STD在通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)領(lǐng)域中的應(yīng)用

趙強(qiáng)，劉松風(fēng)

海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430033；2.海軍裝備技術(shù)研究所,北京 102442）

0 引言

一個(gè)完整的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS）是由ATE、TPS、測(cè)試開發(fā)工具和測(cè)試運(yùn)行環(huán)境4部分組成。其中，ATE、測(cè)試開發(fā)工具和測(cè)試運(yùn)行環(huán)境構(gòu)成了電子裝備維修測(cè)試的硬軟件平臺(tái)[1]；TPS則是在此平臺(tái)上將專業(yè)技術(shù)人員的維修知識(shí)和診斷經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化形成的有形產(chǎn)品。

在測(cè)試領(lǐng)域，提高測(cè)試設(shè)備的通用性和測(cè)試程序的可移植性是測(cè)試工程師一直追求的目標(biāo)。特別是COTS技術(shù)的引入，大量商用貨架產(chǎn)品進(jìn)入到測(cè)試領(lǐng)域，這些商用貨架產(chǎn)品更新?lián)Q代快，而裝備壽命周期長(zhǎng)[2]，由于以前測(cè)試設(shè)備的通用性和可移植性差導(dǎo)致了當(dāng)測(cè)試設(shè)備更新?lián)Q代時(shí)不僅硬件需要換代而且所有的測(cè)試程序（TP）都需要重新開發(fā)和設(shè)計(jì)。這樣造成了測(cè)試程序集（TPS）的極大的浪費(fèi)，而TPS 作為知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的有形產(chǎn)品是提高測(cè)試效率和能力，推動(dòng)測(cè)試進(jìn)步的靈魂，如何提高TPS 的可移植性和重用性是解決目前測(cè)試設(shè)備通用性差和降低裝備全壽命周期保障費(fèi)用的關(guān)鍵。IEEE1641(STD)作為IEEE推出的關(guān)于測(cè)試領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)，為我們提供了解決這個(gè)問題的方向。

1 IEEE1641簡(jiǎn)介

1.1 關(guān)于IEEE1641提出的背景

自20世紀(jì)60年代開始ATLAS在提供獨(dú)立于測(cè)試設(shè)備的測(cè)試需求方面已經(jīng)在軍事和商業(yè)方面取得了巨大的成功，但是它也暴露出了很多問題，例如，基本信號(hào)定義模糊、相似信號(hào)屬性難以區(qū)分、語(yǔ)言結(jié)構(gòu)太死板，不能很好的支持現(xiàn)代面向?qū)ο蠹夹g(shù)和缺少信號(hào)分層結(jié)構(gòu)等。另外更為重要的是修訂現(xiàn)有的C/ATLAS標(biāo)準(zhǔn)也非常的困難。IEEE1641正是在這種情況下提出來的，它和C/ ATLAS在地位上是平等的，而且它對(duì)信號(hào)的描述與用C/ ATLAS標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信號(hào)的描述也是兼容的。

1.2 IEEE1641的層次結(jié)構(gòu)

與ATLAS缺少信號(hào)分層結(jié)構(gòu)不一樣，IEEE1641采用了標(biāo)準(zhǔn)的層次結(jié)構(gòu)（見圖1）。在模型中對(duì)每個(gè)層和它的功能進(jìn)行了描述，每一層都建立在前一層的基礎(chǔ)之上。這種結(jié)構(gòu)并不要求每一層只能使用與它緊鄰的低層次的內(nèi)容，但是每一層卻必須根據(jù)它的前一層進(jìn)行全面的定義。它包括信號(hào)建模語(yǔ)言層（Signal Modeling Language, SML）,基本信號(hào)組件層（Basic Signal Component, BSC），測(cè)試信號(hào)框架層（Test Signal Framework, TSF)和測(cè)試過程語(yǔ)言層( Test Procedure Language, TPL)。

圖1 STD層次結(jié)構(gòu)圖

1.3 IEEE1641的目的

STD提出的目的就在于：提供關(guān)于UUT或測(cè)試系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)所需信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)參考格式。

