基于XM L的復(fù)雜裝備ATS測試儀器的建模

劉福軍 ， 孟 晨 ， 湯宮民， 孫香冰， 楊鎖昌， 展浩華

（1.軍械工程學(xué)院 導(dǎo)彈工程系，河北 石家莊 050003；2.72465部隊(duì) 山東 濟(jì)南 250022）

隨著科技的發(fā)展，復(fù)雜裝備的技術(shù)含量和復(fù)雜程度不斷提高，向著集機(jī)、光、電等多專業(yè)于一體，廣泛運(yùn)用多種新技術(shù)、新器件、新工藝，維修保障難度增大的方向發(fā)展。對(duì)這些復(fù)雜裝備的技術(shù)保障，單純依靠部隊(duì)各級(jí)維修機(jī)構(gòu)的技術(shù)力量將難以完成，必須綜合裝備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、維修等各方技術(shù)力量，這就決定了復(fù)雜裝備的自動(dòng)測試系統(tǒng)的復(fù)雜性[1]。在軍事領(lǐng)域，自動(dòng)測試系統(tǒng)ATS（Automatic Test System）被用于快速可靠地維護(hù)裝備及其配套設(shè)備，保障作戰(zhàn)效能，實(shí)現(xiàn)與其他作戰(zhàn)系統(tǒng)信息和數(shù)據(jù)的無縫連接和協(xié)同工作。在未來軍用技術(shù)激烈的競爭中，自動(dòng)測試系統(tǒng)將與復(fù)雜裝備的設(shè)計(jì)、制造、使用、維修構(gòu)成一個(gè)完整的整體，實(shí)現(xiàn)ATS測試儀器和測試數(shù)據(jù)的資源共享，成為復(fù)雜裝備可靠運(yùn)行的重要保證。為解決復(fù)雜裝備自動(dòng)測試系統(tǒng)中不同平臺(tái)間測試儀器的互換性、互操作性、可擴(kuò)展性和測試數(shù)據(jù)的共享，對(duì)測試儀器進(jìn)行規(guī)范化描述、建立統(tǒng)一模型就顯得尤為重要。

1 測試儀器的描述語言XM L

XML（eXtensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語言）是由W3C推出的新一代數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)，其最大的特點(diǎn)是將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。XML語言又是一種元語言，用戶可以用來創(chuàng)建自己需要的其他標(biāo)記語言。XML作為一種結(jié)構(gòu)化的標(biāo)記語言，提供了一種與軟硬件平臺(tái)無關(guān)的基于文本格式的開放的共享的數(shù)據(jù)方法，具有良好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、可擴(kuò)展性、高度的結(jié)構(gòu)化、精確的數(shù)據(jù)搜索等優(yōu)點(diǎn)，能夠被不同類型的程序所讀取，在很大程度上降低了數(shù)據(jù)交換的復(fù)雜性。XML的這些優(yōu)點(diǎn)使得用它非常適宜來描述測試數(shù)據(jù)，提高測試設(shè)備的開放性。此外，XML是服務(wù)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議（Service-Oriented Architecture Protocol，SOAP）的基礎(chǔ)，該協(xié)議已成為開放式測試系統(tǒng)開發(fā)的基本規(guī)則[2]。

XML文檔是一種結(jié)構(gòu)化的標(biāo)記文檔，創(chuàng)建XML文檔之前，首先要確立其元素（標(biāo)記）和結(jié)構(gòu)，再根據(jù)結(jié)構(gòu)的定義，填入實(shí)際的內(nèi)容，形成一個(gè)XML文檔。XML結(jié)構(gòu)文件有兩種定義方式，即文檔類型定義（Document Type Definition，DTD）和模式（Schema）定義。DTD是一套關(guān)于標(biāo)記符的語法規(guī)則，它定義了可用在文檔中的元素、屬性和實(shí)體，以及這些內(nèi)容之間的相互關(guān)系。但DTD是與XML不同的語言規(guī)則，具有不支持名稱空間、在支持繼承和子類方面有局限性、沒有數(shù)據(jù)類型等缺陷，不利于學(xué)習(xí)使用，為了克服上述缺陷，W3C發(fā)布了XML Schema作為推薦標(biāo)準(zhǔn)。XML Schema使用的是一種類XML的語言，在數(shù)據(jù)聲明模式中既有全局變量也有局部變量，使用靈活，同時(shí)具有一套完整的數(shù)據(jù)類型，還允許對(duì)數(shù)據(jù)類型如整形、時(shí)間或字符型等進(jìn)行詳細(xì)定義。經(jīng)過數(shù)年的研究與開發(fā)，XML Schema目前已成為全球公認(rèn)的XML環(huán)境下首選的數(shù)據(jù)建模工具[3-4]。

