标签: 故障注入

注1：该软硬件产品均为本公司自主研发，已申请1个发明专利，2个实用新型专利，1个软著，转载请注明出处 注2：详细内容详见产品技术手册、用户手册，官网下载地址： www.bttmsec.com/h-col-152.html 注3：诚招区域独家代理合作伙伴，欢迎洽谈合作，底网安全竭诚为您服务 1. 产品背景 没有网络安全，就没有国家安全， “底网安全”是网络安全、数字安全、硬件安全、芯片安全的真正基石，“夯实网络底层安全基础，筑牢网络强国安全底座”，是底网安全重要性的另一真实写照。 传统网络安全攻防或产品应用多以上层应用为主，底层硬件安全、芯片安全检测和渗透技术相对封闭、滞后（软件黑客和硬件黑客的主要差异）且易被忽视，是0 day高危漏洞聚集地，用户缺乏与该产品测试相关的仿真及测试环境，涉及网络底层、硬件底层的渗透、安全检测、安全服务成本尤其高昂（非常规安全检测），导致越往底层越容易被忽视或忽略，使其更容易成为硬件黑客的攻击目标，尤其是高价值电子设备/芯片，该产品弥补了这块短板和缺失，并体现出一定的技术竞争力。 硬件黑客与硬件安全攻防人员的博弈未来会愈演愈烈，类似本产品的高级渗透检测工具和渗透检测技术理念、方法在未来大国博弈、军工电子安全技术、芯片安全、工控底层安全、物联网底层安全、车联网底层安全等方面起着决定性作用。 2. 产品概述 BTS1002是一台多接口精密触发故障注入仪，同时也是一台传统的网络底层攻防渗透工具和混合网关，将三者有效交叉融合，根据不同的触发条件和精准触发滞后时间配置，可在准确的时间对被测对象（包括但不限于汽车电子、CPU/MCU/GPU芯片、机器人、无人机、金融设备、军工电子、工控设备等其它关键基础设施对象）的关键信号位置发出高度可调、可控、可配置的故障注入信号（电压注入、信号注入、时钟注入、掉电注入等），根据被测对象不同的应用属性（CPU指令集、固件运行、安全认证、关键控制指令执行、幅频响应、波特图特性等），深入网络底层从另一安全维度对被测对象开展安全检测、安全分析、攻防渗透测试。 3. 产品价值3.1 业务价值 l 该设备是先进生产力工具，可有效提升客户高端安全检测服务能力和盲区，尤其涉及本产品相关的高附加值服务，提升客户或企业自身安全技术服务能力口碑、形象、竞争力。 l 通过本设备可搭建真实可信赖的故障注入网络仿真及攻防渗透测试环境，在特定数据帧的触发或CPU特定指令运行状态下精准实施故障注入，验证用户设计构想。 l 深入底层检测硬件电子设备、芯片的安全（固件安全、电路安全、协议安全、CPU性能、指令集安全、芯片制造工艺安全、基础元器件/接口芯片频率响应、滤波抑制效果等），助力电子设备厂商、芯片厂商、质量检测厂商、安全实验室、科研机构更早的发现问题。 l 网络底层相关安全赛事、演示支持，有一定的观赏性和警示性，因被测硬件电子设备种类不限，从车联网、物联网、工控各类控制设备、低功耗采集设备、网关设备到手机、电脑、无人机、军工电子设备、金融设备等均可作为被测对象，结合被测对象业务属性精准实施故障注入。 3.2 技术价值 l 故障注入技术直击CPU指令集底层晶体管逻辑阵列，让传统暴力破解不在受基于CPU算力、加密算法复杂性、先进性等因素影响。 l 提供了一种新的、非常规RAM敏感数据、堆栈数据刷写的技术途径。 l 针对密钥提取应用，提供了一种新的密钥提取渗透技术方法。 l 将故障注入技术和传统网络渗透技术融合应用，对身份认证、权限绕过、加解密算法缺陷验证、关键控制逻辑等敏感业务提供了新的底层渗透和验证方法。 4. 典型应用 l 侧信道攻击渗透测试 l 芯片故障注入渗透测试（CPU/MCU/GPU等） l 车联网本地网络及电子部件故障注入渗透测试（ECU/TBOX/IVI/RTU/DTU等） l 智能设备故障注入渗透测试（IOT/机器人/无人机/手机/服务器/智能家居等） l 工业、电力设备故障注入渗透测试（控制器/采集器/PLC/网关等） l 金融设备故障注入渗透测试 l 军工电子故障注入渗透测试 l 硬件破解攻防大赛成果演示 l 高校教育、电子技术基础学科培训 注：请合法、合规使用本设备，禁止在非正常商业模式下非法、恶意使用 5. 典型客户 Ø 芯片设计、芯片制造、芯片集成应用厂商 Ø 汽车制造、汽车电子上下游部件厂商 Ø 敏感IOT/硬件终端/智能设备研发厂商 Ø 金融及银行敏感设备研发厂商 Ø 工控电力集成/应用厂商 Ø 第三方安全检测机构、企业网络安全实验室/网络安全团队 Ø 高校、科研院所、政府机构、军工 Ø 网络安全赛事举办方、网络安全行业协会 Ø 白帽硬件黑客安全团队… 6. 技术特征 Ø 2通道毛刺故障注入输出(CH1&CH2)，可支持差模毛刺、共模毛刺注入。 