一個(gè)UUT單元從設(shè)計(jì)，研發(fā)，生產(chǎn)，測(cè)試到投入使用需要經(jīng)歷設(shè)計(jì)工程師，開發(fā)工程師和測(cè)試工程師3個(gè)階段，且各個(gè)階段的工作都是圍繞著信號(hào)來展開的。然而由于專業(yè)和習(xí)慣的差異，各個(gè)工程師對(duì)信號(hào)的定義和表達(dá)有著自己的習(xí)慣和約定，這就導(dǎo)致了開發(fā)工程師不能完全理解設(shè)計(jì)工程師的定義，測(cè)試工程師不能完全理解開發(fā)工程師的定義，相互之間的信息溝通存在困難[5]，導(dǎo)致了開發(fā)效率的低下。STD對(duì)于信號(hào)的定義，在數(shù)學(xué)上是嚴(yán)格的，在構(gòu)成基礎(chǔ)上是權(quán)威的。也就是說用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義的任何信號(hào)都是一樣的，打破了信息交流中存在的障礙。

在裝備領(lǐng)域傳統(tǒng)的信息只能停留在其中的一個(gè)階段，例如設(shè)計(jì)工程師把設(shè)計(jì)圖紙和性能指標(biāo)交給生產(chǎn)工程師時(shí)，相互間完成的只是一個(gè)交接工作，缺乏的是信息的交流。設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)時(shí)遇到的難題在生產(chǎn)時(shí)也許也會(huì)遇到，這樣就造成了重復(fù)的開發(fā)。STD采用了xml格式的數(shù)據(jù)極大提高了信號(hào)的可讀性與交互性[6]。工程師可以實(shí)時(shí)的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以在各個(gè)過程中流通和重用，同時(shí)也擴(kuò)展了信息的應(yīng)用范圍。

2 1641在通用ATS中的應(yīng)用

2.1 理論基礎(chǔ)

提高ATS的可移植性主要是提高TPS的可移植性。TPS可移植面臨的一個(gè)問題是，TPS最終的作用效果是要映射到現(xiàn)實(shí)資源和UUT單元，這是一個(gè)不可更改的事實(shí)，而UUT和現(xiàn)實(shí)資源的多樣性也是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，如何解決這兩者的矛盾，本文提出了一個(gè)解決方案即回到測(cè)試的源頭——信號(hào)中去尋找答案。

STD作為信號(hào)定義與測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，只要滿足STD標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)在任何設(shè)備中都是一致的。它在BSC中提供了在數(shù)學(xué)上嚴(yán)格定義的基本信號(hào)組件，其主要模塊包括：源（source）、調(diào)節(jié)器（conditioner）、事件（event）、測(cè)量（measurement）、數(shù)字（digital）與連接（connection）。另外BSC還定義了擴(kuò)展機(jī)制，對(duì)基本信號(hào)庫(kù)中沒有定義的信號(hào)可以按照標(biāo)準(zhǔn)框架將多個(gè)BSC模塊進(jìn)行互聯(lián)，這樣就形成了標(biāo)準(zhǔn)的TSF層[3]，如圖2所示，它可以產(chǎn)生任何用戶需要的復(fù)雜信號(hào)，這就為TPS的移植打下了堅(jiān)實(shí)的“物質(zhì)”基礎(chǔ)。

圖2 TSF模型圖

STD還定義了面向信號(hào)測(cè)試的COM庫(kù)，提供了一種使其在任何面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言中對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制和運(yùn)用的機(jī)制。這樣就可以解決開發(fā)和運(yùn)行平臺(tái)的問題。

另外STD還為用戶提供了描述和控制信號(hào)的能力。因此對(duì)于測(cè)試程序開發(fā)者來說，可以按照自己的習(xí)慣和開發(fā)方式來進(jìn)行TPS的開發(fā)，提高了程序集的開發(fā)效率。

