基于1641的面向信息模型ATE應(yīng)用解決方案

王 軍， 劉松風(fēng) ， 賀 喆

（1.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）

自動測試系統(tǒng)（Automatic Test System，ATS）是指在計(jì)算機(jī)控制下，能對被測對象自動地進(jìn)行測量、故障診斷、數(shù)據(jù)處理、存儲、傳輸，并以適當(dāng)方式顯示或輸出測試結(jié)果的系統(tǒng)，ATS一般由3大部分組成：自動測試設(shè)備（ATE），測試程序集（TPS）和TPS軟件開發(fā)工具[1]。ATS經(jīng)歷了從專用型向通用型、開放式的發(fā)展歷程，其中美軍的需求起到的非常重要的作用（有數(shù)據(jù)反映，到上世紀(jì)九十年代中，美軍在ATS上直接投入是350億美元，間接投入150億美元）。美國海軍2000年發(fā)布的ATE和TPS的采辦策略中，明確提出ATS應(yīng)用就是要借鑒 PC（Personal Computer，PC）工業(yè)取得的成就，按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不同廠家生產(chǎn)的部件集成在一起就能構(gòu)成一個通用的PC機(jī)。

觀察ATS的發(fā)展歷程，可以看出制定開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是其主要內(nèi)容之一，這些工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基本上都是用來規(guī)范構(gòu)成ATS各組成部分之間的接口，例如 ，關(guān)于硬件總線的VXI、PXI等；關(guān)于軟件的VISA、IVI等。目前計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到互聯(lián)網(wǎng)時代，關(guān)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也從過去制定構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

各組成部分接口的標(biāo)準(zhǔn)階段，發(fā)展到制定信息交換標(biāo)準(zhǔn)的階段。作為計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的一個特定領(lǐng)域，ATS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也在發(fā)生著相應(yīng)變化，開始有了關(guān)于ATS應(yīng)用領(lǐng)域的一些信息交換標(biāo)準(zhǔn)，IEEE-1641就是其中的一種。本文將結(jié)合對ATS發(fā)展歷程中有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對ATS應(yīng)用體系的影響的分析，提出一種基于IEEE-1641的互聯(lián)網(wǎng)時代ATS應(yīng)用解決方案。

1 實(shí)現(xiàn)ATE軟件平臺關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)途徑

通用是一個相對的概念，通用軟件平臺的設(shè)計(jì)開發(fā)，必須詳細(xì)分析被測對象的具體測試需求[2]。通用軟件平臺的主要特點(diǎn)是：

1）開放式、標(biāo)準(zhǔn)化的軟件體系結(jié)構(gòu)。為集成測試數(shù)據(jù)、測試策略和需求、測試步驟、測試結(jié)構(gòu)管理和測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供了整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2）測試儀器可互換性。ATS的硬件接口和軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化，滿足標(biāo)準(zhǔn)接口要求的儀器設(shè)備都能方便地進(jìn)入系統(tǒng)，儀器型號更換后，不影響原有TPS的使用。

3）TPS可移植性。TPS接口與軟件平臺接口標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)TPS與具體測試系統(tǒng)的硬件無關(guān)，可以在不同的ATS平臺間進(jìn)行傳遞[3]。

1.1 基于ABBET標(biāo)準(zhǔn)的軟件體系結(jié)構(gòu)

ABBET標(biāo)準(zhǔn)由IEEE1226.3-1226.12等一整套測試領(lǐng)域信息接口標(biāo)準(zhǔn)組成，覆蓋與測試信息相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)的各個環(huán)節(jié)。采用ABBET標(biāo)準(zhǔn)將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測試維護(hù)信息的共享和重用，實(shí)現(xiàn)測試儀器的可互換性、TPS的可移植性與互操作，使集成診斷測試系統(tǒng)的開發(fā)更方便、快捷。

