硬件测试及方案设计定义技术Word文档格式.docx
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测试是为了发现错误而执行操作的过程
测试是为了证明设计有错，而不是证明设计无错误
一个好的测试用例是在于它能发现至今未发现的错误
一个成功的测试是发现了“至今未发现的错误”的测试
2¡
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。
综合评估，决定产品的测试方向！
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关注点：
产品规格功能的实现，性能指标，可靠性，可测试性，易
用性等。
实现的保障：
产品的零缺陷构筑于最底层的设计，源于每一个函
数、每一行代码、每一部分单元电路及每一个电信号。
测试就是要排
除每一处故障和每一处隐患，从而构建一个零缺陷的产品。
MTBF²
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测试并不仅仅是为了要找出错误。
通过分析错误产生的原因和错误
的分布特征，可以帮助项目管理者发现当前设计过程的缺陷，以便改
进。
同时，这种分析也能帮助我们设计出有针对性地检测方法，改善
测试的有效性。
没有发现错误的测试也是有价值的，完整的测试是评定测试质量的
一种方法。
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随着质量的进一步要求，硬件测试工作在产品研发阶
段的投入比例已经向测试倾斜，许多知名的国际企业，硬
件测试人员的数量要远大于开发人员。
而且对于硬件测试
人员的技术水平要求也要大于开发人员。
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测试前准备
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硬件设计审查
原理图检视
PCB¼
发现硬件设计原理缺陷
发现成本浪费问题
发现降额不规设计
发现布局和布线的缺陷
发现EMC等专项设计缺陷
检视专家的确定
评审专家预检视
检视问题反馈整理
检视会议召开
检视问题确认，解决
检视问题跟踪
FMEA£
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分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其
对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重
程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分
析方法。
FMEAµ
能帮助设计者和决策者从各种方案中选择满足可靠性要求的最佳方
案；
保证所有元器件的各种故障模式及影响都经过周密考虑；
能找出对系统故障有重大影响的元器件和故障模式，并分析其影响
程度；
有助于在设计评审中对有关措施（如冗余措施）、检测设备等作客
观的评价；
能为进一步定量分析提供基础；
能为进一步更改产品设计提供资料；
能为产品可测试方案提供基础材料；
能为技术支援人员提供维修指南；
为基于故障模式的测试提供依据。
信号级：
对接口信号或某些特殊器件的分析
器件级：
对系统功能模块的可靠性分析
系统级：
对系统的整体可靠性分析
á
在某些系统中，最终影响的严重程度等级又称为严酷度（有时也
称为严重度，系指故障模式所产生后果的严重程度）类别。
严重程度等级（严酷度类别）定义应考虑到故障所造成的最坏的
潜在后果来确定。
严酷度的定义是FMEA的前提和基础，有了共识的严酷度才可以保
证FMEA的顺利开展和问题的落实。
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风险分析的目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生
的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系
统中各种可能出现的产品故障的影响，它是一种相对定量的分析方
法，通常借助图形工具（如矩阵图）来辅助分析。
风险分析常用的方法有两种，即风险优先数（RiskPriority
Number，RPN）法和危害性分析（CriticalityAnalysis）法
前者主要用于汽车等民用工业领域，后者主要用于航空、航天等
军用领域。
在进行风险分析时可根据具体情况选择一种方法。
F
M
E
A
确定围
确定功能
失效模式
潜在影响
严酷度
分类
潜在原因
发生频度
控制措施
探测率
RPN
整改措施
如何定义严酷度分类：
对操作者危害最高
失效概率：
每小时，每班次，每天，每星期。
。
潜在影响：
停机：
损坏，装备与调整，试机损失
报废：
缺陷部件，工具类
安全：
找原因：
1以前FMEA分析
2失效日志
3接口矩阵（物理干涉，能量传递，物
流，信息转移）
4保证书
5专题研究报告
6测试报告
7现场服务报告
FMEA·
í
ñ
编
号
器件所属失
名称功能效
