硬件测试一
专业实验
EMC试验、环境试验、安规试验等归为可靠性试验是很不科学的，它们和可靠性试验应该是属于同一层次。
EMC试验包括辐射传导和辐射干扰，具体指标可参见标准。
环境试验和可靠性试验的区别是环境试验是保证系统的能够正常运行的一种试验；可靠性试验是保证系统“可靠地”运作的试验机制，是一种容限的试验。环境试验的内容是指系统能够在特定的环境下运行，比如烟雾试验、水淹等。
可靠性试验前应先完成环境试验，保证系统能够正常运行。可靠性试验包括HALT试验、POS试验、HASS试验等。
HALT试验和HASS试验的区别之一就是样品量。一般HALT试验样品较少，但应力加的也大，一般做过HALT试验的单板是已经被破坏了的；HASS试验样品较多，其应力是在系统被破坏的范围内。这个范围就是POS试验的内容了。
HALT试验一般包括温度循环试验、随即振动试验、恒定高温试验、电应力试验、低温试验、组合应力试验等。
其中HALT试验是比较重要的，很多公司都比较重视，这个试验也是发现可靠性问题的很有效途径。但并不能说做过HALT试验的系统就是可靠的。
测试性设计与验证
1 测试与测试性
1.1 测试
测试是一个非常广义的概念，笼统地说，凡是对产品进行的各种检查、测量、试验都可以称为测试。因此，在产品研制、生产、使用(含储存)、维修乃至退役过程都有测试。其目的也是多种多样的:调试与校准，验证与评价，检测与隔离故障(以上三种在研制、生产、使用、维修中都有)，产品验收，装备质量监控(使用阶段)。 就可靠性维修性(及测试性)范畴来说，重点是要通过测试掌握产品的状态并隔离故障。这种确定产品状态(可工作、不可工作或性能下降)并隔离其内部故障的活动就是产品的测试。
为了对产品实施测试，需要一个测试系统(它对于装备系统来说是一个分系统)。其必不可少的组成单元及关系如下图。
┌────┐ ┌─────┐ ┌───┐ ┌─────┐
│输入激励├←─┤程序设计器├─→┤比较器├─→┤输出显示器│
└─┬──┘ └──┬──┘ └─┬─┘ └─────┘
│ ↓ ↑
│ ┌─────┐ │
└────→┤ 被测装置 ├────┘
└─────┘
图5
根据测试分系统及其各组成单元的性能、相互关系，可从不同角度出发将测试分类：
系统测试与分部测试(按测试对象或被测装置(UUT)分)；
静态测试与动态测试(按输入激励分)；
联机测试与脱机测试(按测试时UUT与装备关系分)；
定量测试与定性测试(按测试输出分)；
自动测试与人工测试(按控制方式分)。
1.2 机内测试(BIT)
为了提高测试效率，在装备内部设计了硬、软件或利用部分功能部件来进行测试，这就是机内测试。即：任务系统或设备本身为故障检测、隔离或诊断提供的自动测试能力，称为机内测试(Built-in-Test)。完成BIT功能可识别的部分称为机内测试设备(BITE)。
BIT按运行时机和目的可分为:
任务前(飞行前、工作前)BIT；
任务中(飞行中，工作中)BIT；
维修BIT。
BIT按启动和执行方式可分为:
连续BIT；
周期BIT；
启动BIT。
1.3 测试性
测试性是随着测试问题的日益突出而提出的。各种武器系统和设备的发展，功能多样化，技术与结构的复杂化，导致了检测与隔离故障越来越困难。在电子系统中检测隔离故障的时间往往要占修复时间的大部分,在其他复杂武器系统与设备中也达到35%～60％.何况许多装备即使不修理、不工作，仍然要检测。因此，测试成为影响武器系统效能（战备完好、任务成功）及使用维修费用的重要因素。为了解决严重的测试问题，必须将有关测试的要求纳入研制、生产、使用的全过程并加以解决。从而提出了测试性问题。在80年代，测试性基本上是作为维修性一部分来研究解决的，1985年美国颁布了MIL—STD—2165《电子系统与设备测试性大纲》，对电子系统与设备单独提出测试性工作；进入90年代，测试性作为相对独立的特性，已扩展到其他装备。
1.3.1 定义
测试性定义为：产品（系统，分系统，设备或组件）能够及时而准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部故障的一种设计特性。显然，它包括对主装备（任务系统）自身的要求，又包含对测试设备的性能要求。
