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基于信號(hào)接口的自動(dòng)測試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：實(shí)現(xiàn)儀器可互換性和TPS重用性、可移植性是通用自動(dòng)測試系統(tǒng)（ATS）的發(fā)展方向。論述了ATLAS 2K語言和IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。給出了一種基于信號(hào)接口的自動(dòng)測試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法。這一方案融合了當(dāng)前正在發(fā)展的各種測試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)技術(shù)，為通用ATS設(shè)計(jì)提供了技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。關(guān)鍵詞：信號(hào)接口 ATLAS 2K語言 IVI-Signal Interface 可移植性 可互換性
自動(dòng)測試系統(tǒng)（ATS，Automatic Test System）是裝備形成戰(zhàn)斗力的重要保證，儀器的可互換性和測試程序集（TPS，Test Program Set）的重用性、可移植性是通用ATS的重要指標(biāo)。當(dāng)前，ATS軟件的開發(fā)方式有“面向儀器”和“面向信號(hào)”兩種，(范文先生網(wǎng)www.gymyzhishaji.com收集整理)面向儀器的TPS開發(fā)基于儀器，很難從本質(zhì)上反映被測設(shè)備測試需求，加上儀器種類繁多，功能各異，因此很難實(shí)現(xiàn)互換，軟件通和性差；面向信號(hào)的開發(fā)方式基于被測對(duì)象（UUT，Unit Under Test）的測試需求和測試資源的測試/激勵(lì)能力，解決了需求與供應(yīng)之間的矛盾，通用性強(qiáng)。應(yīng)用在ATS中的軟件技術(shù)經(jīng)歷了過程編程語言（如C）、Windows DLL、面向?qū)ο缶幊蹋∣O）、組件對(duì)象模型（COM）的漫長發(fā)展過程。COM采用面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)思想，以標(biāo)準(zhǔn)接口提供功能調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了程序的模塊化、通用性設(shè)計(jì)。近期出現(xiàn)的ATLAS 2K（Abbreviated Test Language for All System 2000版本）語言和IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)均基于COM技術(shù)，二者結(jié)合，給通用ATS軟件設(shè)計(jì)提供了解決方案。
1 ATLAS 2K
1962年，為了描述UUT的測試需求，美國的ARINC（Aeronautical Radio Incorporation）公司開始發(fā)展ATLAS（Abbreviated Test Language for Avionics System）語言，并于1968年定下ARINC Std 416-1標(biāo)準(zhǔn)。ATLAS獨(dú)立于測試設(shè)備，提供了一種在UUT工程師、TPS開發(fā)人員和TPS最終用戶之間明確傳送信息的方式。ATLAS用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和基于事件的表達(dá)方式描述UUT的測試需求，通過編譯器，這些描述代碼可在指定的ATS上執(zhí)行。
進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著技術(shù)更新的加快和測試需求的增長，ATLAS暴露出了很多問題，比如：更新速度慢；開發(fā)工具昂貴；ATLAS體系龐大、模糊等。這一切限制了ATLAS的進(jìn)一步發(fā)展。ATLAS 2K是由Test Description Sub-Committee of SCC 20在ATLAS的基礎(chǔ)上制訂的新標(biāo)準(zhǔn)，它采用SMML（Signal and Method Modeling Language）語言和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，給ATLAS語言減了肥，優(yōu)化了程序結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了對(duì)UUT測試需求描述的準(zhǔn)確性；并且可在任何支持COM技術(shù)的平臺(tái)上使用圖形工具進(jìn)行編程，簡化了程序設(shè)計(jì)。
1.1 ATLAS 2K模型