ABBET標(biāo)準(zhǔn)定義了基于框架的模塊化測試軟件結(jié)構(gòu)，支持軟件資源的重用。將測試領(lǐng)域宏觀上劃分為產(chǎn)品描述層、測試策略和需求層、測試過程層、測試資源管理層、儀器控制層，如圖1所示。其核心思想是：將測試軟件合理分層配置，實(shí)現(xiàn)測試軟件與測試系統(tǒng)硬件、軟件運(yùn)行平臺的無關(guān)性，滿足測試軟件可移植、重用與互操作的要求。

圖1 下一代自動測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架Fig.1 The next generation of automatic test system architecture framework

1.2 基于IVI技術(shù)實(shí)現(xiàn)測試儀器可互換性

目前廣泛使用的各類總線式測試儀器有幾十類、上萬種型號，而且產(chǎn)品更新?lián)Q代快。為了延長測試系統(tǒng)的使用壽命。儀器更換往往是不可避免的。另一方面，隨著通用測試系統(tǒng)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，為適應(yīng)被測對象測試需求的變化，也要求測試儀器能夠方便地升級換代。為了解決儀器型號、種類和生產(chǎn)廠商的不同給儀器更換帶來一系列兼容性問題，世界各大儀器公司都在研究和制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[4]。

1）IVI（Interchangeability Virtual Instrumentation）規(guī) 范 作為美國國防部公布的下一代自動測試系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)真正意義的儀器可互換的關(guān)鍵。IVI規(guī)范對儀器進(jìn)行了分類，每一類儀器具有統(tǒng)一的基本功能，同時定義了擴(kuò)展功能，并支持儀器特定的功能調(diào)用，應(yīng)用程序中對儀器的控制操作調(diào)用類驅(qū)動程序，類驅(qū)動程序通過IVI引擎和配置信息調(diào)用具體儀器驅(qū)動程序來控制實(shí)際的儀器。因此，測試系統(tǒng)的具體儀器改變，只需要改變配置信息，不用修改應(yīng)用程序，理論上實(shí)現(xiàn)了同類儀器的互換性，實(shí)現(xiàn)了同類儀器驅(qū)動器函數(shù)形式和參數(shù)的完全統(tǒng)一，使最終用戶不再被束縛于特定廠家的特定型號的儀器設(shè)備。

2）1999年HP公司（現(xiàn)為Agilent公司）提出了 IVI—MSS（IVI Measurement and Stimulus Subsystem）規(guī)范，IVI—MSS 規(guī)范擴(kuò)充了IVI規(guī)范的儀器可交換能力。在儀器驅(qū)動與測試應(yīng)用之間加入了中間層，形成針對特定應(yīng)用的新的編程接口。而中間層又提供了插入特定代碼的位置，用來補(bǔ)償因儀器互換造成的測試結(jié)果的差異，這樣就實(shí)現(xiàn)了“魯棒性”的儀器互換機(jī)制，并能夠支持不同類型儀器的互換及多儀器組合的互換，還可實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)用的復(fù)雜測試／激勵模型的重用。

3）新的 IVI信號接口（IVI—Signal Interface）規(guī)范包含了信號基本操作方法，如復(fù)位、建立、變化、捕獲，允許應(yīng)用程序控制生成和測量一個物理的信號，這個信號可以是一個或多個信號，IVI信號接口組件調(diào)用IVI儀器驅(qū)動器VISA或SCPI命令來控制儀器。它還提供應(yīng)用程序使用資源信息模型的途徑，以支持ATS根據(jù)信號自動分配儀器資源。

1.3 基于1641標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)TPS可移植

TPS可移植和互操作技術(shù)是實(shí)現(xiàn)測試軟件可重用、擴(kuò)大測試系統(tǒng)的應(yīng)用范圍、提高開發(fā)效率和降低測試開發(fā)成本的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)測試軟件可移植與互操作的兩個基本條件是：1）測試系統(tǒng)信號接口的標(biāo)準(zhǔn)化；2）測試程序與具體測試資源硬件的無關(guān)化。