12bit垂直精度，电压幅度精确连续可调，误差<5%，配合CF外部校正因子，可进一步降低误差 200V高压注入（@Rload=1MΩ），满足高压注入应用场景 脉宽<150ns（@VP+=10V,Rload=1MΩ） 上升沿<80ns，下降沿<140ns（@VP+=10V,Rload=1MΩ） 低输出阻抗（typ. = 275Ω@CH1,CH2） 支持盲注、循环故障注入 Ø 1通道掉电故障注入输出 支持20A瞬时电流掉电注入，满足大电压掉电注入应用场景（最大可支持12V输入） 掉电时长可精确配置（1us~200us精确可调） 支持盲注、循环故障注入 Ø 丰富的故障注入触发模式 8种触发源（LAN1(100base-tx) /RS232/UART/RS485/LIN/CAN/EXT/Manual） 触发报文长度和内容灵活可调(支持HEX/ASCII格式输入) 外部触发支持上升沿、下降沿、边沿三种触发模式，兼容TTL、CMOS触发电平 支持延迟触发故障注入，延迟时间280ns~80s连续精准可调（分辨率：1ns），针对CPU/ MCU/GPU指令执行精准注入 Ø 丰富的外设通信接口 支持LAN1、RS232、UART、RS48、LIN(支持主从模式)、CAN外设高速通信接口， Ø 丰富且强大的路由网关功能 支持在任意外设通信接口间或接口自身实现报文路由转发 高吞吐率，满足复杂网络环境报文采集、分析、路由转发 报文过滤路由配置，有效提升协议分析和触发机制的高效性 Ø 直流+12V/DC供电（配AC/DC工业电源适配器），低功耗设计，可电池供电，适合野外 作业 Ø 工业级标准设计，高可靠性、高稳定性、高ESD防护性 Ø 专业的上位机故障注入控制软件，操作简单、实用 Ø 支持基于用户自主控制的传统网络安全攻防渗透应用（多协议欺骗攻击、重放攻击、MIT M攻击、IOT防火墙、安全网关、探针、IPS、IDS） Ø 支持基于用户自主控制的“软网闸”应用 Ø 支持传统网络底层多协议DOS攻击渗透测试（MAC/ARP/IP地址池DOS攻击、TCP/UDP/ ICMP泛洪攻击、SYS全连接/半连接DOS攻击、LAND攻击、DHCP服务器DOS攻击等） Ø 支持传统网络底层扫描渗透测试（ARP扫描、IP扫描、端口扫描、DHCP服务端/客户端欺骗攻击、中间人监听攻击等） Ø 支持二次定制开发、客户自有系统级联对接 Ø 专利产品、纯自主研发，高标准技术支持和售后服务理念 Ø 电源电压、CPU温度在线检测辅助功能，方便野外电池供电作业

故障注入在 ECU 中的应用 现有解决方案存在的问题 最终用户要求一个可以检测汽车 ECU 的可靠性的系统，该系统最主要的任务是替换现有的半实物仿真（应用于新品测试），使之更加灵活且降低成本。现有的系统是有客户公司开发的一个手动的故障仿真方法。基本上，要想仿真一个故障，如果是仿真短路，操作人员就得手动把两根线短接，要仿真断路，得手动断开，相似的，要想仿真其他的故障，得手动将线路接高电平或者接地，再或者手动接到其他的信号源上模拟错误信号，可见，这种方法存在着诸多问题，首先是手动切换速度慢，会因为操作人员的失误而产生错误，而且成本较高。而把这些所有的工作交给电子系统后，就可以大幅的缩短测试时间，减少失误，降低成本。 图 1   使用插线面板来进行故障注入测试   在 ECU 的设计过程中进行故障模拟，可以测试其可靠性，从而保证在汽车出现问题时驾驶员和乘客的安全。 ECU 依靠一些传感器和控制器的信号以及固件的指令通过计算来控制汽车，而通常这些传感器本身的工作环境十分恶劣，因此这些传感器或者是连接线路非常容易出现故障。 ECU 必须像对待真正的故障一样去响应这些故障。测试系统故障的想法不是一个新的东西，而是 ECU 设计中重要的一环，同时会复制一些电气故障，如因为腐蚀引起的短路 / 开路，以及一些因为时间过长老化而形成的故障甚至是设备的错误安装而导致的故障。这是为了确保 ECU 在最坏的情况下做出最正确的判断，可以保证驾驶员可以将车安全的开到修理厂进行修理，最大限度的保障驾驶员和乘客的人身安全。 模块故障注入解决方案 Pickering 提供了一系列的 PXI 故障注入开关单元产品，这些可升级的解决方案可以在硬件环仿真 (HIL) 系统中，仿真和真实生活中的设备的开关信号。故障注入单元（ FIU ）有助于简化验证和加快测试的速度，还有诊断和在 HIL 应用中进行系统集成。以下是一些较为常见的故障注入架构（这是基于我们的 FIU 故障注入单元的实例）。 图 2   单故障总线架构   在图 2 中显示的架构使用的是我们的故障注入单元（ 40-195 和 40-196 ）。在这两个输入连接是成对的，然后组合的一对（开关）也被连接了，这就实现了一个单个总线故障。使用这个架构，可以在以下的方法中实现仿真一系列的故障： ·          任何一个与它的输出端断开的输入 ·          输入端的连接对被短路 ·          任何一个输入端连接到故障总线上 这个故障总线可能是一个电源，系统的地线或者是其他的一些在系统中的连接。