TPS開(kāi)發(fā)環(huán)境通用性的研究與設(shè)計(jì)*

王伶俐 許炎義 郭 躍 郭 凱

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

TPS開(kāi)發(fā)環(huán)境通用性的研究與設(shè)計(jì)*

王伶俐 許炎義 郭 躍 郭 凱

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

武器維修設(shè)備采用自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的研制模式的背景下,文章結(jié)合TPS開(kāi)發(fā)環(huán)境通用性的特點(diǎn)提出了四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)為解決武器裝備維修中存在的問(wèn)題提供了一個(gè)很好的解決途徑。

通用性; 信息共享; 儀器互換性; 可移植性

ClassNumberTP311

1 引言

在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天,隨著軍事裝備的復(fù)雜性的提高,對(duì)測(cè)試系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求。測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試范圍不斷擴(kuò)展,對(duì)測(cè)試速度和精確度的要求也與日俱增。因此,傳統(tǒng)的人工檢測(cè)維護(hù)手段已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化武器系統(tǒng)支持保障的要求。在這種背景下,軍用的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生,各國(guó)都投入大量的資金和人力進(jìn)行研究。據(jù)報(bào)道,目前測(cè)試成本已達(dá)到研制裝備成本的50%,有的甚至達(dá)70%,而且編制測(cè)試程序花費(fèi)的時(shí)間比系統(tǒng)設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)得多。鑒于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間問(wèn)題,我國(guó)部分武器裝備的維修設(shè)備已經(jīng)向通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)方向發(fā)展,部分裝備的維修設(shè)備已經(jīng)采用“通用測(cè)試平臺(tái)+專用適配器+TPS(Test Program Set,TPS)程序集”的模式進(jìn)行研發(fā)。

目前,我軍武器裝備維修還存在一些問(wèn)題:各級(jí)維修單位之間武器裝備測(cè)試信息通常不能互聯(lián)互通;各級(jí)維修單位交叉測(cè)試結(jié)構(gòu)的重復(fù)建設(shè)和投資相對(duì)較大,且不能對(duì)武器裝備在不同階段的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控;對(duì)維修設(shè)備的測(cè)試與診斷是分開(kāi)進(jìn)行的,工作量相對(duì)較大;國(guó)外先進(jìn)武器裝備引進(jìn)數(shù)量增加,這些設(shè)備電器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,很難進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控;武器裝備向高數(shù)字化、高集成化方向發(fā)展,傳統(tǒng)的激勵(lì)-響應(yīng)模式的測(cè)試信息結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能完全適應(yīng)數(shù)字化設(shè)備的測(cè)試過(guò)程。考慮到目前武器裝備維修存在的這些問(wèn)題,我們對(duì)TPS開(kāi)發(fā)環(huán)境的通用性進(jìn)行了深入的研究,并提出了幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

2 TPS開(kāi)發(fā)環(huán)境通用性的特點(diǎn)

通用性是一個(gè)相對(duì)的概念,通用的測(cè)試環(huán)境的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),必須詳細(xì)地分析被測(cè)對(duì)象的具體測(cè)試需求[1]。通用的測(cè)試環(huán)境所具有的主要特點(diǎn)是:

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

2)測(cè)試信息共享。測(cè)試信息共享包括測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試資源數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等信息的交換與共享。

3)測(cè)試儀器可互換性。儀器型號(hào)更換或升級(jí)后,不影響原有TPS的使用。

4)TPS可移植性。實(shí)現(xiàn)TPS與測(cè)試儀器無(wú)關(guān),可以在不同的ATE平臺(tái)間進(jìn)行傳遞。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 基于ABBET標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)

ABBET[2](A Broad Based Environment for Test)是IEEE標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)委員會(huì)20(SCC20)擬定的用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研制的標(biāo)準(zhǔn),旨在使自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)規(guī)范化并降低成本。它所提供的不是一個(gè)已做成的軟件系統(tǒng),而是一套完整的、分層次的軟件標(biāo)準(zhǔn)集合,為集成各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、測(cè)試策略與需求、測(cè)試過(guò)程、測(cè)試結(jié)果管理及測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)而規(guī)范了一個(gè)復(fù)合環(huán)境。

ABBET是用于產(chǎn)品測(cè)試領(lǐng)域的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)的集合,其意圖是使從測(cè)試信息到測(cè)試實(shí)現(xiàn)的過(guò)渡更為方便。定義這些軟件接口標(biāo)準(zhǔn),是為了支持軟件組件的可移植性、可重用性、互換性、互操作性,并使之成為測(cè)試相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)工具的最終目標(biāo)[3]。ABBET軟件體系標(biāo)準(zhǔn)框架如圖1所示。

圖1 ABBET軟件體系標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)

該體系主要是專注于產(chǎn)品測(cè)試領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化框架。標(biāo)準(zhǔn)化框架允許測(cè)試應(yīng)用和工具能夠在實(shí)現(xiàn)于ABBET框架服務(wù)之上的異構(gòu)平臺(tái)中得到支持。