測試軟件從結(jié)構(gòu)上可分為：面向儀器、面向應(yīng)用和面向信號3種形式，而面向信號的開發(fā)是測試軟件互操作的前提。面向信號的開發(fā)使測試需求反映為針對UUT端口的測量／激勵信號要求，TPS中不包含任何針對真實(shí)物理資源的控制操作。當(dāng)測試資源模型也是圍繞“信號”而建立時，則只要通過建立虛擬信號資源向真實(shí)信號資源的映射機(jī)制.就可以實(shí)現(xiàn)TPS在不同配置的測試系統(tǒng)上運(yùn)行。

IEEE 1641標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于測試和信號定義的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，他保持了ATLAS面向UUT基于信號的原則，但以API代替了ATLAS這一專門的測試語言，是ATLAS面向信號測試語言發(fā)展的頂峰，能真正滿足TPS可移植的要求。STD已經(jīng)不再是一種測試描述語言，而主要是一套信號組件庫，并且能夠方便地與其他標(biāo)準(zhǔn)（比如IVI信號接口標(biāo)準(zhǔn)）結(jié)合形成面向信號的測試應(yīng)用開發(fā)，該標(biāo)準(zhǔn)為用戶提供了描述和控制信號的能力，并允許用戶選用自己的操作系統(tǒng)和編程語言。用戶可以通過信號定義來描述測試需求和測試資源，而不必考慮使用哪一種編程語言[5]。圖2是STD標(biāo)準(zhǔn)的層次結(jié)構(gòu)圖[6]。

圖2 1641標(biāo)準(zhǔn)層狀模型圖Fig.2 1641 standard layered model diagram

2 信息模型在測試領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的信息模型概念

“語義層”通用自動測試系統(tǒng)提出了“信息模型”的概念。而信息模型概括的講就是一種用來定義信息標(biāo)準(zhǔn)表示方式的方法。主要是通過對信息的內(nèi)容、相互關(guān)聯(lián)關(guān)系、數(shù)據(jù)流圖和相應(yīng)操作的研究構(gòu)建出的開放可擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)模型，這樣的標(biāo)準(zhǔn)模型標(biāo)準(zhǔn)化了信息的類型、屬性等固有特性。通過使用這樣的信息標(biāo)準(zhǔn)模型，我們可以實(shí)現(xiàn)使用不同的應(yīng)用程序?qū)λ芾淼男畔?shù)據(jù)進(jìn)行重用，變更以及分享等功能。其實(shí)“語義層”通用自動測試系統(tǒng)在本質(zhì)上就是借鑒了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用信息模型在信息處理上的成功經(jīng)驗(yàn)，其中最典型的一個例子便是超文本標(biāo)記語言 （Hyper Text Markup Language，HTML），HTML標(biāo)準(zhǔn)本質(zhì)上就是一個表達(dá)信息的標(biāo)準(zhǔn)模型。符合HTML規(guī)范的信息可以在不同PC硬件、操作系統(tǒng)和瀏覽器之間進(jìn)行相同的顯示，完全不必考慮計(jì)算機(jī)硬件和軟件的影響。

2.2 自動測試領(lǐng)域信息模型概念

在自動測試領(lǐng)域，由于測試儀器硬件不同，測試平臺不同和測試程序運(yùn)行環(huán)境不同，嚴(yán)重的制約了TPS的可移植性和ATE的互操作性。因此為了解決這個問題，借鑒互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，信息技術(shù)領(lǐng)域有了更加通用的（HTML只適合描述展現(xiàn)在屏幕上的信息模型），與信息生成、處理和應(yīng)用方式無關(guān)的信息描述技術(shù)——可擴(kuò)展標(biāo)記語言 （XML）。在此XML技術(shù)下，工業(yè)界對ATE通用化有了最新的解決方案，自動測試標(biāo)記語言（Automatic Test Markup Language，ATML）就是國際電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE），采用XML定義的一個系列標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)范了所有與ATE相關(guān)的信息描述標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)描述的信息與信息產(chǎn)生的方式無關(guān)、與信息處理的方式無關(guān)，因此為ATE各組成部分之間，以及ATE之間提供了一種信息交換媒介。

