基于仿真的嵌入式诊断设计方法

合并可复用的信号/参数。对于故障表征在同一信号上的故障模式，其检测参数可复用，以增加电路的利用率，减小检测电路/算法的体积/规模。

②等效处理特征信号/参数。对于获取存在困难的信号/参数可通过仿真分析，选用易于实现的等效信号/参数进行检测，选择时可优先考虑已使用的检测信号/参数，以及对故障状态表征信号灵敏度较高的电路参数/信号。

　　图4 案例电路的电路功能仿真结果

2.3 信号处理策略设计

信号处理策略设计即是在确定的诊断用信号/参数集的基础上，确定其采集和分析处理方法，如对信号/参数所作的调整、变换和传输，包括放大、衰减、滤波、整流、统计分析、频谱分析和A/D变换等。本案例中，为实现在线诊断，可将各类信号转换成数字量信号由处理器统一进行采集处理。总结得到各故障模式的检测信号/参数及其检测手段，如表3中相应列所示。

表3 音频处理单元案例各故障模式的检测参数及处理方法

2.4 建立诊断对象的故障-信号-测试矩阵

结合故障一测试矩阵(诊断逻辑)和确定的各故障模式的检测参数及其检测处理方法，可形成诊断对象的故障-信号-测试矩阵。其根据各故障状态下需检测的信号/参数特性，将建模分析得到的诊断逻辑中的测试点测试结果以实际电路信号/参数特征量的形式表征，即得到诊断逻辑的实现策略。故障-信号-测试相关性矩阵示例如表4所示。

表4 故障-信号-测试相关性矩阵示例

2.5 机内诊断方案设计

根据确定的故障-信号-测试矩阵、需检测参数的检测手段及信号处理方法等，确定机内诊断设计方案。

①机内诊断推理代码/程序设计。将根据具象化的诊断策略(故障-信号-测试相关性矩阵)，设计机内诊断推理代码，并结合产品功能原理，以最优的软硬件规模，设计实现诊断推理代码。代码可以以控制程序的形式加载到处理器中;也可以以查询语句的形式存储在ROM中。

②实现信息处理设计。即以实际电路和算法实现对诊断所需信号/参数的采集和处理。

③得到诊断结果。以周期BIT为例，在线诊断时，以设计的采集处理电路周期性监测各相关信号，根据监测结果，依机内诊断推理代码输出诊断结果，实现机内诊断设计。

在案例电路中，可选用诊断设计电路包括如真有效值(RMS)测量电路、模数转换电路、处理器及其外围电路三大部分，如图5所示。图中，RMS测量电路，可采用专用的真有效值测量集成电路芯片来实现;A/D转换电路，需转换信号为5路，配合处理器，使用满足要求的8位或12位A/D转换芯片即可;处理器则依据电路特性和诊断需求，使用一般单片机、DSP或FPGA等都可实现。

　　图5 诊断设计功能框图

依据选用的处理器，将2.1节所述的故障-信号-测试相关性矩阵设计为合适的诊断代码，载入处理器中;各类诊断用信号经过相应的处理，由处理器进行统一的采集分析;依据采集的信号状态和内置的诊断逻辑，可采用门限比较法，得到案例电路的诊断结果。

　　3 结束语

将测试性建模分析和EDA仿真分析手段有效结合，论述了一种基于仿真的诊断设计方法。其以测试性建模分析得到的故障一测试相关性矩阵为基础，依据EDA功能及故障仿真分析，获取诊断所需的检测信号/参数状态并确定信号处理方法，从而构建得到一种故障一信号一测试相关性矩阵，用以指导产品的嵌入式诊断设计。文中基于工程案例，对该嵌入式诊断设计方法进行了详细介绍，依据文中案例，通过适当添加软硬件电路，采集9个测试点上的信号，即可实现对案例诊断对象18种故障模式的有效检测和隔离。该方法为将测试性仿真分析得到的最优诊断策略应用于工程实际提供了思路和途径，为产品嵌入式诊断设计实现提供了有效指导。