro modelování spojitých i diskrétních systémů a stavových automatů • Popis systému programovacím jazykem nebo graficky, podpora pro jazyk Modelica • SW společnosti National Instruments • Labview – grafický programovací jazyk, podpora programování pro RT • TestStand – prostředí pro správu a automatizaci testování, testovací sekvence v Labview, .Net jazycích, funkce v.dll knihovně, … • PROVEtech:RE a PROVEtech:TAspolečnosti MBtechGroup • RE – běhové prostředí pro provoz modelu v reálném čase • TA – prostředí pro správu a automatizaci testování (Basic skripty) • EXAM společnosti Micronova (Volkswagen Group) • Grafické objektově orientované prostředí pro správu a automatizaci testování (Perl skripty)

13. Funkční bezpečnost systémů 12. 6. 2012 • ČSN EN 61508 Funkční bezpečnost elektrických / elektronických / programovatelných elektronických systémů souvisejících s bezpečností • Část 1: Všeobecné požadavky • Část 2: Požadavky na elektrické/elektronické/programovatelné elektronické systémy související s bezpečností • Část 3: Požadavky na software • Část 4: Definice a zkratky • Část 5: Příklady metod určování úrovní integrity bezpečnosti • Část 6: Metodické pokyny pro použití IEC 61508-2 a IEC 61508-3 • Část 7: Přehled technik a opatření

14. SIL úrovně 12. 6. 2012 • ČSN EN 61508 stanovuje pro hodnocení bezpečnosti systému 4 úrovně SIL (Safety Integrity Level) na základě třech kritérií • Spolehlivost systému • Bezpečné selhání – SFF (SafeFailureFraction) porovnává pravděpodobnost bezpečného a nebezpečného selhání. SFF určeno grafem pro příslušnou úroveň SIL. • 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.

15. Funkční bezpečnost systémů – odvozené normy 12. 6. 2012 • ISO 26262 Silniční vozidla – Funkční bezpečnost • Adaptace IEC 61508 pro automobilové elektronické systémy • Definuje úrovně bezpečnosti ASIL (Automotivesafety 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

16. Redundantní systémy 12. 6. 2012 • Texas Instruments ARM FPU MCU Hercules TMS570LS • Navržen pro splnění požadavků IEC 61508 SIL-3 a ISO 26262 ASIL-D • 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 • Výstupy obou jader jsou průběžněporovnávány pro detekci selhání • Integrován řadič vlastního testovánízajišťující LBIST na úrovni tranzistorů

17. Přehled řídicích jednotek vozů Škoda SK35 12. 6. 2012

18. Reference: ŠKODA AUTO a.s. 12. 6. 2012 • HiL testování elektronických systémů automobilu • Modely okolí pro řídicí jednotky komfortních systémů (klimatizace, centrální zamykání, stahování oken, apod.) • Ovládací a vizualizační panely pro aplikaci ControlDesk

19. Reference: MBtech Bohemia s.r.o. 12. 6. 2012 • HiL testování elektronických systémů automobilu • Testovací skripty pro automatizované testování detekcea ukládání chybových kódů řídicí jednotkou ARS166 • Soubor rozšiřujících funkcí univerzální testovací knihovny UxT

20. Reference: KONTRON ECT design, s.r.o. 12. 6. 2012 • Automatizace testovacího procesu verifikace a validace • Probíhající projekt v rámci RICE • Analýza testovacího procesu • Návrh testovacího systému • Implementace automatizovaného testovacího procesu na platformě National Instruments (PXI, TestStand)

21. mickub@kae.zcu.cz +420 37 763 4260 +420 37 763 4202 http://www.fel.zcu.cz Testování a diagnostika elektronických systémů Ing. Michal Kubík Ph.D.