ATLAS 2K模型建立在層狀信號(hào)組件模型之上，由信號(hào)基類、基本信號(hào)組件和復(fù)合信號(hào)組件三層組成。
圖1給出了用SMML語言構(gòu)建的類名為SignalFunction的信號(hào)基類模型。SMML源于Haskell Function Language，提供了用于描述信號(hào)屬性和方法的機(jī)制，通過制定語法規(guī)則和大量預(yù)定義動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)類的定義。通常情況下，信號(hào)基類包括信號(hào)輸入端（In）、事件輸入端（Sync）、信號(hào)輸出端（Out）、控制參數(shù)輸入端（屬性）、被測信號(hào)輸出端（Value）等功能接口。當(dāng)然，不同類型的信號(hào)也可以包括不同的接口，如激勵(lì)信號(hào)類可以沒有In接口、Value只對(duì)傳器信號(hào)有效等。
信號(hào)（Signal）和事件（Event）是標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào)類接口，組成元素包括屬性和方法。屬性標(biāo)志著信號(hào)對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)，如運(yùn)行、暫停、停止等；方法則實(shí)現(xiàn)在狀態(tài)之間切換。
信號(hào)基類模型提供了消息（連續(xù)的為信號(hào)，離散的為事件）傳送機(jī)制，用來改變信號(hào)對(duì)象的狀態(tài)和行為。信號(hào)對(duì)象可以通過In/Sync接口接收其它對(duì)象送來的消息，也可以把消息通過Out接口傳遞給其它對(duì)象。例如，一個(gè)Ready事件可把信號(hào)對(duì)象由停止（Stop）狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行（Run）狀態(tài)；一個(gè)Active事件可以讓傳感器信號(hào)對(duì)象執(zhí)行數(shù)據(jù)采集操作等。
信號(hào)類經(jīng)例化后，可以仿真某些角色信號(hào)（如激勵(lì)信號(hào)、測試信號(hào)、事件調(diào)節(jié)器信號(hào)、信號(hào)調(diào)節(jié)器信息等）、U
UT節(jié)點(diǎn)等。
ATLAS 2K模型的基本信號(hào)組件層提供了可重用、經(jīng)格式化描述的基本信號(hào)（底層信號(hào)），它們是基于COM技術(shù)的對(duì)信號(hào)類繼承、封裝并進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)物。每個(gè)基本信號(hào)組合件都存在一個(gè)靜態(tài)SMML描述和一個(gè)抽象的運(yùn)行期控制模型，前者定義信號(hào)特片，后者在某一特定ATS中定義信號(hào)的行為。通過這些基本信號(hào)組件可以定義所有較高層的信號(hào)。
ATLAS 2K模型的復(fù)合信號(hào)組件庫與ATLAS的EXTEND功能類似，通過定義基本信號(hào)組件產(chǎn)生的復(fù)合信號(hào)和使用這些信號(hào)的規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的擴(kuò)展。圖2給出了由基本信號(hào)組件1和2實(shí)現(xiàn)復(fù)合信號(hào)n的示意圖。復(fù)合信號(hào)組件可以仿真復(fù)雜信號(hào)，如射頻（RF）信號(hào)、數(shù)據(jù)總線信號(hào)等。
1.2 ATLAS 2K的工程應(yīng)用
在支持COM組件開發(fā)的編程平臺(tái)（如VC++、VB等和相應(yīng)開發(fā)工具的支持下，ATLAS 2K可應(yīng)用在“面向信號(hào)”的ATS設(shè)計(jì)中。具體應(yīng)用如下：裝配信號(hào)組件實(shí)現(xiàn)對(duì)UUT的測試需求描述，生成ATLAS 2K TPS；通過編譯器編譯后，轉(zhuǎn)變成能在ATS上執(zhí)行的代碼；在充分考慮自身時(shí)序要求和儀器功能限制的前提下，實(shí)現(xiàn)與特定ATS的集成。
下面的VB代碼給出了應(yīng)用信號(hào)組件在某一測試節(jié)點(diǎn)PL-1上建立和撤銷一個(gè)振幅為0.5V、頻率為1000Hz的信號(hào)的全過程。
Dim mySig as Source
Set mySig=A2K.Require("SinusoidalVoltage") //建立信號(hào)
mySig.Amp.Units=V
mySig.Amp=0.5
mySig.Freq="1000Hz"
Set cnx=A2K.Require("OneWire") //建立節(jié)點(diǎn)
Cnx="PL-1"
Set cnx.in=mySig.out //連接節(jié)點(diǎn)
Set cnx=Nothing //節(jié)點(diǎn)初始化
