硬體迴路 (HIL) 測試系統架構
綜覽
您可以使用強大的硬體迴路 (HIL) 模擬方法，更有效率地測試嵌入式控制系統。考量到安全性、可用性或成本等因素，使用完整的嵌入式控制系統執行所有必要測試，是不切實際的做法。使用 HIL 模擬功能，您就可以對系統中不易測試的部分進行模擬。對整個系統進行實際測試以前，先在虛擬環境中對嵌入式控制裝置進行全面性測試，這樣一來，即使測試的系統會日漸複雜，您也能以更具經濟效益的方式維持穩定性，並滿足產品上市時間的需求。
內容
HIL 測試系統的組成元件
HIL 測試系統包含三個主要元件：即時處理器、I/O 介面，與操作人員介面。即時處理器是 HIL 測試系統的核心。它負責大部分 HIL 測試系統組成元件的精確執行，例如硬體 I/O 通訊、資料記錄、激發產生與模型執行。一般來說，由於系統有些部分無法進行實際測試，因此人員需要用即時處理器對這些部分進行準確模擬。I/O 介面是可與受測單元互動的類比、數位以及匯流排訊號。您可以將其用於產生激發訊號、擷取資料進行記錄與分析，並在接受測試的電子控制單元 (ECU) 與模型模擬的虛擬環境之間提供感測器/致動器互動。操作人員介面可與即時處理器通訊，提供測試指令並進行視覺化。通常這個元件也負責配置管理、測試自動化、分析與進行報告工作。
圖 1.HIL 測試系統包含三個主要元件：操作人員介面、即時處理器與 I/O 介面。
硬體故障植入
許多 HIL 測試系統會使用硬體故障植入方式，在 ECU 和其他系統之間建立訊號故障，以便在故障的條件下進行測試、特性分析或是驗證裝置的行為。因此，您可以將故障植入單元 (FIU) 植入 I/O 介面與 ECU 之間，讓 HIL 測試系統在正常作業與故障狀態 (如接地短路或開路) 之間切換介面訊號。
圖 2.您可以使用硬體故障植入來測試訊號故障期間的 ECU 行為。
測試多 ECU 系統
某些嵌入式控制系統 (如汽車、飛機或風力發電場) 會使用多個 ECU，這些 ECU 經常相互連接以進行聯合運作。雖然這些 ECU 一開始可能會個別接受單獨測試，但通常還是需要運用系統的整合 HIL 測試系統 (例如完整車輛的模擬器或飛行模擬器) 來提供更完整的虛擬測試。
圖 3.汽車、飛機與風力發電場會使用多個 ECU。
測試多 ECU 控制系統時 (甚至是單一 ECU 控制系統)，經常會出現兩種需求：更高的處理效能與簡化的接線。
更高的處理效能：分散式處理
儘管搭載最新的多核心處理效能，有些系統需要的處理能力還是遠遠超過單一機箱可提供的能力。為了因應這項挑戰，您可以使用分散式處理技術，來滿足這些系統的效能需求。在超高通道數系統中，您不僅需要更高的額外處理效能，也會需要額外的 I/O。相比之下，使用大型處理器密集模型的系統，往往只會額外添加機箱來取得更高的處理效能，讓那些處理器能集中處理單一工作，藉此發揮更高效率。視模擬器工作的分散方式而定，您可能需要在機箱之間提供共享觸發和計時訊號以及精確的資料映射，以便不同的模擬器工作能聯合作業。
圖 4.使用多個機箱以取得更高的處理效能時，您通常會需要在機箱之間提供計時與資料同步化介面。
簡化接線：分散式 I/O
高通道數系統接線的佈線與維護不僅耗時，也十分昂貴。這些系統可能需要在 ECU 與 HIL 測試系統間連接上百到數千個訊號，而且通常需要跨越數公尺的距離，來補足空間不足的缺點。
幸好，精確的分散式 I/O 技術可協助您簡化接線的複雜作業，更可提供與 ECU 的模組化連線能力，進行有效率的系統配置修改。您不需要將所有連線藉由 I/O 介面路由回到包含一個或多個即時處理機箱的單一機架，而是可以使用精確分散式 I/O，在每個 ECU 附近提供模組化 I/O 介面，而且無需影響精確模擬系虛擬部分所需的高速精確度。
這個做法可以建立 ECU 與 I/O 介面之間的本地連線 (距離少於 1 公尺)，而且只需一根匯流排連接線即可連接即時處理機箱，進而大幅減低 HIL 測試系統的接線成本與繁複性。此外，運用這種做法的模組化特性，HIL 測試系統就能輕易擴充、逐漸增量，從多 ECU 測試系統 (其中只有一個真實 ECU，其他都是模擬 ECU) 變成完整的系統整合 HIL 測試系統 (其中全部都是真實 ECU，沒有模擬 ECU)。
圖 5.精確分散式 I/O 可大幅減低 HIL 測試系統的接線成本和繁複性，因為它可以建立 ECU 與 I/O 介面之間的本地連線。
執行 HIL 測試系統
為 HIL 測試系統選擇了合適的架構之後，建立 HIL 測試系統的首要步驟，就是選擇最符合您開發需求的組件。NI 提供多樣化的即時處理與 I/O 選項，讓您建立 HIL 測試系統。由於這些選項都是根據開放業界標準所開發，因此您可以放心，這些產品可隨時為您的 HIL 測試系統提供最新 PC 技術的優勢，且隨時可以因應未來的測試系統需求。
NI HIL 平台具有開放性與可擴充性，表示它可以適應不斷變遷的系統需求。 由於採用模組化架構，NI HIL 平台可輕鬆升級並取得其他功能，不僅能協助您確保測試系統可符合未來需求，還能滿足最嚴苛的嵌入式軟體測試應用需求。 除了市場上提供的多種 I/O，NI 也提供軟體工具，可用於自動化執行 HIL 測試、進行後續處理並產生報告，以及將測試結果對應到您的需求。 這些工具可協助您在軟體開發流程的早期階段，執行更大範圍的測試，進而減少整體開發成本，並改善產品的品質。