如果需要仿真超过一个的故障总线的话，外部的开关必须要用来进行扩展，或者是用到其他的不同的架构。 多路复用故障总线架构 这个在图 3 中显示的架构，提供了一个更加灵活的方案，同时用到的是我们的更多的故障注入模块。用这个架构可以实现许多种故障的仿真： ·          与输出端断开的任何输入端 ·          任何被连接到一两个故障总线的输出端 ·          在故障总线断开的时候，输出端跟其他的输出端短路 在这个架构中，使用的是我们的 40-190 系列的故障注入模块，故障总线将会被断开或者是连接到四个故障状态中的任何一个，这就总线连接到地线，电源或者是其他的一些地方。因为连接是通过单刀单掷的开关来设置的，这就允许故障总线被断开，同时也允许在相邻的两个继电器中的两个信号短路。 图 3    多路复用故障总线结构   故障注入矩阵 我们的故障注入局则很难（ 40-592 和 40-595 ）提供了一个更加复杂的架构，这个架构可以用在很多路的复杂的故障注入测试中。 使用故障注入模块（图 4 ）的公共端是用来连接在 X 轴上的传感器和控制器的。比如说，输入端的一个连接是 X1.1 ，它的输出端是 X1.2 。在这个例子中，故障的状态代表的是相邻的两个继电器的之间的连接。更多复杂的故障如下： ·          输入端和输出端之间的开路 ·          在 X1.2 的输出端的故障，可以用一个接线板来进行故障注入，任何一个输入端到四个故障总线（ Y1 到 Y4 ）中的一个的连接 ·          任何输出端与四个故障总线（ Y5 到 Y8 ）中的一个的连接 ·          使用一个未用的 X 列在未用的 Y 行短路，这样可以在线路中进行短路 ·          利用 Y 轴来添加其他的可用的分流器 可以仿真的故障类型是很多很多的，在 X 轴上的第三个连接可以为该架构添加更多的灵活性。 图 4   故障注入矩阵     图 5   使用实例   我们的故障输入模块可以用在很多个通道之中，故障总线的电流可以是 1Amp  到 30Amp 。 下面的这个图片显示了一个在汽车的 ECU 上使用的基于我们的 PXI 产品的两个故障注入模块。 图 6  Pickering 的 PXI 故障注入模块   若想要了解故障注入模块更多的知识的话请通过邮件联系我们 （虹科电子）。    

随着社会的发展，更多人追求一种更加“绿色”的生活方式。那么非常明显的，电动车将会在汽车行业快速发展。因为电动车载着我们来来回回的往返于工作和超市之间时，可以达到更少的或者零尾气排放，消耗更加少的能源。 然而，电动车是汽车工业方面的一个典型转变 ------ 新的驱动系统，新的技术，新的测试方案等等。随着电子工业车辆的增长，这种交通工具给工业带来了新的测试测验的挑战。 汽车工业已经接受了未来的大多数混合动力和插电式混合动力车使用锂离子电池作为动力能源。这种电池需要一个精心设计的充电系统，来保证电池的寿命和安全。这就意味着，电动车的 BMS （ the Battery Management Systems ）系统问题的有效测试是主要挑战之一 ------ 电子工业需要设法保持电池可以储存高等级的能量来驱动电车。 为了帮助完成 BMS 系统的测试、 DMC 的工程师和软件工程师与 pickering 公司合作，为主要的生产商提供 BMS 测试系统的解决方案。这种解决方案是基于 PXI 模块的电池系统仿真。在本文中，我们将会讨论到一些必要的测试和为什么必须要有这些测试。我们也会展示在这样的系统中是怎样利用 PXI 的及其对于这么复杂的问题 PXI 为什么是一个完美的解决方法。 一．构建和测试一个 BMS 系统 为达到 BMS 系统对电池更先进更稳定的需求，锂离子电池的制作工艺发生了高度的内在变化。通过快速的监视和平衡每个电池组的电荷状态（ SOC ）， BMS 系统必须能够模拟每一个正在模块中工作的电池组。堆栈式电池设计可以无限制的组合好的和坏的单元，并且可以适应大多数环境。这些变化和使用场景使电池组的仿真和有效的电池模拟系统成为必要， BMS 是可以在产品的生产环境中测试模拟电池组顺利使用的方案。 因此 BMS 系统成为了 HEV （ Hybrid-Electric Vehicle ）、 EV 和 PHEV （ Plug-In Electric Vehicle ）电动拖动装置中的关键部件。典型的 BMS 系统控制 ESS （ Energy Storage System ）的所有功能，包括了电池组电压和电流监视，电池电压测量，电池电压平衡，计算电池组的充电状态，电池温度和健康监视，这样就可以保证全部电池组的安全和性能最优化。 BMS 模块和相关的代替模块必须从电池组中通过相关温度、电流、电压的传感器模块中读取电压和输入参数。