mySig.out.Run //產(chǎn)生信號(hào)
mySig.out.Stop //撤銷信號(hào)
mySig.in=Nothing
mySig=Nothing
ATLAS 2K作為測試標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了代碼重用和移植。對(duì)于新ATS，只要結(jié)合新測試資源信息，對(duì)ATLAS 2K代碼重新編譯就可在新系統(tǒng)中運(yùn)行。
2 IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)
IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)是IVI基金會(huì)在IVI-MSS模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的，它對(duì)IVI-MSS的RCM進(jìn)一步封裝，以信號(hào)接口的形式對(duì)外提供測試服務(wù)。
2.1 IVI-Signal Interface模型
IVI-Signal Interface模型的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。
IVI信號(hào)組件是帶有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接口的IVI-MSS角色組件，通過這些接口可用一系列方法執(zhí)行信號(hào)操作，如初始化、建立、連結(jié)、更改等。它允許客戶應(yīng)用程序控制儀器設(shè)備上的物理信號(hào)，如初始化、切換等操作。下面的VB代碼給出了在地址為1的某GPIB儀器上產(chǎn)生振幅為0.5V、頻率為1000Hz的正弦信號(hào)的全過程。
Dim mySigSource as IviSignalSource
MySigSource.Init("GPIB:1:INSTR") //初始化
Dim control as ParamValSet
control.Add("Amp",0.5) //指定信號(hào)電流參數(shù)
control.Add("Freq",1.0E6,2.0) //指定信號(hào)頻率參數(shù)
mySigSource.Setup(SENSOR,"AcSignal",control)
//給定信號(hào)的角色、類型和參數(shù)，并產(chǎn)生信號(hào)
IVI信號(hào)組件控制一臺(tái)或多臺(tái)儀器產(chǎn)生客戶需
要的信號(hào)，完成客戶的測試需求。它對(duì)儀器的控制是通過VISA、IVI驅(qū)動(dòng)器、SCPI命令等實(shí)現(xiàn)的。程序執(zhí)行過程中，IVI信號(hào)組件需要的服務(wù)由IVI共用組件（如IVI Factory、IVI Configuration Store、IVI Event Server）提供。
測試資源信息是一個(gè)數(shù)據(jù)模塊，用來存儲(chǔ)IVI信號(hào)組件的測試/激勵(lì)能力和配置信息，為用戶選擇儀器、設(shè)計(jì)測試方案提供參考；同時(shí)提供程序訪問功能，實(shí)現(xiàn)測試資源的自動(dòng)分配和信號(hào)路徑的切換。它提供的IVI信號(hào)組件信息包括：
（1）組件支持的信號(hào)種類；
（2）每類信號(hào)需要的參數(shù)；
（3）每類信號(hào)的量程、精確定指標(biāo)；
（4）IVI信號(hào)組件接口和儀器接口的連接關(guān)系等。
2.2 IVI-Signal Interface的信號(hào)類型標(biāo)準(zhǔn)
為了提高IVI信號(hào)組件的重用性和可移植性，組件開發(fā)者和使用者都迫切要求使用標(biāo)準(zhǔn)的接口信號(hào)信息，如信號(hào)類型、參數(shù)、物理意義等，因此信號(hào)類型的標(biāo)準(zhǔn)化問題亟待解決。IVI基金會(huì)沒有嚴(yán)格定義接口信號(hào)類型標(biāo)準(zhǔn)，這需要由面向儀器控制的用戶或其它組織來完成。在ATLAS測試語言標(biāo)準(zhǔn)中，用SMML定義了信號(hào)類型，筆者認(rèn)為可以沿用這一定義。
2.3 儀器互換問題
更換儀器后，驅(qū)動(dòng)器不再是困擾系統(tǒng)更新的難題，因?yàn)闇y試資源信息明確地描述了IVI信號(hào)組件的功能，標(biāo)準(zhǔn)的接口語義聲明也明確地描述了組件的接口實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)這些描述進(jìn)行新儀器的IVI信號(hào)組件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)同樣的功能。