1.3.2 测试性要求
定性要求：
合理划分产品单元。即将系统划分为便于在各维修级别测试更换的单元(现(外)场可更换单元LRU，车间可更换单元SRU，等)。
合理设置测试点。
合理选择测试方式、方法。
兼容性。
定量要求：最重要的是“三率”
故障检测率FDR:产品在规定期间内，在规定的条件下用规定的方法能够正确检测出的故障数与所发生的故障总数之比。
故障隔离率FIR:在规定期间内，在规定的条件下用规定的方法，能将被检测出的故障正确隔离到少于或等于L个可更换单元的百分数。其中L是规定的可更换单元组的大小。L
＝1，隔离到单个RU，确定性隔离；L＞1不确定(模糊)隔离。
虚警率FAR:虚警是指被测装置或设备无故障而显示有故障的现象。虚警率是在规定期间内，测试装置、设备发生的虚警数显示的故障总数之比。
目前，三率达到的水平一般是：
系统、设备工作中及外场维修用BIT时，FDR＝98％;rFI＝90％～99％(L=1)；FAR＝1％～5％。
LRU在中继级维修时用BIT和ATE测试时,FIR＝70％～90％(L＝1);80％～90％(L＝2)，90％～100％(L＝3)。
除“三率”外，测试性指标还有故障检测时间、隔离时间等。
1.3.3 测试性工作
我国GJB2547《装备测试性大纲》规定的测试性工作包括：
测试性工作计划(工作项目101)；
测试性评审(工作项目102)；
测试性数据收集与分析计划(工作项目103)；
测试性要求(工作项目201)；
测试性初步分析与设计(工作项目202)；
测试性详细分析与设计(工作项目203)；
测试性验证(工作项目301)。
工作项目100系列，是管理性的测试性监督与控制，与可靠性、 维修性对应的工作相似，而且要结合进行，不再累述。201中要求的内容已如上述，其确定的过程、 原则等与维修性要求相似，同样要结合进行，并进行综合权衡。以下仅介绍设计、分析与验证中的几个问题。
2 测试方案的确定
测试方案是装备测试总的设想，它规定装备中那些项目要测试(检测、隔离故障)，何时(连续或定期)、何地(那个维修级别，现场、车间，联机或脱机)测试，以及主要技术要求与手段。实际上其主要内容就是确定被测项目，并对其测试及技术手段按前述加以区分(选择)，最终构成装备故障诊断测试子系统(FTS)。FTS是以下任意项的组合或全部：测试点； 传感器；指示、显示器；警告、告警装置； 计算机； 诊断程序；接口装置(及程序)；
外部测试设备(ETE)，包括专用、通用和自动化测试设备(ATE)；
有关测试(及维修)的规定、程序、方法和技术的文件、手册，等。
3 测试性分配与预计
测试性分配与预计同维修性分配与预计有许多相似之处，只是分配预计的是测试性指
标。分配、预计的具体指标是合同规定的指标，主要是“三率”──故障检测率、隔离率、虚警率。故障检测、隔离时间也可分配预计，但因为它是维修时间的一部分多数是作为维修性工作。
测试性分配、预计，即“三率”的分配、预计与维修性指标的分配、预计方法、模型也相似。譬如，测试性指标的分配，通常采用按故障率分配法、加权分配法等；测试性预计，则采用与维修性预计中的累加法类似的方法，由各可更换单元分析预计开始，逐层估计，最后预计系统的“三率”。预计中，同样要尽可能利用已有的类似产品的经验数据。
4 固有测试性设计
为了提高系统的测试性，要从装备硬件设计上考虑便于用BITE和外部测试设备检测和隔离故障。这种仅依赖于硬件设计而不依赖于测试激励和响应数的测试性就是固有测试性。
4.1 固有测试性设计的内容
装备硬件设计的测试性，主要是：①合理地划分产品的功能、结构与电路，即最好是每个功能划分为一个单元，并参考功能划分情况在结构上划为各更换单元，并尽量减少可更换单元之间的连线和信息交*；②可预置初始状态（初始化），以便开始故障隔离和重复测试；③可观测性，即备有数据通路、测试点等；④可控制性，提供专用测试转入信号、数据通路与电路，使BIT或ATE能控制内部功能部件和元器件工作；⑤元器、零部件选择，优先选用可测试性好和故障模式有充分了解的产品；⑥模块或组件接口应尽量选用现有连接器材等。
被测装置与ETE、ATE的兼容性：它们在电气上和结构上都能兼容，减少专用接口装