单元率
失效失效局部对功对系严
模式比例影响能单统的酷
元的最终度
影响影响
已有
的检
测方
法
已有建议备
的补改进注
偿措措施
施
ô
故障检测是指明确到故障已经发生的过程，是故障处理流程的前
提。
这里提到的检测一般是指系统在故障发生后的自动的检测，一般
不需要人进行操作。
在进行故障检测的时候需要结合软、硬件故障检测方法。
某些故障可能需要多次检测确认，避免进行误告警和误操作
故障定位是指将故障定位到现场最小可更换单元的过程，是故障
维修的基础。
故障定位的目的是为了便于维修工程人员进行现场的故障维修和
返修件的故障处理。
故障隔离一般是将故障限定到可更换单元部的过程。
故障隔离
的目标是将故障能够限定在越小的功能单元。
故障隔离是为了将故障的影响围限制在尽可能小的围之。
故障是无法避免的，如何将故障产生的影响降到最低，是故障隔
离所要考虑的关键。
故障恢复是将系统的功能状态恢复到故障发生前状态的过程，是
客户最关心的也是系统稳定运行的关键步骤。
常用的故障恢复手段有复位、冗余倒换、重发等。
故障恢复尽量需要做到自动进行，以降低对用户的影响。
®
描述该测试计划所应达到的目标如下（可依据项目的实际要求做
适当调整）：
所有测试需求都已被标识出来；
测试的工作量已被正确估计并合理地分配了人力、物力资源；
测试的进度安排是基于工作量估计的、适用的；
测试启动、停止的准则已被标识；
测试输出的工作产品是已标识的、受控的和适用的。
测试计划一般应该包含一下的容：
测试对象，明确版本，围，任务划分
角色和职责
测试和不被测试的特性原因
测试通过与否的标准
测试任务安排
测试结束的交付件
工作量评估
测试用例更多的是需要描述测试方法，测试步骤，测试的预期效
果，需要达到的指标。
需要更加详细的对每一条测试项目进行描述。
测试用例是直接用来指导测试的，所以对测试项目的描述需要更
具体，更便于参考操作。
测试用例编号
测试项目（模块或单元）
测试子项目（子项目描述）
测试级别（必测、选测、可测）
测试条件（环境、仪器等相关要求）
测试步骤和方法（具体细致的操作方法）
应达到的指标和预期效果
备注
一切测试的需求都来自于产品设计的规格，规格来自于用户的需求。
因此我们的测试是针对产品规格的测试。
具体可以从以下几方面进行
考虑：
产品设计功能
根据功能的实现，分别对实现该功能的各个环节进行测试，从硬件、
单板软件、高层软件到用户界面，只有各个环节都畅通无阻，才能保
证该功能的正常实现。
可靠性
备份、倒换、插拔、互助、自愈等
指标性能需求
指标包括电接口指标、光接口指标、时钟指标、传输指标和指标容
差，
指标一般都有相关的标准可查。
性能一般可从容量、处理能力、容限
等方面去考虑，一般是测试异常输入条件下的单元、模块、系统处理
情况。
性能测试的异常条件主要是指边界条件、异常条件及故障相关
性。
组网
组网需求：
电信网组网、异种厂商的互联
应用环境
应用环境一般可从以下几个方面考虑：
高温、低温、高低温交变、盐雾、湿热、防尘
接地、电源、震动、冲击、存储、运输
电磁兼容性
断电恢复性
硬件测试的种类与操作
测试并不是简单意义上的一些测试操作，在测试前需要有详细的设
计，周密的策划，测试是一项高难度的工作。
测试设计概念的围很广，大致可以分为以下几类：
设计测试平台，用此测试平台能进行通用项目的测试，或是进行能
用此测试平台作一类测试。
设计测试工具，设计测试软件。
设计测试装备。
设计测试用例，测试方法。
良好的测试设计和有效测试工具可减少重复低效的劳动
有效地开发利用测试工具可使测试更深入、更全面
有些复杂的测试只能依靠测试工具进行自动测试
在测试中经常进行测试设计是提升技术水平的有效手段
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现在的测试工作中，经常会遇到一些无法在实验室模拟的情况，可能
在实际现场也无法模拟，并且如果要模拟所花的代价很大，如满配
置、最大负荷的情况，而这些项目的测试通过与否是检验系统性能的
重要手段。
这个测试任务便给我们提出了编写测试软件模拟大负荷情
况的要求。
不但实现和自动化，而且大幅度的节约了成本。
基本的信号质量测试是通过测试单板上的各种信号质量，根据信
号种类的不同，用不同的指标来衡量信号质量的好坏，并对信号质量
的分析，发现系统设计中的不足。
开发人员根据已有的信号质量和时序调试和测试方面的规和指
导书，在单板调试阶段完成对单板信号质量的全面测试并完整记录结
果。
测试仪器——示波器
对板信号时序进行调试，验证信号实际时序关系是否可靠，是
否满足器件要求和设计要求；
分析设计余量，评价单板工作可靠性。
导书，在单板调试阶段完成对单板时序（包括逻辑外部时序）的全面
调试和测试。
测试仪器——示波器，逻辑分析仪
功能测试是根据硬件详细设计报告中提及的功能规格进行测试，
验证设计是否满足要求。
功能测试是系统功能实现的基本，是需要严格保证测试通过率
的。
如被测对象与其规格说明、总体/详细设计文档之间存在任何差
异的均需要详细描述。
一般包含，电源、CPU、逻辑、复位、倒换、监控、时钟、业务
等。
——È
Þ
指使系统正常工作的输入允许变化围。
容限测试的目的是通过
测试明确知道我们的设备到底在什么样的条件围下能够正常工作，
薄弱环节到底在哪里。
