摘要：新能源汽車的整車控制器（VCU）屬于核心單元，負責整車功率、能量控制和網絡、安全管理功能。為有效保證國產芯片方案整車控制器的生產質量，文章開展了整車控制器產品生產質量控制的功能測試和整車下線流程（EOL）測試技術研究，并研制了相關測試設備，實現國產芯片方案整車控制器的生產質量控制。
伴隨美國對芯片領域的封鎖和持續的全球性芯片短缺，我國從國家層面到企業層面都意識到芯片自主可控的重要性。國內的主機廠都紛紛開始啟動基于國產芯片的電控零部件的配套工作[1]。
汽車是一個復雜的環境，電子元件必須能夠在高溫、低溫、濕度、振動和其他惡劣條件下正常運行，且長時間穩定運行而不受損壞或衰減。為減少故障和事故的風險，保護駕駛員和乘客的安全，汽車電子的安全和可靠性至關重要。我國汽車芯片設計和工藝研究起步較晚，經驗積累嚴重不足，國產化芯片的不成熟、質量水平波動等問題[2]成為制約其車規應用的障礙。對于目前階段國產化芯片的質量控制水平，即使芯片出廠進行相對完整的測試和篩選，但是在整車控制器的生產中，芯片出廠后本身的質量缺陷仍會帶來控制器產品的質量問題，為有效保證國產芯片方案整車控制器的生產質量，本文開展了國產芯片方案整車控制器的生產質量控制關鍵技術研究，并研制相關測試設備。
1 生產質量控制關鍵技術研究及設備研制
車規電控產品在生產過程中，功能測試和下線流程（End Of Line, EOL）測試是保證產品質量的重要環節[3-5]。
1.1 功能測試技術及設備研發
1.1.1功能測試需求
生產現場的功能測試，既要滿足功能的覆蓋度，又要滿足生產節拍的高效性。功能測試設備需要滿足不同型號控制器的測試，并且同一控制器也存在不同的配置的版本，因而需要能夠通過改變相關的配置文件來快速適應不同控制器的測試。所有的測試記錄能夠上傳到服務器，便于后續的追溯管理。
經過分析國產芯片的失效案例和對產品功能定義，本文定義了覆蓋通信測試、模擬量測試、數字量測試、脈寬調制（Pulse Width Modulation, PWM）輸出端口測試、高邊驅動測試、低邊驅動測試等11大項35條測試內容，對國產化整車控制器（Vehicle Controller Unit, VCU）產品的功能測試做了完整覆蓋，如表1所示。
表1 功能測試柜測試功能列表
1.1.2功能測試設備研制
為了滿足整車控制器的功能測試（Functional Circuit Test, FCT）和刷寫程序的工序，整體架構采用工控機+板卡+信號調理板的模式，按鈕開關輸入以及四色的信號燈顯示，設計自動化夾具來實現自動、快速的測試要求，設備整體的框圖如圖1所示。
圖1 功能測試設備整體架構圖
測試軟件整體分為上層應用軟件框架和硬件驅動抽象，硬件驅動抽象主要為板卡的驅動程序、信號調理及繼電器矩陣開關驅動程序等，而上位軟件主要用于用戶的人機界面、微電子機械系統（Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS）接口、記錄存儲、測試系列代碼和配置文件等，圖2為功能測試軟件軟件架構框圖。
在配置文件中，主要包含測試系列的配置和硬件的延時時間的配置等。
測試系列的配置：主要是用來配置不同硬件的測試項，以達到柔性化的測試目的，可以通過配置文件來定義所有的測試項和期望的反饋值。
圖2 功能測試軟件軟件架構框圖
延時時間配置：在所有測試項里，基本涉及硬件切換及通訊等待，為了壓縮測試時間，必須定義一套標準時間延遲規范，降低不必要的等待時間。其中涉及的延時系統包括開關卡切換延時、數字萬用表測量延時、電源上電延時、負載卡切換延時、電子負載延時、波形發生器延時、輸入輸出延時及控制器局域網（Controller Area Network,CAN）總線通信協議延時等。
為了提高效率，使用一拖三的設計方式，功能測試柜實物如圖3所示。
1.2 EOL測試技術及設備研發
為了更好地對量產控制器進行質量管控，在生產的最后完全下線需要設計模擬整車環境的測試環節[5]。本文開發的下線自動測試設備，應用于生產現場的最后一道自動化測試工序。
EOL測試設備整體框圖如圖4所示，包括工控機、板卡、信號調理板、工裝和操作按鈕等，操作人員通過控制操作按鈕來控制測試的啟停，測試程序自動導入測試案例運行整車模型與待測控制器進行數據的交互，同時讀取各硬線狀態，通過反饋信號能判斷軟硬件執行是否正常，最終通過指示燈反饋測試的結果。
圖3 功能測試柜實物圖
圖4 EOL測試設備整體框圖