置；合理选择与设置测试点，能满足测试要求且连接迅速方便。
4.2 固有测试性设计程序
固有测试性设计主要在装备初步设计中进行，延续到详细设计过程，并参加关键设计评审。其主要程序包括：
制订具体产品的测试性设计准则；
贯彻测试性设计准则，将上述固有测试性设计两项内容综合到设计中；
建立固有测试性核对表；
进行固有测试性评价，并加入到设计评审中。
在《维修性设计与验证》中，对程序和方法做了详尽叙述。
5 测试点的选择与诊断程序的确定
测试点是测量系统或设备状态信息或特征量的位置。
5.1 测试点区分
按用途分：故障检测用，故障隔离用以及二者兼用的测试点。
按使用场合分：外场（现场）维修，车间维修使用的测试点。 前者检测隔离到LRU，
后者隔离到SRU及更低层次产品。
按使用的测试装置分：机内测试用，外部测试设备用测试点。
5.2 测试点选择配置的原则
各种测试点要统筹安排；
在满足故障检测隔离要求的前提下尽量减少测试点；
测试点布局要便于测试，尽可能集中或分区集中，并有良好可达性；
测试点中要有作为测量信号参照基准的公共点；
高电压大电流的测试点应与低电平信号隔开，符合安全要求。
5.3 测试点选配的一般过程
分析被测对象的性能和用途；
选择各级测试对象的测量参数；
确定测试点位置并进行优化。
测试点优化，是在选择的测试点基础上，可通过分析各单元故障对测试点的影响，建立故障信息表，逐步简化、合并，确定故障检测点，再确定故障隔离点。
5.4 故障诊断程序的确定
对系统进行测试时，总是先检测与判定有无故障，若有故障再隔离故障。为此，通常应先用权值大的测试点进行测量，对检测用测试点全部测一遍以判定有无故障。若有故障，则依照隔离用测试点选定顺序测量。根据测试点选定过程可以确定出诊断程序，并用诊断树表达，作为编制诊断软件或诊断维修手册的依据。
6 测试性验证
6.1 目的与时机
测试性验证通常与维修性验证结合进行，其目的也相似，即评价测试性设计是否达到规定要求，发现薄弱环节。重点考核“三率”(测试时间通常列在维修时间中检验)，还要同时考评测试有关的保障资源(软件，手册等)。
测试性验证应尽可能与性能、可靠性，特别是与维修性试验相结合，利用这些试验中提供的故障检测、隔离数据。当不能由这些试验获得足够的故障样本数时，也可进行专门的试验。
6.2 程序
确定验证要求；
确定验证方案；
技术准备，关键的是确定受试品、样本量并分配样本(模拟故障时)，模拟故障方法等；
实施试验，记录测试结果取得所需的数据(由BITE、ETE检测出的故障数，隔离出的故障数等)；
分析计算各参数值(三率)；
做出系统是否符合规定要求的判决；
编写试验报告。
GJB2072详细地规定了测试性试验验证的方法。
7 测试性设计与验证的若干关键问题
测试性设计与验证同整个系统的设计与验证协调；
各级维修、各类测试必须统筹安排；
FMEA/FMECA是测试性设计的基础；
测试性必须有一个“熟化”(maturation)过程。
常用测试方法和分类
1、黑盒测试和白盒测试
黑盒测试和白盒测试是测试方法的分类。
黑盒测试指把所测试的模块当成一个黑盒子，对这个黑盒子输入一个激励，关注黑盒子的输出，而不关注里面的实现方式。黑盒测试方法注重功能性和可靠性的实现，需要注意用例设计的覆盖性。
白盒测试要关注模块内部的实现方式，最常见的时序测试、信号质量测试等是典型的白盒测试方法。
其实黑盒测试和白盒测试都是有效的测试方法，没有孰轻孰重之分。对硬件测试来说，大部分使用的是黑盒测试和白盒测试相结合的方式。
2、单元测试、集成测试和系统测试
（1）单元测试——针对独立功能单元的测试
（2）集成测试——针对具有一定集成度的功能子系统的测试
（3）系统测试——针对完整的系统整体的测试
单元测试和系统测试是测试内容的不同。
单元测试着重单板测试，或者说板内模块的测试。应该单板调试阶段、单板设计功能验证阶段等。但单板测试不同于单元测试，单板测试时要放置与系统中，单板采用意义。
系统测试是对整个系统功能、可靠性等的测试。是多块单板的组合，也是系统功能的验证。系统测试需要更多模块间的耦合性，各模块的协调工作能力。
评审