从这里， BMS 系统必须处理这些参数，并且做出逻辑判断来控制电池组的性能和安全，并且还要通过模拟的、数字的和输出交流，时刻反馈输入状态和工作状态。 BMS 系统的有效测试涉及两个主要功能，第一：精确的模拟传感器和电池组的输入信号；第二：测量、收集并且处理 BMS 系统处理后的数字和模拟信号的结果。 二．为什么 BMS 系统极具挑战性 主要有两个原因分别的验证了电池组 BMS 系统的优越性能。包括安全性和长寿。 很多人都听说过关于锂离子电池在笔记本和手机中爆炸的恐怖故事。好消息是锂离子电池拥有 6 倍于铅酸电池的能量密度， 3 倍于镍 - 金属氢化物电池的能量密度，另外，电池组拥有更大的被回收利用的空间。但是为了增强可用性，每次你把更多的能量压缩进这么小的一个空间，安全隐患有可能增加。 受控的电池能源的释放通过电流电压的形式提供电能。不受控的电池能源释放可以导致有毒物质的释放（比如有毒烟雾），产生火花，高压事件（比如爆炸），或者这些任意的组合。所有的锂离子系统都是使用一种电解液，这种电解液易燃，并且有倾向于“热失控”。当你对这种材料加热，它会达到起振温度，然后开始对自己加热，最终导致起火或者爆炸。 不受控的电能释放可以引起严重的损害，比如如碰撞、刺穿或燃烧，这些虽然可以通过机械安全装置和合适的结构设计来缓和，但是这些现象也可以有电池短路、反常的高耗电功率、形成过热、过度充电或者经常的再充电引起，这些都可以使电池老化。正确的设计和验证电子安全监控系统，是预防这些事故最好的方法，换句话说就是 BMS 。 BMS 可以跟踪电池组的精确电池电荷状态，这样可以维持吃紧的电池寿命。电池过冲过放会严重影响它的使用寿命。因此， BMS 必须包括一个精确的充电检测功能。因为，我们不能直接的测量电池的充电过程，充电百分比必须通过测量一些具体的特征计算出，比如电压，温度，电流或者其他的参数。 BMS 系统可以用来测量和计算这些参数的。验证 BMS 系统对电荷状态计算的精确性对电池组性能和长寿命是至关重要的。 三．电池组仿真 锂离子电池有一个磷酸铁锂阴极和一个石墨阳极，标示了 3.2V 的开路电压和典型的充电电压 3.6V 。镍钴锰酸锂（ NMC ）氧化物阴极和石墨阳极标示了 3.7V 的电压，最大充电电压 4.2V 。一个典型的汽车专用的电池串联了 96 个电池模块，有能力产生超过 350V 的电压。高电压与低电压相比，允许能量通过较细的线缆转化到驱动系统，损失更少的能量。但是，如果要避免损坏电子系统，高电压就需要精细化管理。在真实的电池组中测试和验证新的 BMS 系统不是一个可行的解决方法。因为一个错误有可能导致非常严重的损坏，也可能伤到测试员。测试也不可以一遍又一遍的重复执行。只有当非常有信心的时候才可以把 BMS 连接到真正的电池组中。另一个问题是故障和实际的电池组的特征不能多样化的模拟 BMS 可以处理的情形。故障注入的时候，尤其在产品开发研制阶段，对成功验证硬件和软件的设计是否可靠是非常重要的。 DMC 与 pickering 合作，要求电池模拟系统可以模拟低电压电池组，来验证 BMS 系统的可行性。电池组的每一个电池模块输出电压都是编程好的，并且电池组必须有能力处理充放电状态。 四．设计挑战 Pickering 公司已经有在移动应用方面设计单槽的 PXI 电池模拟模块的经验。所以，接下来一个可行性的设计开始进行了。为了保持系统的简洁和低成本，最后决定我们需要尽可能的把更多的通道设计到一个模块里面。而且，这个产品价格应用于汽车行业还是合理的。 并不是消极的说，设计高密度、多单元的电池模拟器， PXI 并不是理想的平台，但也并不是不可能，不过模块的设计的确会限制某些功能。然而，所有 PXI 模块处理这种测试的可用性和 PXI 被广泛的接受，这就表示我们必须专注于 PXI 的解决方案。 很明显的，最终产品必须使用起来更加可靠、简洁、安全。一个 PXI 机箱通常可以支持多大 18 个外围槽位。所以设计简洁的结构的要求就需要每个槽位可以模拟 6 个单元的电池组 ------ 一个机箱的 16 个模块可以模拟 96 个电池组。这种密度限制了每个电池的设计。这种要求很难达到最终用户的项目时间要求。所以大部分的组件必须是现成的可利用的。 每个单元都必须有能力提供高达 300mA 的电流和形成超过 4.2V 的电压。机箱背板为每个槽位和整个系统提供足够的能源，这对机箱背板来说是一个重要的挑战 ----- 值得注意的是我们还需要瞬态响应来模拟电池。 PXI 背板可以提供为每个模块提供 6A 电流和 5V 的电压 ----- 到目前为止，大部分的 PXI 背板都有这个能力。然而，总所周知 5V 的 DC 变换的效率非常低，设计产品的时候就要考虑巨大的能量损耗，这些能量损耗会造成机箱严重发热。解决这个问题的方案是，给内部模块供电以 +5V 为主，以 +12V 和 -12V 来作为补充。 