能否发现和验证器件降额的问题，系统工作允许围的临界点
上的性能。
——FIT
指通过冗余设计等手段避免、减小某些故障对系统造成的影响以
及在外部异常条件恢复后系统能够自动恢复正常的能力。
容错测试的
目的是要检验系统对异常情况是否有足够的保护，是否会由于某些异
常条件造成故障不能自动恢复的严重后果。
容错测试的一般方法就是采用故障插入的方式，模拟一些在产品
使用过程中可能会产生的故障因素，进而考察产品的可靠性及故障处
理能力的一种测试方法。
容错测试项目的来源主要是通过FMEA获得，是验证FMEA分析结果
的一种手段。
而且某些通过FMEA分析无法准确获得结论的项目也要通
过FIT来进行模拟。
容错测试还包括的另外一个主要容就是操作方面的，主要模
拟在用户使用不当的时候系统的容忍错误的能力。
容错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。
常用的故障插入测试方法有时钟拉偏、误码插入、电源加扰
等，，常用测试工具有些是专用的，有些是部开发的。
通过容错测试，还可以确定在产品的实际应用过程中哪些错是易
产生的，哪些错是可以避免的，以尽量减少损失。
é
由于电子类产品很多是需要长时间运行的，所以进行长时间的验证
测试是很有必要的
某些器件应用不当的设计，更容易在长时间的运行中，才会显露出
来。
系统的散热能力也只有在长时间的大功率运行时才容易暴露。
长时间的运行才容易发生某些被忽略的偶然因素，容易发现某些潜
在问题。
长时间测试不仅对于系统而言，在进行单元测试和集成测试时，
对于每一个功能模块均需要进行长时间的功能验证。
长时间的验证具体的时间把握同产品的实际使用情况相关，对于
通信产品系统，一般建议测试时间要达到一星期。
对于每一个功能模
块的时间要求一般要达到两天。
为了验证不同生产批次的产品质量和不同批次器件的质量，是否
具有较高的一致性，是否能够满足产品的功能和使用条件要求。
测试要点
测试至少要包含3次活以上不同器件批次和生产批次的产品
测试项目要包含所有的功能测试项目，和重要的信号质量和时序等
项目
重点需要验证长时间的稳定性是否一致
如果具备条件，需要验证在环境条件变化时（如高温环境），各样
品的一致性能。
这里的可靠性数据一般包含MTBF（平均故障间隔时间）、
MTTR£
可靠性数据预计的基础是FMEA分析，通过分析获得。
A-availability£
产品在一未知时刻，需要执行任务时，处于可工作或可使用状
态的概率。
MTBR-meantimebetweenremovals）
系统寿命单位总数与从该系统上拆下的产品总次数之比。
MTTR-meantimetorepair£
是在规定的时间，修复性维修所造成的累积工作时间除以在同
一时间所完成的修复维修活动总数得到的结果。
拆卸时间＋定位时间＋修理时间＋安装时间
MTBF-meantimebetweenfailure£
指相邻失效间隔工作时间的平均值。
MTTF-meantimetofailure£
£
表示观察到下次失效的期望的时间。
R£
t£
A（Availability）
产品工作时间与总时间之比。
若不考虑产品的储存时间和闲置时
间，则：
A=MTBF/（MTBF＋MTTR）
在规定的条件下，规定的时间，完成规定功能的概率。
λ£
1/MTBF
¥
Fits
1Fits＝1×
10£
91/h
可用度A
维修性
年返修率＝1/MTBF×
8760
系统M的器件使用情况如下表，请计算M的MTBF，A和年返修率
注：
MTTR=1小时
器件种类
电阻
电容
电感
接插件
集成电路
其他
器件数量
150
200
25
3
5
10
单个器件失效率（单位：
Fits）
2
6
50
400
100
总计
单个器件失效率（单
位：
失效率总和
300
2000
1000
4000
MTBF=1/4000×
109=250000Ð
28.54Ä
A£
250000/£
250000£
1£
99.9996%
返修率＝1/250000×
8760＝3.5％
硬件测试的级别
黑盒测试注重于测试功能性需求，将测试对象看成一黑盒，对外
只有输入、输出。
设计黑盒测试用例只对于表现在外接口的各种输入，对不同的输入，
测试其表现出来的输出，从而达到测试功能的目的。
白盒测试主要测试模块部的逻辑细节，各个独立的逻辑路径，
黑盒测试不管多么全面，都可能忽略这些错误。
设计白盒测试用例需要构造到信号、逻辑或消息级。
白盒测试与黑盒测试各有优势，设计测试用例时应结合使用
举例：
对于开关电的测试，一般采用黑盒测试，设计的测试用例为：
快速
上、下电，频繁上、下电等；
对于时钟电路、锁相环等的测试，就需要设计白盒测试用例，如锁相
围、静态相差、固有抖动、抖动容限等。
硬件测试按照系统的复杂程度，一般分为：
单元测试——针对独立功能单元的测试
集成测试——针对具有一定集成度的功能子系统的测试
系统测试——针对完整的系统整体的测试
测试不能仅仅在一个层次进行，而是应该打破层次之间的界限问题出
现较多的地方一般都是在层与层之间的配合上，如硬件逻辑与单板软
件的配合，单板软件与高层软件的配合。
按照子系统来划分
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