전자 테스트에 FIU(오류 주입 장치) 사용

하드웨어 오류 주입은 많은 HIL(hardware-in-the-loop) 테스트 시스템에서 ECU(전자 제어 장치)와 시스템의 나머지 부분 간에 신호 오류를 생성하여 특정 오류가 발생했을 때 ECU 동작을 테스트하고 특성화하며 검증하는 데 사용됩니다. 오류 주입은 특정 ECU가 결함 조건에 대해 알려진 응답과 수용 가능한 응답 모두를 알아야 할 때 가장 일반적으로 사용됩니다(예: 차량, 항공기, 우주선, 기계용 ECU). 이를 위해 테스트 시스템의 I/O 인터페이스와 ECU 간에 FIU(오류 주입 장치)가 삽입되어 테스트 시스템을 정상 작동 상태에서 배터리 단락, 접지 단락, 개방 회로와 같은 결함 조건 상태로 또는 그 반대로 전환할 수 있습니다.

그림 1 다이어그램은 FIU가 일반적으로 HIL 테스트 시스템에 어떻게 적용되는지 보여줍니다. 오류 주입은 I/O와 ECU 간에 게이트 역할을 합니다.

그림 1. 다이나믹 테스트 시스템의 일반적인 FIU 배치

FIU의 일반적인 설정은 "결함 버스 토폴로지"이며 여기에서 각 채널을 하나 이상의 결함 버스로 열거나 단락시킬 수 있습니다. 이 토폴로지에서 각 FIU 채널은 3개의 SPST(single-pole-single-throw) 릴레이로 구성됩니다. 채널의 첫 번째 릴레이는 통과 역할을 합니다. 기본 작업 모드에서 이 릴레이는 닫히고 FIU는 ECU와 테스트 시스템 모두에 대해 투명합니다. 

그림 2. 기본 작업 모드의 FIU – 모든 신호 통과

개방 회로 오류

개방 회로 또는 인터럽트 오류를 시뮬레이션하기 위해 테스트 어플리케이션과 DUT(Device Under Test) 간 신호 라인은 개방 상태로 유지되어 신호 인터럽트 후 DUT가 어떻게 동작하는지 확인합니다. 이 릴레이를 열어 하드 브레이크를 시뮬레이션하거나 지정된 시간 간격으로 릴레이를 열고 닫아 간헐적인 연결 또는 느슨한 접점을 시뮬레이션할 수 있습니다.

그림 3.  채널 1에서 개방 회로 시뮬레이션을 실행하는 FIU

접지 단락 또는 전원 단락

접지 단락 또는 전원 단락을 시뮬레이션하기 위해 신호 라인을 외부 오류 라인 또는 결함 버스에서 DUT로 연결합니다. 시스템의 전원 공급 장치, 시스템 접지 또는 기타 전원을 시뮬레이션하기 위해 결함 버스를 설정할 수 있습니다. 

그림 4.  채널 1에서 전원 단락 오류 시뮬레이션을 실행하는 FIU

핀 대 핀 단락

마지막으로 핀 대 핀 단락을 시뮬레이션하기 위해 DUT 신호 라인을 하나 이상의 추가 DUT 신호 라인에 연결합니다.

그림 5. 채널 0과 1 사이에 핀 대 핀 단락을 실행하는 FIU

트리거와 동기화 기능을 갖춘 PXI는 FIU에 이상적인 환경을 제공합니다. 또한 HIL 테스트 시스템은 일반적으로 PXI 기반 I/O로 설계되기 때문에 PXI를 통해 전환에 필요한 신호에 매우 근접한 위치를 확보할 수 있습니다. 이러한 시스템은 일반적으로 NI VeriStand와 같은 임베디드 리얼타임 프로세싱 소프트웨어를 통해 제어되기 때문에 엔지니어는 PXI 기반 FIU를 사용하여 모델과 테스트 시퀀스를 실행하는 동일한 인터페이스에서 프로그램적으로 간단히 결함을 선택하고 제어할 수 있습니다. 

National Instruments는 최근 HIL 어플리케이션용으로 설계된 68채널, 150V, 2A FIU인 최초의 FIU NIPXI-2510을 출시했습니다. 각 모듈에는 68개의 피드스루 채널이 있어 하나 또는 두 개의 결함 버스를 열거나 단락시킬 수 있습니다. 또한 각 결함 버스에는 4x1 입력 멀티플렉서가 있어 소프트웨어 컨트롤을 통해 주입할 수 있는 오류의 유형과 개수 모두를 자유롭게 선택할 수 있습니다.

그림 6.  NI PXI-2510 68채널 2A FIU

NI PXI FIU는 HIL 테스트 시스템과의 손쉬운 통합 외에도 하드웨어의 안전성, 신뢰성, 연결성을 향상시킵니다.

안전성

종종 오류 주입 때문에 전압과 전류가 높아지고 HIL 어플리케이션에 있어 신뢰성은 필수이기 때문에 NI는 FIU의 안전에 세심한 주의를 기울입니다. 특히 모든 NI FIU는 IEC 61010-1 국제 표준을 준수하며 UL과 같은 타사 기관을 통해 설계를 검증받았습니다. 마지막으로 각 장치는 배송 전에 기능과 안전성 검증 테스트를 거칩니다.