EOL測試設備系統所用整車模型包含駕駛員操作模型、電池模型、電機模型、車輛模型及電氣附件的模型，各個子模型中都包含有豐富的邏輯庫，只需要配置簡單的參數就能匹配到各種項目和車型上。
EOL下線測試設備集成了自動測試軟件組件，能夠自動導入測試案例，自動讀取測試案例，自動運行相關程序，自動生成測試報告?；诎咐械牟僮餍枨竽M駕駛員的啟動、掛擋、加速、制動等相關操作，將駕駛員的指令轉化為物理信號或者通訊信號發送給執行器，待測設備收到執行器的信號以后觸發對應的應用控制程序，發送給測試處理器。測試處理器運行電機、電池及整車動力的相關模型，模擬整車的操作來響應待測設備的應用程序是否正確?；谔囟ǖ母袷竭M行待測設備和測試設備之間的配置文件，將二者的硬件和軟件映射起來。然后將配置文件導入測試組件中，進行解析，具體過程如圖5所示。研制的EOL下線測試設備軟件操作界面和設備實物圖分別如圖6、圖7所示。
圖5 自動測試案例導入流程
圖6 EOL下線測試設備的軟件界面
圖7 EOL下線測試柜的實物圖
2 測試案例的生成
國產MCU在應用的過程中會出現偶發的程序中的某個字段被更改的情況，在電控單元生產過程中，需要設計精確的測試案例來滿足測試覆蓋度的要求，需要花費大量的人力和時間成本。為此，本文開發了一種基于符號執行自動生成測試案例的方法，來提升案例設計的效率。
圖8為符號執行分析流程圖。符號執行就是將輸入變量由符號表達式代替，使用符號表達式的運算模擬待測軟件的執行。在執行過程中會收集各個分支（如if…else…）處與符號變量的約束關系。其實執行過程就是接觸程序的形式化語義來分析代碼的一種方法，具體的說就是求解霍爾邏輯的最弱前置條件。然后使用可滿足性模理論（Satisfiability Modulo Theories, SMT）的求解器，自動生成對應該約束條件下待測程序的執行路徑的測試輸入數據。
圖8 符號執行分析流程圖
具體實施過程如下：首先，需要對源代碼構建程序控制流圖（Control Flow Graph, CFG），然后從CFG的起始位置進行模擬執行，執行過程中遇到的分支節點需要用約束求解器根據兩條分支的可達形判斷出是否繼續執行此路徑，模擬結束時，就可以完成此運行程序所有能達到的路徑的分析，將會得到每一條達到路徑的分析結果。然后采用“系統搜索”，它的搜索空間基于一棵樹，樹上的每一個節點都代表著布爾變量，每條邊意味著布爾變量有兩個選擇，一個true一個false。一棵樹有n個布爾變量公式，2個葉子節點，每一條由根到葉子節點這個路徑都指派一組真值。然后在后端調用SMT 求解器用于計算條件組部分。
得到計算出來的測試案例，將自動保存記錄，圖9為實際應用中所生成的測試案例。
圖9 生成的測試案例
為了確保所生產的測試案例能夠覆蓋程序中的所有語句，本文還利用覆蓋度測試工具CTC++能自動計算測試的覆蓋度，利用開發了相關軟件腳本導入生成的測試案例，將測試案例導入CTC++測試工程里，運行測試腳本執行相關的自動測試和覆蓋率的分析，會自動生成如圖10所示的覆蓋率報告。覆蓋率測試報告根據測試需求會統計語句覆蓋，條件覆蓋，分支覆蓋，修正條件判定（Modified Condition/Decision Coverage, MC/DC）覆蓋等多種維度的覆蓋率統計，便于統計自動生產的測試案例是否足夠覆蓋所有的程序語句，從而保障了程序中的所有字段都是正常未被修改。
圖10 覆蓋率報告
3 結束語
本文針對國產化芯片性能存在差距和質量水平波動等問題，展開整車控制器生產的質量控制關鍵技術研究以及相關測試設備的研制工作，FCT和EOL設備實現功能的覆蓋度和軟件覆蓋率要求，同時通過自動測試實現滿足生產節拍的高效性，有效保證了國產芯片方案整車控制器的生產質量，推進了國產化芯片的車規量產應用。
參考文獻
[1] 趙子垚.補齊芯“鏈”方可自主可控[J].汽車縱橫,2022 (8):60-63.
[2] 劉潤慶.我國汽車芯片發展現狀淺談[J].信息系統工程,2022(10): 62-65.
[3] 汪曉東.Agilent汽車電子產品生產線在線測試系統和功能測試系統[J].國外電子測量技術,2014(5):4-9.
[4] 肖潔,陳竹,申冬海,等.新能源汽車電控系統功能測試平臺的開發[J].客車技術與研究,2021(1):60-62.
[5] 李想.基于CAN和DoIP的汽車EOL診斷檢測系統的設計和開發[D].南京:東南大學,2021.
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