评审的内容很多，包括测试用例的评审，还包括测试报告的评审。以及前期的检视问题的评审、测试问题的评审等。
评审参与人员应该是有经验的工程师，可以提出建设性建议，并能对有争议的问题进行决策。
不能把评审搞成讨论会，无休无止，注意效率和质量。
FIT测试、可靠性测试和一致性测试
FIT测试（故障插入测试），是模拟单板上器件或整块单板或某些模块的故障模式，观察这些故障对系统的影响。有些故障，不能对系统运行造成影响；有些故障，不能影响运作安全（基本要求不能有安全问题）；有些故障，系统应该能报警。等等，根据具体问题可具体分析。
FIT测试用例的来源，是与前面介绍的FMEA分析相关的。对板级系统来说，要对板上器件进行故障模式分析，给出失效率和失效模式分析，选取其中的失效率较高的失效模式，并对这些分析进行用例设计。
可靠性测试，其实容限和容错也属于可靠性测试的范围。但根据本培训课程的设计，可靠性测试包括了EMC、环境、安规和老化测试等。这些后面介绍。
一致性测试，我认为主要要关注板上器件的替换，比如一个反相器，有很多型号，由于供货、来料等问题导致需要替代时，不应对功能和性能造成影响。这种测试不能到真到
了不得不替代时才作，设计阶段就要考虑。当然，选择器件时也要考虑最好不要选用那些独家供货的器件。
功能测试、容限测试和容错测试
功能测试，显然就是对单板和系统的功能进行测试，功能是什么含义，这个我还真解释不清，太复杂了。不过一般来说，单板和系统设计时都会有一个规格或者需求清单，里面大部分是“功能性“的要求，要实现什么什么功能等等，这些功能是一定要实现的，不然就是设计缺陷了。这个含义就不多作解释了，实在太 “复杂”.
容限是指在工作范围的允许之内的临界点上的测试，测试结果需要保证单元的正常工作，不允许出现工作异常等状况。
容错测试是指超出工作范围允许的情况进行测试，测试一般允许出现一些功能异常，但是不能出现功能丧失或故障扩散等严重的安全隐患
指标测试和性能测试
我认为首先要分清指标测试和性能测试的区别。当然，这两者也没有官方的定义，下面的分析只是我的一“家”之言。
举个例子，对一个普通的电脑网卡，其LAN口一般是10/100/1000Base-T接口，对于这个接口，一般在出厂时或有标准要求指标进行测试（详见前面的文章），这种测试才是指标测试。所以我认为指标测试应该是对外的测试项，一般是外部要求的。
而性能测试，应该是对板内的SI、PI等进行的测试，着重要关注信号质量、时序、电
源性能等，特别是在高速数字电路系统中，对这方面的要求更高。信号完整性（SI）包括反射、串扰、振铃、过冲、地弹等，PI包括噪声、纹波、地噪声等。这些概念后续的章节再作介绍。
芯片对输入的信号都有一个要求，比如VIH、VIL、时序等，需要保证这些都满足芯片的要求，这些指标一般使用示波器进行测试。对一些低速信号，比如89C51单片机，其时序可也以用一般的逻辑分析仪测试。但高速的信号时序一般的逻辑分析仪测不了，带宽不足。（逻辑分析仪当然测不了信号电平）。现在的高级示波器一般都有4个通道，一般可以满足比较复杂时序的测试，比如SDRAM时序的测试。
硬件测试二
硬件测试 2009-12-26 17:12 阅读15 评论0
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硬件测试分类和执行
暂作如下分类：
1．指标测试
2．功能测试
3、性能测试
4．容限测试
5．容错测试
6．FIT测试
7．一致性测试
8、可靠性测试
9．测试报告评审
测试准备
1、检视概述
检视活动开始与硬件电路设计的后期，当硬件开发人员基本完成硬件电路原理图或PCB LAYOUT后，就要组织有经验的设计人员对硬件电路进行检视，目的主要是去发现电路设计和PCB LAYOUT中的缺陷，人员组成一般包括硬件测试工程师、硬件开发工程师、系统设计工程师等。按照一般公司中硬件设计常规，电路设计后都会对原理图和PCB检视，但这项活动一般都是由其他的硬件开发人员来完成。硬件开发人员与硬件测试人员的最大不同就是前者注重功能实现，后者注重产品的可靠性，所以检视的重点不同。硬件测试工程师会更加从可靠性方面去检视单板，并注重设计细节，目的去保证单板的质量。
2、检视方法
略......