3 基于1641標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)時代的解決方案

圖3是文中提出的基于1641標(biāo)準(zhǔn)的測試程序在不同ATE中移植并運(yùn)行的原理框圖，其核心是借鑒互聯(lián)網(wǎng)的HTML模型解析思想，利用XML信息模型表達(dá)進(jìn)行傳遞，由于XML具有數(shù)據(jù)重用、數(shù)據(jù)和表示分離、可擴(kuò)展性以及結(jié)構(gòu)化集成數(shù)據(jù)等特點(diǎn)，用XML存儲的測試內(nèi)容與具體的測試儀器無關(guān)，而與被測對象（UUT）所需的激勵和測量信號有關(guān)，這樣的信息模型能被不同的基于1641標(biāo)準(zhǔn)RTS解析并運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)基于1641標(biāo)準(zhǔn)的測試程序移植性。

XML具有如下的優(yōu)勢：

1）數(shù)據(jù)重用

XML是被設(shè)計(jì)用來存儲、攜帶和交換數(shù)據(jù)的，一個存儲數(shù)據(jù)的XML文檔，可以被程序解析，把里面的數(shù)據(jù)提取出來加以利用，還可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪慌_計(jì)算機(jī)上被解析使用。

2）數(shù)據(jù)和表示分離

XML的優(yōu)勢在于，它保持了用戶界面和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之間的分離。HTML指定如何在瀏覽器中顯示數(shù)據(jù)，而XML則定義顯示內(nèi)容。在不使用XML時，HTML用于顯示數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)必須存儲在HTML文件之內(nèi)；使用XML，數(shù)據(jù)就可以存放在分離的XML文檔中。

圖3 基于1641標(biāo)準(zhǔn)的ATE互操作模型Fig.3 ATE interoperability model based on the 1641 standard

3）可擴(kuò)展性

XML是設(shè)計(jì)標(biāo)記語言的元語言，而不是HTML這樣的只有一個固定標(biāo)記集的特定的標(biāo)記語言?？蓴U(kuò)展性是至關(guān)重要的，企業(yè)可以用XML為電子商務(wù)和供應(yīng)鏈集成等定義自己的標(biāo)記語言，甚至特定的行業(yè)可以一起來定義該領(lǐng)域的特殊的標(biāo)記語言，作為該領(lǐng)域信息共享數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)。

4）結(jié)構(gòu)化集成數(shù)據(jù)

使用XML之后，一方面簡化了復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述和操作，另一方面在一定程度上改善了軟件的通用性。XML的這種特性對信息的存儲、交換和顯示都帶來了一些益處，值得大家關(guān)注。XML的主要優(yōu)勢在于它提供了一種簡潔的描述復(fù)雜數(shù)據(jù)的方式[7]。

4 結(jié)束語

文中對ATS的開放性和通用性做了簡單的介紹，并對通用自動測試系統(tǒng)的發(fā)展做了論述。提出了在自動測試領(lǐng)域要借鑒互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中信息模型的概念，得出IEEE-1641標(biāo)準(zhǔn)才是解決TPS可移植的重要手段和途徑。并提出了該標(biāo)準(zhǔn)在ATS中的一種解決方案，為今后推廣該標(biāo)準(zhǔn)并將其用在測試領(lǐng)域方面并實(shí)現(xiàn)ATE的互操作和TPS的可移植奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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[5]IEEE Standards Coordinating Committee 20.IEEE Standard for Signal and Test Definition[S].IEEE STD 1641TM-2010（Revision of IEEE Std 1641-2004）， 3 Park Avenue New York， NY 10016-5997，USA.17 September 2010.

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