使用XML語言描述測試儀器具有以下優(yōu)勢：

1）與其他格式之間的轉(zhuǎn)換十分方便XML文檔與HTML文件之間可以通過可擴(kuò)展樣式表語言轉(zhuǎn)換 （eXtensible Style Language Transformation，XSLT）工具進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對(duì)XML文檔的解析技術(shù)包括文檔對(duì)象模型 （Document Object Model，DOM）和 SAX（Simple API of XML）[5]。 XML 文檔與 Text/CSV、Office文檔間的數(shù)據(jù)交互可以利用DOM/SAX以及VBA等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

2）描述樹形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)自動(dòng)測試信息是一種天然的層次化樹形數(shù)據(jù)，用XML表示樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是非常自然和方便的。如果將ATS測試儀器信息作為根節(jié)點(diǎn)，則它的子節(jié)點(diǎn)包括測試范圍、通道數(shù)、測試接口、測試結(jié)果等，這些節(jié)點(diǎn)又可以繼續(xù)分解，形成多層次的樹形結(jié)構(gòu)。利用XML對(duì)測試儀器信息進(jìn)行組織的過程中，可以將節(jié)點(diǎn)作為標(biāo)記語言的基本元素，根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的隸屬關(guān)系定義語法結(jié)構(gòu)。

3）適合于不同平臺(tái)間的數(shù)據(jù)交換分布式測控環(huán)境要求自動(dòng)測試數(shù)據(jù)能夠在不同平臺(tái)間實(shí)現(xiàn)交換和共享，而XML正是一種跨平臺(tái)的標(biāo)記語言。XML文檔本質(zhì)上是一種附加了結(jié)構(gòu)和語義的文本文件，可以方便地在不同平臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)交換和復(fù)用。

XML Schema為測試儀器描述提供的文件為InstrumentDescription.xsd。提供對(duì)測試站組成的測試儀器靜態(tài)資源描述，支持傳統(tǒng)儀器、合成儀器、虛擬儀器、組合化儀器，這些信息用于測試儀器能力匹配和資源分配。

2 復(fù)雜裝備ATS測試儀器

在一個(gè)典型的復(fù)雜裝備自動(dòng)測試系統(tǒng)ATS中，一系列測試儀器比如信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字萬用表、示波器等是由一個(gè)或多個(gè)軟件控制的開關(guān)，使測試儀器與被測信號(hào)互聯(lián)，測試軟件通過各類總線向儀器發(fā)送控制命令完成測試，同時(shí)將測試結(jié)果發(fā)送到故障診斷軟件進(jìn)行判定，指導(dǎo)相應(yīng)的維修、調(diào)整和器件的更換。所有的這些測試數(shù)據(jù)都可以通過基于XML Schema模式的自動(dòng)測試標(biāo)記語言ATML進(jìn)行交換和共享，實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)可以在不同測試儀器的測試程序之間傳輸。而ATML（Automatic Test Markup Language）標(biāo)準(zhǔn)是基于 XML 語言、針對(duì)ATE和測試數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)，提供自動(dòng)測試系統(tǒng)中各個(gè)部分描述的平臺(tái)環(huán)境、結(jié)果數(shù)據(jù)以及其他一系列相關(guān)信息XML Schema，用戶在這些Schema的基礎(chǔ)上生成XML文件來描述與交換自動(dòng)測試系統(tǒng)中的相關(guān)信息，比如UUT測試、ATE儀器、測試結(jié)果，提高ATS系統(tǒng)的兼容性、擴(kuò)展性和模塊化。ATML主要包括9個(gè)部分[6]，提供了獲取測試儀器、測試程序靜態(tài)信息和測試數(shù)據(jù)的機(jī)制，與ATS平臺(tái)之間的關(guān)系如圖1所示[7]。