신뢰성

안전성과 마찬가지로 신뢰성은 장기 테스트의 무결성에 있어 매우 중요한 부분입니다. 전기 기계식 릴레이는 수백만 사이클을 견딜 수 있지만, 정상적인 부하 조건에서는 수명이 유한하고 비교적 예측 가능합니다. PXI-2510은 장기적으로 신뢰받기 위해 온보드 릴레이 카운트 추적 기능을 통합하여 각 릴레이가 수행한 사이클 수를 확인할 수 있습니다. 이를 통해 유지 보수와 교체 시기를 결정할 수 있습니다. PXI-2510은 지정된 수명이 다한 시점에 정상적인 릴레이 오류가 발생한 경우 사용자가 교체할 수 있는 릴레이 키트를 제공합니다. 또한 NI는 사용 과정에서 예상치 못한 경우가 발생하여 과도한 전압과 전류에 노출되어 릴레이가 손상될 수 있다는 점을 잘 알고 있습니다. 이 경우에도 사용자가 직접 교체할 수 있는 릴레이 키트가 유용합니다. 마지막으로 각 FIU 설계는 기계적 신뢰성을 보장하기 위해 HALT(고속 수명 시험) 스크리닝을 거칩니다. 이를 통해 고진동 환경에서도 기계적으로 문제가 없음을 보장할 수 있기 때문에 열악한 현장에서도 지속적으로 사용할 수 있습니다.

연결성

간과되기 쉬운 케이블링과 연결성은 잠재적으로 많은 수의 채널과 사용할 수 있는 높은 전압과 전류 때문에 오류 주입 어플리케이션의 주요 과제라 할 수 있습니다. PXI-2510에는 나사 고정 터미널, 비피복, DIN 커넥터의 세 가지 연결 옵션이 있습니다. 이러한 각 옵션은 완벽한 연결 솔루션을 제공하기 위해 신호 터미널까지도 안전성, 신뢰성, 차폐성을 보장할 수 있도록 특수하게 설계되었습니다. 그 결과 노이즈와 누화가 개선되고 시스템의 방출물이 감소합니다.

PXI-2510의 연결성과 케이블링 옵션에 대한 자세한 사항은 "PXI-2510에 신호를 연결하는 방법" 길라잡이를 참조하십시오.

National Instruments는 오류 주입에 특화된 제품 외에도 사용자 정의 오류 주입 토폴로지를 생성하는 데 사용할 수 있는 다양한 범용 스위칭 제품을 출시했습니다. 예를 들어 NI PXI-2586 10채널, 12A SPST 모듈을 사용하면 이 길라잡이에 표시된 대로 3채널 2버스 FIU와 9채널 1버스 FIU를 포함하여 오류 주입에 사용할 수 있는 여러 토폴로지를 생성할 수 있습니다.

소프트웨어를 포함한 시스템 통합은 FIU를 선택할 때 중요하게 고려해야 하는 마지막 사항입니다. Windows 환경에서는 스위치 디버깅을 위해 설계된 그래픽 유틸리티인 NI-SWITCH SFP(Soft Front Panel)를 통해 대화식으로 PXI FIU를 설정하고 테스트할 수 있습니다. 자동화된 컨트롤의 경우 포함된 NI-DAQmx 하드웨어 드라이버를 사용하면 LabVIEW Real-Time과 Windows OS를 통해 모듈의 모든 기능을 프로그램적으로 이용할 수 있습니다. 

가장 일반적으로 HIL 테스트 시스템은 리얼타임 테스트 어플리케이션을 설정하기 위한 즉시 사용 가능한 소프트웨어 환경인 NI VeriStand를 통해 제어됩니다. NI VeriStand를 사용하여 NI PXI FIU를 쉽게 제어할 수 있습니다. 즉, 리얼타임 I/O, 자극 프로파일, 데이터 로깅, 알림을 설정하고 제어 알고리즘 또는 시스템 시뮬레이션을 구현하며 런타임 편집 가능한 사용자 인터페이스용 테스트 시스템 인터페이스를 빌드하는 데 사용하는 것과 같은 환경에서 관리할 수 있습니다.

그림 7. FIU의 NI VeriStand 컨트롤

각 FIU 모듈은 시간에 민감하게 반응하는 고도의 컨트롤을 위해 PXI 백플레인을 통해 트리거를 송수신할 수 있습니다. 입력 트리거는 스위치를 FIU 하드웨어에 로드된 사전 정의된 리스트의 다음 오류 위치로 진행할 수 있습니다. 출력 트리거를 사용하여 PXI 시스템의 다른 계측기에서 측정을 시작할 수 있습니다. 또한 자동 테스트 커버리지를 위해 리얼타임 시뮬레이션의 트리거를 오류 조건을 통해 시퀀스로 전송할 수 있으며 더 복잡한 시퀀싱과 다이나믹 오류 컨트롤이 필요한 어플리케이션의 경우 PXI FPGA(field-programmable gate array) 모듈을 사용하여 PXI 백플레인을 통해 트리거를 하나 이상의 FIU로 송수신할 수 있습니다.

결론

ECU 신뢰성이 필수적인 경우 FIU를 살펴보십시오. NI는 디바이스의 안전성과 신뢰성을 향상시키기 위해 FIU를 HIL 테스트 시스템에 통합하는 데 사용할 수 있는 하드웨어와 소프트웨어 아키텍처를 생성했습니다.

자료

• 자동차 HIL(Hardware-in-the-Loop) 테스트
• NI의 FIU 하드웨어, PXI 신호 삽입 스위치 모듈
• PXI 스위치 개요
• VeriStand에서 FIU 사용하기 길라잡이
• HIL 리소스 키트 다운로드