更為重要的是STD的提出為TPS與儀器驅(qū)動(dòng)和硬件之間建立了一個(gè)信號(hào)層，隔離了TPS與儀器驅(qū)動(dòng)和硬件之間的關(guān)系，如圖（3）所示。例如測(cè)試程序需要測(cè)量一個(gè)UUT某端口輸出信號(hào)的某個(gè)參數(shù)，只需要調(diào)用測(cè)量（measurement）函數(shù)就可以了，它可以不用去考慮具體是怎樣實(shí)現(xiàn)從執(zhí)行指令，選擇儀器到驅(qū)動(dòng)儀器完成測(cè)量（measurement）這個(gè)動(dòng)作的（儀器的選擇是將儀器能力和測(cè)試需求標(biāo)準(zhǔn)化后由測(cè)試軟件或運(yùn)行環(huán)境自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的）。這樣就使得測(cè)試程序只需要考慮對(duì)于UUT端口的信號(hào)激勵(lì)和測(cè)試要求的處理，從而實(shí)現(xiàn)面向信號(hào)的編程。對(duì)于從UUT中采集到的信號(hào)，通過轉(zhuǎn)換為符合STD標(biāo)準(zhǔn)定義的信號(hào)后可以方便的與TPS 進(jìn)行交互。信號(hào)層的存在，使得傳統(tǒng)的面向儀器TPS開發(fā)變?yōu)槊嫦蛐盘?hào)開發(fā)，而不需考慮硬件因素。這樣，對(duì)于TPS的開發(fā)來說，由于隔離了硬件的因素，直接面向信號(hào)進(jìn)行編程,而所有的信號(hào)都是滿足STD標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，因此大大提高了TPS在不同被測(cè)設(shè)備之間的可移植性避免了重復(fù)開發(fā)。另外對(duì)于測(cè)試設(shè)備來說，當(dāng)今儀器驅(qū)動(dòng)最新技術(shù)的IVI信號(hào)接口也是基于COM技術(shù)的。它提供了面向信號(hào)的方法，如Reset，Steup，Initiate，F(xiàn)etch，Connect等,這些方法執(zhí)行從信號(hào)和開關(guān)操作到儀器命令或具體儀器驅(qū)動(dòng)調(diào)用的轉(zhuǎn)換[7]。當(dāng)更換了測(cè)試儀器后，由于IVI信號(hào)接口的標(biāo)準(zhǔn)化，因此只要提供滿足該接口標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試儀器就可以通過IVI來驅(qū)動(dòng)調(diào)用，因此通過IVI與STD的結(jié)合也提高了測(cè)試儀器的可互換性和TPS在測(cè)試儀器中的可移植性。

圖3 面向儀器和面向信號(hào)開發(fā)方式比較圖

2.2 實(shí)際應(yīng)用

圖4是用ATML系列標(biāo)準(zhǔn)和STD標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的測(cè)試程序。在本測(cè)試程序中，通過使用STD信號(hào)將UUT信號(hào)與測(cè)試程序的關(guān)系隔離開來，另外通過OperationConnect中的定義將用戶定義管腳與UUT管腳隔離開來，使得用戶在開發(fā)測(cè)試程序時(shí)不需要考慮與UUT管腳的現(xiàn)實(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過兩部分的作用使得UUT與測(cè)試程序無關(guān)。另外在儀器驅(qū)動(dòng)方面，ATML中專門對(duì)儀器的描述進(jìn)行了規(guī)范化，通過STD信號(hào)與ID（儀器描述）中能力（Capability）的匹配調(diào)用相應(yīng)的儀器IVI驅(qū)動(dòng)對(duì)UUT進(jìn)行測(cè)量，這樣實(shí)現(xiàn)完成了測(cè)試程序的面向信號(hào)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試程序的可移植性。

綜上所述，STD的發(fā)布使得TPS的可移植性和通用性得到了極大的加強(qiáng)，基本上解決了目前TPS移植所面臨的問題，為通用ATE的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

圖4 基于ATML標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試程序

3 結(jié)論

通用測(cè)試設(shè)備的開發(fā)可以極大降低裝備全壽命周期內(nèi)的維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)也是一個(gè)急需研究的問題。STD的提出為硬件與軟件的隔離提供了理論基礎(chǔ)，為面向信號(hào)編程提供了條件。使TPS的通用性和可移植性有了極大的擴(kuò)展。但是目前我國(guó)只限于理論上的研究，而國(guó)外已經(jīng)開發(fā)出了商業(yè)化的產(chǎn)品[8]，因此嚴(yán)格按照STD標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的信號(hào)對(duì)象庫(kù)、信號(hào)合成軟件和測(cè)試策略設(shè)計(jì)軟件將會(huì)是將來的主要工作。

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