圖1 ATS與ATML之間的關(guān)系Fig.1 Relationship between ATS and ATML

各個(gè)組件之間的關(guān)系[7-8]如圖2所示。

3 測試儀器的建模

3.1 XM L Schema的建模方法

雖然XML語言已經(jīng)成為因特網(wǎng)上數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)，XML Schema則是全球公認(rèn)的XML環(huán)境下首選的數(shù)據(jù)建模工具。 UML（Unified Modeling Language，統(tǒng)一建模語言）作為一種面向?qū)ο蟮慕ＵZ言，具有優(yōu)秀的可視化特性及強(qiáng)大的系統(tǒng)建模能力，利用UML為XML Schema文檔建模、設(shè)計(jì)與分析是可行而且有效的手段。文獻(xiàn) [9]提供的 Hyper Model Designer工具軟件實(shí)現(xiàn)了UML與XML Schema文檔之間的轉(zhuǎn)換，使得采用UML建模分析的功能可以用于XML Schema的設(shè)計(jì)與分析，反之，也可以對(duì)已有的XML Schema進(jìn)行模型分析，導(dǎo)出其中的信息模型，采用建立UML類圖的方法使用XML文檔中的信息，從而采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行執(zhí)行程序的設(shè)計(jì)。

3.2 測試儀器的建模

測試儀器描述用于描述測試儀器的總線、特征規(guī)格、通道的測量或激勵(lì)能力、通道開關(guān)結(jié)構(gòu)、加電初始狀態(tài)和資源等，由于描述測試儀器并沒有涉及測試儀器的類型，因此，支持合成儀器、虛擬儀器、組合化儀器的描述，這些描述支持分配測試資源。

圖2 ATML Schema之間的關(guān)系Fig.2 Relationship of ATML Schema

由于ATS中的測試儀器總要支持一種總線，首先建立總線類Bus，由defaultAddress記錄測試儀器的地址，其它的總線都繼承Bus類，總線相關(guān)的類圖如圖3所示，圖中的總線類型基本覆蓋了常用總線。

為描述測試儀器的特性規(guī)格，定義了Specification類和Specifications類，其結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖4所示。

圖3 Bus的UML類圖Fig.3 UML class diagram of Bus

圖4 Specification的UML類圖Fig.4 UML class diagram of Specification

Specification具有名稱、描述和附加信息等屬性；元素Definition描述了定義和測量該規(guī)格的數(shù)學(xué)表達(dá)；Conditions描述了該規(guī)格測量的條件；Limits描述了規(guī)格的各種指標(biāo)；Graph描述某些硬件性能圖解表示；RequiredOptions描述得到該規(guī)格所需的硬件參數(shù)配置；ExclusiveOptions描述所有其它附加信息，包括注釋、說明等。Specifications類是對(duì)一組或一個(gè)Specification類的組合；Certifications描述了所有子規(guī)格的可追蹤性；Conditions描述所有子規(guī)格具有的公共條件；Choice1表示可以采用其下屬分支的任意一種方法進(jìn)行描述；Extension用于擴(kuò)展描述，由用戶根據(jù)需要自行約定描述的方法和結(jié)構(gòu)。

描述儀器的根元素為InstrumentDescription類，其類圖結(jié)構(gòu)如圖5所示。

該類繼承了HardwareItemDescription類，除了繼承的特性信息外通過Buses描述總線的信息；Specifications描述該儀器具有的所有規(guī)格說明；Switching描述儀器內(nèi)部的開關(guān)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；Capabilities描述儀器具有的能力和通道與能力的映射，能力通過Switching的描述可以輸出到對(duì)外連接的端口；PowerOnDefaults描述儀器加電的初始狀態(tài)值，通過Value類表示，可以是二進(jìn)制碼和各種物理量的描述，比如數(shù)字端口加電后為低電平，模擬輸出為0 V等。Resources描述儀器具有的資源，通過一組Resource類聚合而成。

圖5 InstrumentDescription UML類圖Fig.5 UML class diagram of InstrumentDescription

4 結(jié)束語

文章基于XML的測試儀器描述層的互操作性實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，采用UML建模工具對(duì)ATS測試儀器進(jìn)行了建模分析，主要包括Bus的UML類圖、Specification的UML類圖、InstrumentDescription的UML類圖，從系統(tǒng)建模的角度理清了測試儀器的層次化模型，保證了測試儀器描述層的互操作性。

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