通过一个快速线性稳压器，每一个电池仿真模块单元使用单独固定的 DC--DC 变换来分别供电，。快速线性稳压器要求允许电池在模拟的时候可以不使用低压调整，也可以不使用过大的输出解耦电容。 在最坏的情况下，所需的线性稳压器可以使大量的能量散发出去。但是，很明显的，在模块里面的每个电池都非常受限于空间，这就会反过来限制稳压器的散热效果。解决这个问题的办法是使用汽车专用的可以抵抗高温的、装入热保险丝的和用铜覆盖 PCB 表面的特殊设计的稳压器。在 PXI 机箱中，有效率的冷却系统保证了 PCB 表面的空气流动 -----PXI 标准的另一个方面，当激活装置安装到 PXI 模块的底部的时候，可以很好地在这种应用类型下工作。   安全性和绝缘性也是重大的设计挑战。在电池模块中， 96 个单元串联在一起，如果每个单元都输出标示的电压 4.2V ，那么将会导致输出高达致命的输出电压。隔离层必须设计成可以抵抗大于两倍的模块单元间的电压，目前还是采用程序控制的电池模块。有一个方案是使用数字的光电隔离器来给 PXI 背板提供控制接口，保险连锁装置定义允许使用者提供这种方式连接模块，如果使用者没有使用线缆连接 PXI 的前面板，那么整个系统将会关闭。 BMS 系统也需要仿真电池充电的过程。 BMS 必须可以有能力两者兼顾，但是要求的反向电流往往比源电流小得多。这个问题通过在设计中添加可以提供预加载电源的集成的可编程电流负荷来解决。当 BMS 正在充电时，电流负荷可以保证源电流电源的供应。 所有的这些挑战和解决方案被评估之后， pickering 公司提议设计组合一个新的 6 通道的电池模拟模块来达到 DMC 的要求。经过双方交流，修改设计和问题澄清的预期性能之后，现在 DMC 已经下单预定这种电池仿真模块。 五． Pickering 公司在这种测试系统设计与实现 Pickering 公司不断的改进这个设计方案，最后设计了第一个模块。就是现在的 41-752 模块。这种调整不仅仅局限于硬件设计，还有测试方面等方面的挑战。 rt 软件支持团队与硬件设计团队同时工作生产首个有能力的测试模块硬件和二次开发软件，包括手工软面板，通过手工面板使用者可以控制每个模块中的每个电池。 直到这个模块表现出出色的性能， pickering 将生产的其他模块寄给了 DMC 。 DMC 把这种解决方案整合进了他们的测试系统，然后发送给最终用户。经过成功的尝试和一些小的设计调整，用户开始购买这种模块，从此商业领域便有了 41-752 模块。 现在市场上是可以购买到 41-752 模块的，它支持 6 通道 7V 电压、 300mA 电流的电池模拟仿真。高电压隔离层最高可承受 750V ，允许通过 D-Type 串联更多的电池单元。一个灵活的安全锁装置可以保证系统可以非常安全的运行。 Pickering 的 40-923 机箱可以支持大功率模块，它就可以提供足够大的电压和电流来达到仿真高达 108 个电池单元的要求。 六． PXI 在其他测试领域的应用 除了电池模拟仿真之外， PXI 模块还可以模拟温度传感器、数字和模拟 I/O 口、电池组输出端的高电压和 BMS 与 CAN 口之间的通讯。系统由外两个 PXI 机箱和外部电路组成。整个系统非常的紧凑，被嵌入一个 1.5 米的架子中，完全达到了客户的需求。 七．总结 在未来几年，我们将会在道路上看到越来越多的混合动力或者电力的电动车。为了保证电池的寿命和防止系统的损害， BMS 是一个非常好的选择。将会非常满足客户的测试要求。 PXI 测试系统做到体积更小、费用更低、更加安全可靠。   更多 PXI 、 PCI 资料请联系 wsj@hkaco.com 原文地址： http://wiki.pickeringtest.net/Developing+a+Battery+Management+Test+System?__hstc=256762388.26e3605660464ca01b1036db865f2fae.1409970954151.1414928196839.1414971041192.39__hssc=256762388.2.1414971041192__hsfp=205712518