3、FMEA
FMEA在硬件测试阶段的目的就是在产品设计的前期发现缺陷，这与硬件测试的目的是一致的。
FMEA包含了两种分析方式：
第一: 使用历史数据，针对相似产品、服务、 保证数据、 顾客抱怨、 及其它可取得信息，加以定义 失效。
第二: 使用统计推论、仿真分析、同步工程及可靠度工程等以确认及定义失效
总之，两种分析方式的目的都是找出产品的失效模式和失效率这两个指标。包括器件级的、板级的、系统级的等。
就一块单板来说，FMEA的基本方法是通过对器件的失效模式和失效率进行分析，并对失效影响作出相应对策，不至于产品失效时带来其他不良影响。当然，器件的失效模式是要对大量的器件分析的结果得来的，属于企业经验积累的重要财富，且价格很高，各个公司对这些资料严格保密。
FMEA的资料还是比较多的，此处就不再多述了。可参考以下网址。
http://baike.baidu.com/view/268503.htm
http://www.mie168.com/htmlcontent.asp
4、故障处理
故障处理是个很大的概念，我想这儿的故障处理应该包括：检视发现问题的处理、投板后测试发现问题的处理、后期产品问题的处理以及产品发布后的故障处理
这些故障处理都需要由一系列的流程支持，此处不作详细解释。
5、测试计划、用例和报告
测试计划是为整个测试过程制定一个计划性的东西，里面应包括测试对象介绍、测试方案、测试方法、测试工具、测试安排、参与人员及分工等，当然其最重要的部分就是测试用例。测试用例可与测试计划放在一个文档中，或者单独一片文档，没有太大关系。
测试用例应包括功能测试、性能测试、指标测试、容限测试、容错测试、FIT测试、一致性测试等，这与后面一章的内容基本相似，详细介绍在后面进行。
测试计划和测试用例写好后，要经过有经验硬件测试工程师和开发工程师的评审，找出其中的错误，删除冗余项，增加遗漏项。
测试完成后，应输出测试报告。测试报告中应体现出测试执行的过程，包括用例完成率、发现问题汇总、遗漏问题汇总、用例执行结果、测试数据等，并对测试质量和所测对象质量给出评价。
硬件测试的价值和流程
上图只是个示意图，实际图形应该是曲线。不过还是很形象地表达出了产品设计周期与设计缺陷解决所花费用的关系。越在前期发现问题，解决问题所需费用越少。产品发布到客户后，如果在运行中出现问题，解决费用就很高了，还会给客户造成不良影响。
设立硬件测试工程师一职的目的就是要加强产品设计前面的投入，尽早发现产品设计中的缺陷，降低解决缺陷带来的费用。
[本段转帖]测试的目的决定了如何去组织测试。如果测试的目的是为了尽可能多地找出错误，那么测试就应该直接针对设计比较复杂的部分或是以前出错比较多的位置。如果测试目的是为了给最终用户提供具有一定可信度的质量评价，那么测试就应该直接针对在实际应用中会经常用到的商业假设。
一般的硬件设计流程包括：设计需求搜集、系统规格设计、硬件规格设计、硬件实体设计（原理图、PCB、CPLD/FPGA）、硬件调试、硬件测试……
上面的各个步骤，初硬件实体设计硬件测试工程师是在设计后期参与外，其余的活动硬件工程师都要直接参与。对系统规格进行讨论、评审，对硬件规格提出意见和建议，调试中也可邀请测试工程师参与。
硬件测试概述
首先要明白硬件测试和硬件开发的区别。很多人会把硬件测试和硬件开发调试混为一谈。从参与人员上来看，硬件调试是由硬件开发工程师完成的，目的是保证单板硬件功能和基本性能没有问题，即首先要保证板子能跑起来，当然这需要同软件开发人员的配合。板子功能没有问题后，软件开发人员就要进行进行软件编码，软件编写完成后才把板子真正交给硬件测试工程师，进行硬件测试。当然，在调试阶段甚至单板设计阶段硬件测试工程是也可以参与，在测试阶段硬件开发工程师也可以参加，但责任人要定清。