IVI信號(hào)組件提供了訪問綜合性儀器（Synthetic Instrument,即具備兩類或多類儀器功能的儀器或儀器集合）的功能。在滿足測試需求前提下，一個(gè)信號(hào)組件可以包含硬件儀器的部分或全部功能。這一切為儀器互換提供了廣闊的空間，不但可以實(shí)現(xiàn)同類儀器、異類儀器的互換，還可以實(shí)現(xiàn)綜合性儀器的互換。
3 基于信號(hào)接口的通用ATS軟件設(shè)計(jì)
由以上分析可知，ATLAS 2K和IVI-Signal Interface有很多相似和互補(bǔ)的功能。比如，在一個(gè)測試系統(tǒng)中，ATLAS 2K面向UUT，實(shí)現(xiàn)代碼移植和重用，而IVI-Signal Interface面向測試資源，實(shí)現(xiàn)了儀器互換；IVI-Signal Interface模型給ATLAS 2K代碼提供了執(zhí)行機(jī)制，而其也可沿用ATLAS 2K用SMML語言對(duì)信號(hào)類型定義的方法；二者均基于COM技術(shù)，提供了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接口等。因此，通過信號(hào)接口集成二者，可實(shí)現(xiàn)通用ATS軟件設(shè)計(jì)。
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
基于信號(hào)接口的通用ATS軟件結(jié)構(gòu)框架如圖4所示。
儀器信息模塊是一個(gè)文件，它記錄系統(tǒng)中所有儀器的測試功能信息，由IVI-Signal Interface模型提供。矩陣開關(guān)信息模塊和適與器信息模塊與儀器信息模塊類似，前者記錄了矩陣開關(guān)模塊的連接信息；后者記錄了適配器在UUT和矩陣開關(guān)之間的轉(zhuǎn)換信息。
ATLAS 2K TPS根據(jù)自己對(duì)UUT的測試需求的描述，從Run-Time System請(qǐng)求相應(yīng)的信號(hào)對(duì)象。若ATS的測試能力允許，Run-Time System開始查詢從UUT到儀器端口的連接信息，并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。這一切完成后，Run-Time System開始例化IVI-Signal Interface信號(hào)組件和ATLAS 2K信號(hào)組件，執(zhí)行測試操作。
IVI-Sinal Interface組件和矩陣開關(guān)驅(qū)動(dòng)器通過VISA、IVI-C、SCPI命令等控制底層儀器，在TPS執(zhí)行期間，Run-Time System應(yīng)自動(dòng)完成測試資源的分配和信號(hào)路徑的切換。
綜上，基于信號(hào)接口的ATS軟件設(shè)計(jì)可描述為：通過ATLAS 2K語言，將UUT的測試需求標(biāo)定為對(duì)激勵(lì)/測量信號(hào)的需求，這個(gè)虛擬資源需求通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)器接口內(nèi)部服務(wù)機(jī)制的解釋和定位轉(zhuǎn)換成真資源，再驅(qū)動(dòng)儀器完成測試任務(wù)。
3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
圖5給出了基于信號(hào)接口開發(fā)ATS軟件的全過程。
ATLAS 2K TPS和IVI-Signal Interface組件由COTS產(chǎn)品開發(fā)，如VB、VC++等。IVI-Signal Interface組件由系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)者給出，由系統(tǒng)集成者使用。
使用Windows寫字板記錄測試資源信息，如設(shè)備信號(hào)、適配器信息等，并隨同IVI信號(hào)組件一同發(fā)布。
IVI-Signal Interace標(biāo)準(zhǔn)和ATLAS 2K模型在功能上是互補(bǔ)的，二者的結(jié)合給通用ATS軟件設(shè)計(jì)提供了解決方案，工程應(yīng)用前景非常廣闊。另外，二者均基于COM技術(shù)，不依賴于特定的開發(fā)工具，方便了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，節(jié)省了費(fèi)用。同時(shí)，這一設(shè)計(jì)思想還可以有效地結(jié)合當(dāng)前正在發(fā)展著的VXI、PXI、IVI-COM、VISA-COM等技術(shù)，為最終實(shí)現(xiàn)儀器互換和軟件移植打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然，由于ATS設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，有關(guān)細(xì)節(jié)仍需進(jìn)一步論證，如資源自動(dòng)分配的優(yōu)化問題、信號(hào)路徑切換的選擇問題等。
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