 行业资讯-上海汽车测试和质量监控博览会 Pickering Interfaces是汽车测试和仿真行业信号开关和仪器的领导者，将在上海汽车测试展展出PXI和PCI、以太网LXI开关解决方案。 展会时间：9月15-17日，地址：上海光大会展中心。我们的展位是 8003 （上楼左手边即是），欢迎您的光临！    展出的产品主要包括故障注入模块，大功率切换开关，可编程电阻，射频微波开关还有LXI 系列产品。以下是将会展出的部分产品： 新发布的PXI故障注入模块 – Pickering的新的故障注入模块40-200 是专门在 CAN总线 和 FlexRay 上模拟常见故障的产品。故障注入模块40-201 是专门为高速通讯AFDX和千兆以太网设计的。以上两个模块都可以模拟在数据链路上的开路、短路和数据链路与外部的电源或者是地线短路等故障。   PXI和PCI故障注入开关模块 – PCI故障注入模块 50-190 拥有75, 64 或者36通道上支持2A电流的性能，它们也是专门为汽车电子和航空电子应用而设计的，用于对重要的控制器进行可靠性的测试的。另外，PXI故障注入模块40-199 可以在10个通道上都切换10A的电流，并且可以组合成支持20A电流的模块。   PXI大功率开关模块 – 专门用于汽车电子测试，40-553 矩阵模块可以支持200V电压下的10A电流，40-651 是高密度的支持5A电流的多样化的开关模块，拥有12种不同的配置方式。 PXI和PCI程控电阻模块 – PXI程控电阻模块40-294 (同样也有PCI接口的，型号为50-294) 的主要特色是拥有低密度和低成本，可以用来模拟变化的电阻信号。这个模块拥有12种不同电阻配置，分辨率从0.25欧姆到2欧姆，通道数为2个或者是4 个。在展会展出的也有PCI程控电阻模块 50-297 (同样也有PXI接口的，型号为40-297)，可以在一个槽位上提供18个通道，同时分辨率可低至0.125欧姆。   应变力仿真模块 – 40-265 模块(同样也有PCI接口的，型号为50-265)可以仿真应变片，这是一种测试应变计和其他的工业系统的理想方案。   Pickering Interfaces所有的PXI模块都可以用在任何的PXI机箱中，可以按照在PXIe机箱的混合槽位中，也可以用在LXI机箱中，以便客户通过以太网接口对其进行远程控制。   同时将会展出一款新的 开关系统测试工具 eBIRST 。这些工具专门是为Pickering的PXI, PCI或者LXI (以太网)产品而设计的，可以迅速地检测到开关系统中的错误，并快速地定位到出现故障的位置，可以在软件面板中直接看到出现故障的继电器。   Pickering Interfaces为所有的产品提供3年的保修期，并提供长期的技术支持！想要了解价格和其他的使用的知识，请联系 sales@hkaco.com 。

众所周知，科技在我们的身边随处可见。每天都有一些新的应用方案被发布出来，大部分是在汽车，个人电脑，机械和家庭影院等方面的，这种情况在过去的几年中是很少存在的。每一年，都有带有更高性能和更便利的操作性的产品和系统被发布出来，而且它们常常比旧版本拥有更加实惠的价格。 我们的市场主导型经济的基础是需要生产人们会愿意购买的新产品。在本质上，科技驱动着市场指导型经济和很多发展中国家的经济的发展。 但是，随着科技的进步，测试技术和他们的发展战略也是需要改变的。在今天，测试的要求包括了对传感器的仿真、故障注入、高速数据传输和日益增长的准确性的要求。在所有的这些要求都可以实现的前提下，测试吞吐量的需求不断增加，并且要求拥有更低的费用。但是，这往往是我们的工厂中的一个巨大的难题，这似乎表明了想要继续跟随科技的发展来生产产品的前途是多么的令人担忧。 幸运的是，测试测量的工厂已经开发了一些能够满足这些需求的新的解决方案。通常情况下，这些方案都利用到了PXI平台，这是一个引人注目的灵活的平台。在过去的十几年间，在PXI联盟（PXISA）里有50多个会员持续地创造出一些可以适应最新的科技技术的产品。事实上，在PXI平台上开发出来的一些独一无二的测试方案，这在其他的平台上往往是不可以实现的。 一、 为什么要选择PXI PXI平台的成功在很多方面是显而易见的。拥有很多供应商，很多产品，还有很多很多成功的应用案例，这些都是主要的原因。除了这些，还有以下的一些理由： 1．软件方面的选择 很多可编程的语言，包括实时操作系统（RTOS）和专门的应用软件像硬件在环仿真（HILS），它们使得PXI变得更加容易； 2．灵活的连接性能 因为只有将硬件连接到被测设备中才会发挥硬件的真正的作用，所以，很多供应商都创造了很多可以相互连接并在PXI平台能够顺利工作的产品； 3．企业的创造性 在小规格的3U在刚发布的时候（1997年），很多人都会说当这些用到VXI平台的时候，将会限制了接受的信号的带宽和密度。庆幸的是，这些反对者是错的。在单个矩阵中拥有4000到8000个的继电器，1000V电压的隔离，还有拥有6GHz信号传输功能的射频设备，在PXI平台是可以实现的； 4．兼容其他平台 在很多的例子中，混合测试系统是常见的。因为测试的可用性，测试预算对硬件重复利用的要求，还有外部测试系统的升级等原因，PXI平台能够跟其他的环境中的设备顺畅地运作； 5．系统集成 一些测试企业已经将PXI平台作为很多平台的解决方案，他们有能力PXI加入到更多的成功应用中去。 说了这么多选择PXI平台的原因，下面就说说怎么样利用PXI。因为我们不能都将那些关于PXI平台的成功的应用的案例都介绍了，所以，现在就来介绍一下专门用在UUT操作环境中的仿真的方案。