核心价值： 医疗设备的可靠性最终体现为用户操作与设备响应的精确协同。UTP平台将触摸屏/按键/语音等人机交互与底层UART、I2C、SPI、GPIO、PWM、AD等接口纳入统一测试体系，实现从用户点击到物理执行的全链路自动化验证，满足IEC 62304、ISO 13485等法规要求。
一、 医疗设备交联测试的复杂性
以一台呼吸机为例，用户操作触摸屏设定潮气量、呼吸频率，设备需要：通过I2C读取压力传感器、通过SPI控制比例阀、通过PWM驱动涡轮电机、通过GPIO控制报警灯和蜂鸣器，同时通过UART与监护系统通信。传统测试中，UI测试、嵌入式测试、硬件测试分离，导致大量交联问题被遗漏，如：触摸响应正常但PWM延迟超标、按键有效但GPIO未动作、数据显示正确但实际AD采集错误。
graph TD
subgraph 人机交互层
A[触摸屏操作]
B[物理按键]
C[语音指令]
end
subgraph 固件逻辑层
D[UART指令解析]
E[I2C/SPI通信]
end
subgraph 硬件执行层
F[GPIO控制继电器]
G[PWM电机调速]
H[AD传感器采集]
end
A --> D
B --> D
C --> D
D --> E
E --> F
E --> G
E --> H
style A fill:#f9f,stroke:#333
style H fill:#9f9,stroke:#333
二、 宏控天工方案：人机交互与硬件接口统一验证
触摸屏仿真
模拟点击、滑动、多点触控，支持图像识别验证UI反馈。
模拟点击、滑动、多点触控，支持图像识别验证UI反馈。
语音指令仿真
注入音频文件，模拟唤醒词和控制命令。
注入音频文件，模拟唤醒词和控制命令。
UART/I2C/SPI监控
捕获交互触发的通信数据，校验协议正确性。
捕获交互触发的通信数据，校验协议正确性。
GPIO/PWM/AD采集
实时检测执行器响应、传感器反馈。
实时检测执行器响应、传感器反馈。
合规追溯
需求-用例-报告双向追溯，满足监管审查。
需求-用例-报告双向追溯，满足监管审查。
sequenceDiagram
participant USER as 用户操作
participant UTP as UTP测试平台
participant HMI as 人机界面
participant MCU as 主控MCU
participant I2C as I2C传感器
participant GPIO as GPIO执行器
participant PWM as PWM设备
USER->>UTP: ① 模拟触摸/按键/语音
UTP->>HMI: ② 注入交互事件
HMI-->>UTP: ③ UART输出指令帧
Note over UTP: 记录T0
MCU->>I2C: ④ 读取传感器状态
I2C-->>UTP: ⑤ I2C数据返回
MCU->>GPIO: ⑥ 输出控制电平
GPIO-->>UTP: ⑦ 电平跳变，记录T1
MCU->>PWM: ⑧ 输出PWM波形
PWM-->>UTP: ⑨ 占空比稳定，记录T2
Note over UTP: 验证响应延迟、数据一致性
三、 典型测试用例与执行方法
3.1 呼吸机参数设定交联测试
| 步骤 | UTP操作 | 验证点 | 接口 |
|---|---|---|---|
| 1 | 触摸屏设定潮气量500ml | UART输出设定指令 | 触摸仿真/UART |
| 2 | 捕获I2C压力传感器数据 | 传感器反馈与设定值匹配 | I2C |
| 3 | 采集PWM涡轮电机占空比 | 占空比对应设定潮气量 | PWM |
| 4 | 检测GPIO报警状态 | 无异常报警 | GPIO |
3.2 监护仪报警限值设置测试
| 步骤 | UTP操作 | 验证点 | 接口 |
|---|---|---|---|
| 1 | 按键设置心率上限120bpm | UART确认指令 | 按键仿真/UART |
| 2 | 模拟心电AD输入130bpm信号 | AD值触发超限 | AD |
| 3 | 检测GPIO报警灯和蜂鸣器 | 电平变化，蜂鸣器PWM输出 | GPIO/PWM |
| 4 | 验证屏幕显示报警信息 | 图像识别确认 | 视觉 |
四、 合规追溯与报告生成
UTP平台内置符合医疗行业法规的测试管理功能：
- 支持导入产品需求（ReqIF、Excel），建立需求-用例双向追溯矩阵
- 测试执行记录包含时间戳、操作者、测试环境、原始数据，防篡改
- 自动生成符合FDA 21 CFR Part 11、IEC 62304的测试报告
- 支持电子签名、审计日志、版本管理