硬件测试包括白盒测试和黑盒测试。白盒测试需要对单板原理图、PCB、逻辑和软件功能都要了解。对板上信号质量、时序、指标、电源等进行详细测试。黑盒测试着重测试单板详细功能、可靠性、标准符合等。一般的硬件测试采用白盒测试和黑盒测试相结合的方式。从测试方法上也可以看出，硬件测试更加关注细节，特别是可靠性方面，是硬件测试关注的重点。
谈一下硬件测试的目的。很多公司不设硬件测试职位，是与降低成本和系统重要程度有关的。比如一些实现简单功能的东西，单板死掉也没关系，大不了断电重新启动一下，没什么影响。但有些硬件系统，比如电力、PC、手机、电视、通信等，单板硬件出了问题直接影响客户信任度，甚至引起事故。而硬件测试的目的就是提高产品可靠性和质量，对建立客户忠诚度是很有帮助的。
硬件测试需要硬件开发的支持、需要软件开发的支持，很多公司还有软件测试的职位，四者是协调工作的。硬件测试工程师不会拿个裸板测试，硬件功能的实现还需要软件的植入，硬件测试工程师对单板的理解没有硬件开发工程师深刻，对某些测试项是一起来完成的。
硬件测试活动的组成
一、硬件测试概述
1．硬件测试的目的
2．硬件测试的意义
3．目前业界硬件测试的开展情况
4．在企业生产价值链中的地位
5．硬件测试对公司形象和公司发展的重要性
二、测试准备
1．检视
2．FMEA（故障模式影响分析）
3．故障处理
4．测试计划和测试用例
三、硬件测试种类与操作
1．指标测试
2．功能测试
3．容限测试
4．容错测试—FIT
5．长时间验证测试
6．可靠性数据预计
7．一致性测试
8．评审
四、硬件测试的级别
1．黑盒测试与白盒测试
2．单元测试
3．系统测试
五、可靠性测试
1．EMC
2．环境
3．安规
4．老化
六、测试问题
1．测试问题的确认
2．测试问题的定位
3．测试问题反馈方式和流程
4．测试问题跟踪和解决流程
七、测试效果评估
1．测试报告
2．评审归档
3．案例
4．测试方法总结
5．遗留问题处理
6．市场规模应用跟踪
7．产品故障率统计
八、测试规范制定
1．建立规范的重要性
2．需要哪些规范
3．规范的制定准则
九、测试人员的培养
1． 产品质量的主题负责人
2． 测试人员的目标和职责
3． 测试人员需要的技能
4． 测试人员的心态
5． 测试人员的等级认证
十、SI简介
1． SI的重要性
2． 学习SI的目的
3． SI的内容
4． 理想逻辑电压波形
5． 实际逻辑波形
6． 数据采样及时序的例子
十一、信号质量测试方法
1． 衡量信号质量的参数及其定义
2． 振幅参数的测量
3． 时间参数的测量
4． 共模信号的测量
5． 眼图的测量
十二、信号时序测试方法
1． 衡量时序的基本参数及其定义
2． 建立时间的测试方法
3． 保持时间的测试方法
4． 传输延迟的测试方法
5． SKEW的测试方法
十三、常见的SI问题
1． 信号质量与时序的关系
2． 最常见的三种信号问题
3． 反射
4． 串扰
5． 电源/地噪音
6． EMC/EMI跟SI关系
7． SI问题的影响
8． 产生SI问题的地方
9． 工艺与频率的关系
10． 工艺与SI的关系
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