硬件检验测试及其方案计划定义技术.docx

1、硬件检验测试及其方案计划定义技术课程大纲硬件测试技术2005年9月2005年9月硬件测试概述1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”的测试硬件测试概述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！2005年9月2005年9月硬件测试概

2、述3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。MTBF硬件测试概述4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。2005年9月2005年9月硬件测试概述5随着质量的进一步要求，硬件测试工作在产

3、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。硬件测试概述62005年9月2005年9月硬件测试概述7硬件测试概述82005年9月2005年9月课程大纲2005年9月测试前准备1硬件设计审查原理图检视PCB发现硬件设计原理缺陷发现成本浪费问题发现降额不规范设计发现布局和布线的缺陷发现EMC等专项设计缺陷2005年9月测试前准备2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，解决检视问题跟踪测试前准备3FMEA2005年9月2005年9月测试前准备FMEA能帮助设计者和决策者

4、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；测试前准备FMEA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。2005年9月2005年9月测试前准备FMEA信号级：对接口信号或某些特殊器件的分析器件级：对系统内功能模块的可靠性分析系统级：对系统的整体可靠性分析测试前准备在某些系统中，最终影响的严重程度等级又称为严酷

5、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。2005年9月2005年9月测试前准备测试前准备2005年9月2005年9月测试前准备测试前准备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（Risk Prio

6、rityNumber，RPN）法和危害性分析（Criticality Analysis）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。2005年9月2005年9月测试前准备FMEA确定范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

7、现场服务报告测试前准备FMEA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2005年9月2005年9月测试前准备4测试前准备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2005年9月2005年9月测试前准备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

8、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。测试前准备故障隔离一般是将故障限定到可更换单元内部的过程。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范围限制在尽可能小的范围之内。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。2005年9月2005年9月测试前准备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。测试前准备5描述该测试计划所应达到的目标如下（可依据

9、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。2005年9月2005年9月测试前准备测试计划一般应该包含一下的内容：测试对象，明确版本，范围，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前准备6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

10、需要更具体，更便于参考操作。2005年9月2005年9月测试前准备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测试前准备7一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2005年9月2005年9月

11、测试前准备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、异种厂商的互联测试前准备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2005年9月2005年9月课程大纲2005年9月硬件测试的种类与操作1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，

12、测试是一项高难度的工作。测试设计概念的范围很广，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。2005年9月硬件测试的种类与操作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硬件测试的种类与操作现在的测试工作中，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

13、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。2005年9月2005年9月硬件测试的种类与操作2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范和指导书，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。测试仪器示波器硬件测试的种类与操作对板内信号时序进行调试，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

14、作可靠性。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范和指导书，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2005年9月2005年9月硬件测试的种类与操作3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。硬件测试的种类与操作4指使系统正常工作的输入允许变化范围。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

15、的条件范围下能够正常工作，薄弱环节到底在哪里。能否发现和验证器件降额的问题，系统工作允许范围内的临界点上的性能。2005年9月2005年9月硬件测试的种类与操作5FIT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。硬件测试的种类与操作5FIT容错测试项目的来源主要是通过FMEA获得，是验证FM

16、EA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内容就是操作方面的，主要模拟在用户使用不当的时候系统的容忍错误的能力。2005年9月2005年9月硬件测试的种类与操作5FIT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，有些是内部开发的。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。硬件测试的种类与操作6由于电子类产品很多是需要长时间运行的，所以进行

17、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。2005年9月2005年9月硬件测试的种类与操作6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。硬件测试的种类与操作7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

18、，是否能够满足产品的功能和使用条件要求。2005年9月2005年9月硬件测试的种类与操作7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。硬件测试的种类与操作8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。2005年9月2005年9月硬件测试的种类与操作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。硬件测试

19、的种类与操作MTBR-mean time between removals)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-mean time to repair是在规定的时间内，修复性维修所造成的累积工作时间除以在同一时间内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-mean time between failure指相邻失效间隔工作时间的平均值。MTTF-mean time to failure 表示观察到下次失效的期望的时间。2005年9月2005年9月硬件测试的种类与操作Rt硬件测试的种类与操作A(Availability)产品工作时间与总

20、时间之比。若不考虑产品的储存时间和闲置时间，则 ： A=MTBF/（MTBFMTTR）在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的概率。1/MTBFFits1Fits1109 1/h可用度A可靠性维修性2005年9月2005年9月硬件测试的种类与操作年返修率1/MTBF8760硬件测试的种类与操作系统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150200253510单个器件失效率（单位：Fits）226504001002005年9月2005年9月硬件测试的种类与操作器件种类电阻电容电感接插件集成电路其他总计器件数量

21、150200253510单个器件失效率（单位：Fits）22650400100失效率总和300400150150200010004000课程大纲2005年9月MTBF=1/4000 109 =25000028.54A250000/250000199.9996%返修率1/25000087603.52005年9月硬件测试的级别1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内部的逻辑细节，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。硬件测试的级别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，如锁相范围、静态相差、固有抖动、抖动容限等。2005年9月2005年9月硬件测试的级别2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硬件测试的级别