这就假定了每一个测试系统都是汽车，PC，或者是以UUT结束的系统的模拟。但是，新的应用就需要新的模拟仿真技术，这也是我们想要展现的。 二、 汽车ECU故障注入 1．客户概况 该客户是法国的一个处于领先地位的集成商，他们开发和设计多功能的用于汽车和航空航天方面的校验测试方案。 2．应用需求 最终的用户要求是用这个测试系统来校验设计好的电子控制单元（简写是ECU，也可以叫做动力系统控制模块，PCM，或者是发动机控制模块，ECM）的可靠性。 这个系统的集成商收到的要求是寻找一种更加灵活的、费用又少的专门的硬件在环测试方案。目前有的系统是在国内生产的，使用的是人工来进行故障的模拟仿真。想要注入一个故障，操作员就需要移动接线板上的线缆短接在一起，用力卡住电源电压线和地线，或者是输入故障传感器数据。这样的方式是非常的慢的，也会导致人为错误，而且也是非常昂贵的。鉴于对电子系统故障的担忧，和追求更低的成本，需要改变设计的策略。 在设计和校验ECU的过程中，故障模拟是一种实现可靠性和固件校验的目的而做的预测方式，最终是为了确保驾驶员和乘客的安全。ECU的工作是依靠从很多传感器中和控制器中传来的信息来决定怎么样去对正在工作的器件进行操作。这些传感器本身一般是工作在极度恶劣的环境中，所以可以断言，这些传感器或者彼此之间的连接会出现问题。ECU必须对这些故障和现实中的系统故障做出正确的反应，否则就会引起事故。 这种对系统故障进行测试的想法不是最近才出现的。它是ECU校验的一个重要的部分，同时包含了系统内部的电子故障的呈现。测试的过程主要是模拟很多种可能因为腐蚀、短路、开路和由于失效、寿命、损坏或者是不正确的安装而引起的电子故障； 3．解决方案 PXI为硬件在环仿真提供了一个开放的平台。把多种多样的来自Pickering Interfaces的可用的硬件和其他供应商的产品组合在一起，可以专门为这个系统提供一个最灵活可调和低费用的方案。模块化和PXI的开放性使得集成商可以设计一个可以升级的带有丰富的演变潜力的方案。 图1  汽车ECU故障注入测试 有很多种PXI的故障注入开关模块是专门为了协助汽车和航空电子应用而设计的，包括测试关键控制器的可靠性的模拟仿真。从上面的图中，你可以看到在这个测试方案中，故障注入模块是怎么样进行工作的。这些开关模块是为了选择在固定装置和UUT之间的故障的状态的路径。这些故障包括了在UUT连接器开路、短路，和跟其他信号如电源、点火和地线之间的短路。串行总线故障也可以通过电流来注入。 其他的模拟仿真系统也是可以商用的。但是，它们的特点就是与其他的供应商的产品不兼容，同时也是非常昂贵的。 另外，每一个供应商提供的PXI产品必须为RTOS提供软件驱动，这是硬件在环模拟的关键要求。RTOS的这个主要的缘由是测试的确定性：UUT的反馈，特别是安全方面，必须在准确的时间里确保乘客的安全。 这个方案是在3U的机箱中使用的。来自我们Pickering Interfaces的模块产品包含了24个用来选择故障注入信号的模块（一个模块是40A电流的开关40-191，22个模块是20A的，另一个是2A的模块），外加上用来模拟传感器的程控电阻模块。 由于PXI是一个开放的平台，所以其他的供应商提供的模块是兼容的，包含了FPGA功能和CAN/LIN通讯协议。除了拥有费用和灵活性等方面的优点，PXI方案的也提高了测试系统的性能，并且相对于原先的系统的线路更加整洁了。 三、 卫星负载测试 1．客户概况 客户是一个提供一些包括地球观测、科学和通讯等应用方面的空间业务的主导地位的公司。这个公司设计、生产和操作高性能的卫星和地面系统，这些是跟空间任务有联系的一部分的业务。 2．应用需求 卫星负载系统测试主要是为了以下几个目的。第一，由于硬件是非常昂贵的，并且要进行很多的测试。第二，在发射之后出现一个故障的话，维修是非常困难的，而且，想要把卫星回收进行维修是不可能的。 卫星系统和负载系统是非常复杂的，它们由很多个多种功能的子系统组成的。传统的卫星开发生产工作是按照一定流程来的：先是描述所有的东西，设计说明书，测试原型，然后就组装和校验飞行单元。这样的生产流程是非常的消耗时间的，不适合快速的完成，所以为了节省费用，就必须要设计一种灵活的方案。 模拟技术的使用，可以节省时间和费用。使用COTS（CheckOut Test Set）部件和标准的工具，一个子系统的模拟器可以进项开发和测试，而不用做成一个飞行水平的设备，这样做往往只需要比较低的费用就可以了。 下面是这个项目的主要的两个优点： 这样的设计远远地超过了主要产品的开发阶段，这就允许在一开始的阶段就对内部的问题进行检查和解决，同时是减少了对于飞行设备的重启的费用； 接口的模拟仿真器可以用来进行系统集成测试，这就超乎想象地解决了校验和子系统的集成方面的难题。