現(xiàn)在的系統(tǒng)已經(jīng)變得相當復雜，以至于在很多情況下驗證硬件、軟件功能以及正確性的唯一方法是在循環(huán)（HITL,或者有時候也說成HIL）中使用硬件。那么HITL是什么？答案很簡單：視情況而定。大部分討論都把HITL描述為一個由軟件驅動的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)具有模擬和數(shù)字I/O口，跨越基本開關閉合包到RF，試圖復制你的設計必須工作的系統(tǒng)。

有關HITL使用的最常見的例子是汽車，這很有意義，因為每個人都知道汽車是什么，了解其各個子系統(tǒng)的復雜性和多樣性，并且對測試汽車電子產(chǎn)品的挑戰(zhàn)性至少有個基本的認識。在一個常見的與汽車相關的HITL場景中，設計者必須評估引擎控制單元(ECU)的硬件和軟件性能--這種情況似乎需要將其連接到一個真正的引擎上。

軟件建模方法

但是將ECU和真正的引擎連接起來并不是必須的。通過使用HITL方法，ECU在評估中被連接到一個包含相關引擎連接器的電子機架上，所以這個引擎本身就可以由機架上的軟件表示，也就是說這個軟件模擬了一個真實的引擎，如圖1所示。顯然，在變化、測試場景、噪聲、誘導傳感器、接口、引擎的彎頭結構以及故障等方面，使用HITL方法要比使用真正的引擎更簡單。HITL也很適合測試電機的控制器以及任何與機械性能電子控制相關的東西。

圖1：在經(jīng)典的HITL設置中，通過利用真實的I/O口，使得待管理的系統(tǒng)被硬件和軟件取代，這些I/O可以模擬和仿真實際的系統(tǒng)，比如一輛汽車(顯示)、火箭、馬達或其他復雜的產(chǎn)品。(來源:國家儀器)

但是，HITL的節(jié)奏并不是很快或者很容易。主要項目是開發(fā)電子機架和取代真正引擎的軟件。通過方程和功能塊，它必須能夠如實地模擬真實引擎的性能以及細微差別，從基本功能開始，然后添加關鍵層，子層，以及子層的子層。實際上一個模型開發(fā)團隊可能比產(chǎn)品開發(fā)團隊更大。

還有一個測試問題:如何驗證一個模型? 在實際引擎的HITL模型中，任何簡化、忽略、錯誤假設等因素都意味著ECU的測試不會像使用真正的引擎時那樣有效，當然，這只是一個簡單的觀點。(這里可以用一句著名的短語--“垃圾進來，垃圾出去”來類比我所表達的意思。) 然而，實際情況是，任何一個真正的引擎都不能代表所有的引擎，所以即使使用了真正的引擎，測試也只對特定的引擎類型有效。HITL的方法更好，因為它更容易修改以模擬不同的引擎。

比例模型方法

針對HITL還有另一種非常不同的方法，這種方法涉及到真正的硬件，而不僅僅是基于軟件的表示。然而，這種方法使用的不是全尺寸硬件，而是一個縮小版，其較大的對象和系統(tǒng)也被更小的對象和系統(tǒng)所取代。經(jīng)典的風洞模型是這種方法最著名的例子，但它也被用于諸如汽車以及他們的發(fā)動機等功能；Keysight技術的應用注釋5991–2873EN是第二種方法的一個很好的例子。

這種方法的優(yōu)點是，您不必創(chuàng)建一個真實詳細的引擎或者飛機模型。但它也引發(fā)了一些難題: 如何縮小發(fā)動機、引擎或飛機的控制分析，以匹配物理小模型的特征? 畢竟,很多事情都是不同的：時間常數(shù)，熱性能，動量，慣性，瞬態(tài)響應…(這是一個很長的列表) 這種方法增加的挑戰(zhàn)是，有些因素是線性的，有些是指數(shù)級的，有些是不連續(xù)性的，而有些關系很復雜。

選擇一個HITL的方法

哪個HITL的場景更有用？同樣，這取決于特定應用，有效時間，成本以及對系統(tǒng)本身的理解程度。我所知道的，除了一些較為簡單、定義良好并嚴格約束的系統(tǒng)外，借助于詳細的、基于軟件的模型，使用HITL來模擬實際系統(tǒng)似乎是首選的方法。

原因有很多：這種方法能夠表示相似硬件不同變體的靈活性，例如引擎；結果的可信度更高；操作的成本更低和并且更方便(與使用真實的馬達、汽車發(fā)動機、火箭以及電子設備相比較)；建立模擬故障場景的更簡單;并且可以輕松地設置多個系統(tǒng)，這樣就可以并行地進行測試，從而節(jié)省了時間，團隊之間也可以相互學習。

不管你采用哪種方式，不僅僅是汽車和火箭設計需要HITL，與運動或者動力相關的設計都需要HITL。如果你正在測試一種光電、風能或電池控制器，使用HITL方法要比利用實際的太陽能電池板、風力渦輪機或電池堆更容易。更好的是，對于這種類型的產(chǎn)品，您可以從各種T&M系統(tǒng)供應商那里購買現(xiàn)成的、完全可編程的仿真器，例如Keysight技術，從而將一個大問題轉化為一個小的問題(圖2)。這就是產(chǎn)品開發(fā)工程師們喜歡聽到的！

圖2：標準的測試和評估產(chǎn)品適用于許多通用的應用程序，例如千瓦/水池 單元。它可以被用來測試可充電電池、超級電容器、電動發(fā)電機、雙向dc/dc轉換器、電池管理系統(tǒng)、再生制動系統(tǒng)和光伏陣列等系統(tǒng)。