Simulering av hardware in the loop simulation (HIL)
Vid HIL-test (Hardware-in-the-Loop) används programvaran i ett verkligt styrsystem, men miljön simuleras med modeller och elektriska signaler.
HIL ger bättre insikt i hur en inbyggd styrenhet kommer att bete sig i sin driftsmiljö än ren mjukvarutestning, men med en testtäckning som är svår, och ibland till och med omöjlig, att uppnå med fysisk testning.
Hardware-In-the-Loop-simulering, eller HIL, är en mycket kraftfull testmetodik som används för systematisk testning av inbyggd programvara.
Med en bred definition kan man säga att ett HIL-system är ett testsystem där den inbyggda programvara som testas körs på samma styrenhet (ECU, mikrostyrenhet eller annan typ av inbyggd styrenhet) som den kommer att köras på i den avsedda slutapplikationen, och ansluts till samma fysiska gränssnitt som den kommer att interagera med.
Signalerna på dessa gränssnitt leder dock bara till och från testsystemet. Testsystemet emulerar resten av den omgivande miljön. Identiska signaler som styrenheten kommer att uppleva läses och skrivs av testsystemets instrumentering. Miljökomponenter som skulle kunna påverka dessa signaler simuleras av mjukvara i testsystemet, ofta skapad med modelleringsspråk som Simulink.
En mer strikt definition som ofta används är att den inbyggda mjukvara som testas, och de omgivande modellerna, ska exekvera med realtidsnoggrannhet motsvarande den verkliga arbetsmiljön som styrenheten kommer att arbeta i. Detta är fullt möjligt, men ställer högre krav på den hårdvara och mjukvara som används för att bygga testsystemet.
Bygga ett HIL-system
Att bygga ett Hardware-In-the-Loop-system kräver samma kunskap om testning som konventionell mjukvarutestning. Konstruktören måste veta hur man skapar relevanta och väl implementerade testfall med hög testtäckning av den önskade funktionaliteten.
Utöver detta kräver ett HIL-system lika god förståelse för instrumentering, mätteknik, kommunikationsprotokoll, realtidsdatorer och modellkörning. Och sist men inte minst kunskap om hur man integrerar alla dessa komponenter i ett väl fungerande testsystem. För att maximera nyttan bör ett HIL-system också kunna hantera regressionstestning av nya versioner av koden automatiskt. Till exempel genom att hämta, distribuera och exekvera kod från en Jenkins build-server. Novator Solutions har erfarenhet av att implementera alla dessa komponenter
HIL i utvecklingsprocessen
Hardware-In-the-Loop-system har traditionellt betraktats som dyra investeringar som bara lönar sig när produkten styrs av strikta säkerhetsstandarder.
Därför har den främst använts inom fordons- och flygindustrin. Detta är inte nödvändigtvis sant längre. Först och främst kan HIL-system leda till så dramatiska förbättringar i utvecklingsprocessen att investeringen kan betala sig på bara några månader. HIL-testning ger en överlägsen inblick i hur ett inbäddat system kommer att bete sig i sin driftsmiljö som mjukvarutestning inte kan uppnå. Men det ger också en testtäckning som är svår, eller till och med omöjlig, att uppnå med fysisk testning.
Det är t.ex. möjligt att testa situationer som går utöver de begränsningar som omgivande fysiska komponenter säkert kan tillämpa innan de bromsar eller skapar risker för testpersonalen. Det är också möjligt att stresstesta scenarier som skulle vara svåra att återskapa inom en realistisk tidsram i en fysisk testuppställning. Ett HIL-system kan också kombineras med fysiska tester i väntan på att andra delkomponenter ska utvecklas. Detta gör det möjligt att börja med tester i ett tidigare skede, vilket avsevärt kan minska behovet av dyra och tidskrävande labb- och fälttester. På grund av detta kan buggar upptäckas tidigare, vilket förbättrar mjukvarukvaliteten och förkortar tiden till marknaden, vilket i sig kan motivera investeringen i ett HIL-system.
HIL-marknaden har förändrats
För det andra har marknaden för Hardware-In-the-Loop förändrats. Tidigare fanns det få leverantörer och konkurrensen var blygsam. Leverantörerna var nischade mot ett fåtal branscher, vilket förhindrade stordriftsfördelar.
Dessutom var de flesta system helt egenutvecklade, med minimal insyn och möjlighet att anpassa systemen. Leverantörerna tog ett stort ansvar för systemets funktionalitet, men tog ut betydande serviceavgifter även för mycket små förändringar. National Instruments hårdvaruplattformar PXI och KompaktRIO kan både användas för HIL-testning, men också för andra typer av test och mätningar. Detta sänker produktionskostnaden per enhet för den nödvändiga instrumenteringen och CompactRIO möjliggör HIL-system till en bråkdel av den kostnad som normalt förknippas med denna typ av system.
Dessa hårdvaruplattformar, liksom vissa mjukvarukomponenter från ett HIL-system, kan också användas för Rapid Control Prototyping (RCP). Detta kan kort beskrivas som HIL:s motsats: Styrsystemet ersätts av instrumentering och en modell av styrsystemet. Denna kan sedan användas för att validera funktionaliteten och dess algoritmer i ett labb eller ute på fältet. Du kan läsa mer om RCP här.
När Novator Solutions utvecklar HIL-system, baserat på de nämnda hårdvaruplattformarna och programvarorna VeriStand eller LabVIEW, som systemägare har du full insyn och obegränsade användarrättigheter till programvaran. Vi erbjuder supportavtal för att säkerställa långsiktigt underhåll och lång livslängd, men du behåller möjligheten att göra framtida utveckling självständigt.