这个特别是在一个很大的系统中的一个小系统是外包给其他供应商的情况下是非常有效的。不像硬件一样，这个模拟仿真器是开放的。 3．解决方案 当把这个最新的模拟仿真设备的硬件介绍给客户的时候，客户并不选择把它放在曾经的工具和方案上。而是，在现有的预算的范围内选择了可用的，也存在可能的、可以看得到的工程方案。 这个方案最终是基于PXI基础的硬件，Pickering Interfaces也作为一个主要的供应商。客户选择我们这个方案的理由是：“这个方案满足了我们的设备的要求，而不是我们的设备去迁就这个方案”。 考虑到热控制系统是监控卫星内部的主要的温度的，所以就需要用到PXI高密度高精度的电阻模块。六个模块是用来仿真36个航空水平的温度范围在-80℃到+55℃电热调节器。这些PXI的高精度电阻模块，是商业上可用的并且可以覆盖这些电热调解气的模拟仿真范围要求的方案。 除了高精度电阻模块，Pickering Interfaces也提供了用于信号和高功率的开关卡，带隔离的电源卡，还有MIL-STD-1553总线分析仪模块。开关模块的主要的功能是将接口路径隔离，模拟射频开关的反馈和分配通过多个路径的负载通道。 四、 柴油发动机温度模拟仿真 1．客户概况 客户是世界上的一个大型柴油机的市场主导者，他们生产的产品是用在轮船或者是一些大功率的场所。部分的发动机是为一种新型的几乎是世界上最大的货运轮船提供的。 2．应用需求 这些在海上航行的大型的柴油发动机中的控制器需要配有很多用于检测发动机是否正常运行的传感器。这主要是因为发动机盖的偏移，这就意味着需要用很多传感器来确保发动机工作在合适的范围内，然后能够迅速地找到温度过高的点。如果想要拿到一个实体的发动机来进行测试的话是比较难的，况且想要达到工作的温度的话在时间方面而言也是比较困难的。传感器的模拟方案提供了一种并不需要实体发动机在手的一种实惠的测试方法。 图2  超大功率发动机 这套设备包括了开发了支持40000kW的功率的柴油发动机的ECU，40000kW可是相当于55000马力。除了其他的的ECU测试，有一个要求是需要模拟仿真PT100温度传感器的144个通道。这些传感器是RTDs而不是热电偶。温度的范围是-20℃到+250℃，这等效于电阻范围是92.160342Ω到194.074250Ω。同时也需要很高的精度，在-20℃的时候是±0.11℃（等效于±43mΩ）和在250℃的时候是误差±0.65℃（相当于220mΩ）。 客户的最初的模拟传感器的方法是手动操作的。里面包含了288个电位计，包含粗调和微调功能，同时还有144个用来进行短路操作的开关，外带144个用来进行模拟传感器的连接器的开路的情况的开关。所有的这些东西都是手动控制的。这就明显需要自动操作，还有就是提高性能和可重复性。 3．解决方案 由于在PXI平台上已经有很多可以进行测试测量和模拟仿真的模块，还有要求的是要支持RTOS实时操作系统软件，PXI自然而然就成为了这个新的产品设计中选择的平台。 这个方案开发的是用在一个3U插槽中的支持6通道的RTD模拟仿真，或者是在两个插槽中支持18个通道。根据现有的设计原则，这个模块提供的2mΩ的分辨率和在所有通道上有低于0.1%的精度。每一个模拟仿真通道可以提供一个开路或者是短路的功能，这用来模拟传感器的连接的错误。另外，每一个传感器通道的校准是可以通过连接模块的校准接口道一个高性能万用表上来完成。电阻的简洁的应用使得编程变成简单，通过API函数来将在实际中应用的发动机上的传感器的温度转换为电阻。 最终的产品是一种可以高性能地模拟PT100或者是PT1000 RTDs的廉价的方案。容纳在16个PXI 3U插槽中的8个模块就可以模拟PT100传感器的144个通道。 五、 总结 在这三个应用中，表明了PXI产品可以模拟很多应用中的需要的信号，包括消费者、运输工具和航天器。PXI拥有高密度，这个可以使得系统测试可以在测试平台上就可以进行，同时也可以完美地满足客户的需求，还支持一些特殊的类似RTOS这样的环境。 关于作者 Shaun Fuller，是Pickering Interface 的开关模块产品的经理，拥有20年的相关方面的工作经验。 Bob Stasonis，是Pickering Interface的美国和亚洲地区的销售主管，在过去的30年间，Bob 一直从事相关方面的工作，同时也担任过PXI联盟（PXISA）的主席，在LXI应用领域也有所建树。 郑南润，本文译者，Pickering Interface中国一级代理广州虹科电子科技有限公司的区域经理，主要负责测试测量领域中的Pickering Interface产品在中国华南区的技术与销售服务。 声明： 本文是经作者授权后进行翻译形成的，目的是让更多的工程师或者用户了解到PXI领域的应用案例，帮助他们设计更加便捷、高效和低成本的方案。如果文中的描述存在不妥之处，欢迎各位读者及时指出。 转载本文时，请注明出处。