3.2 基于ATML實(shí)現(xiàn)測(cè)試信息的共享

ATML(Automatic Test Markup Language)是由IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)下設(shè)的測(cè)試信息集成分子委員會(huì)發(fā)布的自動(dòng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言ATML[4]。ATML標(biāo)準(zhǔn)的作用范圍是:為了在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)各部分之間共享信息,ATML定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的交換中間件。這些共享的信息包括:測(cè)試數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),這個(gè)中間件即為可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(XML)。ATML通過(guò)對(duì)多個(gè)XML模式進(jìn)行定義,將TPS相關(guān)信息逐類進(jìn)行分離,如將測(cè)試資源信息劃分為被測(cè)對(duì)象、適配器、工作站、儀器資源、測(cè)試描述、測(cè)試結(jié)果、配置信息、公共信息等幾大部分分別加以描述,每部分都可以導(dǎo)出符合ATML標(biāo)準(zhǔn)的XML文件,這種資源描述和測(cè)試過(guò)程描述相分離的模式,保持了各類信息的獨(dú)立性,實(shí)現(xiàn)了測(cè)試信息在產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)測(cè)試資源共享。

3.3 基于IVI實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀器的互換性

為進(jìn)一步提高儀器驅(qū)動(dòng)程序的執(zhí)行性能,達(dá)到真正的儀器互換性。1998年成立了IVI(Interchangeable Virtual Instruments,可互換式虛擬儀器)基金會(huì),為儀器驅(qū)動(dòng)制定了一套新的儀器驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn),使應(yīng)用程序可以實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立于硬件和接口,提高了儀器驅(qū)動(dòng)程序的執(zhí)行效率。

IVI的核心思想是“互換性”,IVI規(guī)范的核心是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)。該程序庫(kù)將所有設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序分成示波器、萬(wàn)用表、信號(hào)源、開(kāi)關(guān)、電源、函數(shù)發(fā)生器、信號(hào)源、頻譜分析儀、功率表等八大類,并規(guī)定了與每一類儀器通訊的標(biāo)準(zhǔn)編程接口。因?yàn)橐?guī)定一個(gè)唯一的標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)保證所有同類儀器都能正常工作是不現(xiàn)實(shí)的。IVI規(guī)范將每類儀器驅(qū)動(dòng)程序分為基本能力和擴(kuò)展屬性兩部分。前者定義了同類儀器中95%以上的儀器設(shè)備所有的能力與屬性,后者則定義了每種儀器的許多特殊的功能與屬性。IVI結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 IVI結(jié)構(gòu)模型

測(cè)試程序通過(guò)儀器的邏輯名調(diào)用分類驅(qū)動(dòng)程初始化函數(shù)。IVI引擎通過(guò)邏輯名稱檢查IVI配置文件,以確定某一具體儀器,動(dòng)態(tài)地調(diào)用具體儀器驅(qū)動(dòng)程序。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)COM端口與儀器建立會(huì)話連接,并將會(huì)話句柄返回給分類驅(qū)動(dòng)程序。分類驅(qū)動(dòng)程序的其他函數(shù)通過(guò)該句柄發(fā)送儀器控制命令和接收數(shù)據(jù),這些函數(shù)同樣由IVI引擎映射到具體儀器驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù),以完成對(duì)硬件儀器的I/O操作[5],通過(guò)這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)可互換儀器的控制。儀器更換后,只要修改配置文件的信息,使程序中的邏輯名指向新的儀器和儀器驅(qū)動(dòng)程序,就可方便地實(shí)現(xiàn)儀器可互換需求。

3.4 基于IEEE1641標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)TPS的可移植性

目前,測(cè)試領(lǐng)域內(nèi)存在兩種不同的測(cè)試程序開(kāi)發(fā)模式:一種是面向儀器的測(cè)試,另一種是面向信號(hào)的測(cè)試。面向儀器的測(cè)試由測(cè)試程序直接控制儀器的動(dòng)作來(lái)完成測(cè)試,是緊耦合開(kāi)發(fā)模式;面向信號(hào)的測(cè)試將對(duì)測(cè)試資源的需求映射成對(duì)信號(hào)激勵(lì)/測(cè)量的需求,通過(guò)資源管理器的分配和定位,驅(qū)動(dòng)測(cè)試儀器完成測(cè)試任務(wù),是模塊化,松耦合開(kāi)發(fā)模式。直接面向虛擬儀器調(diào)用測(cè)試資源,其缺點(diǎn)是系統(tǒng)往往不能涵蓋所有儀器和新的功能,從而使TPS的可移植性和儀器互換性受到限制;而信號(hào)的類型是有限的,可以涵蓋所有儀器,不怕新的儀器種類出現(xiàn),這是它的優(yōu)勢(shì)所在。

因此測(cè)試信號(hào)的分類建模研究顯得猶為重要。一個(gè)好的測(cè)試信號(hào)模型,有利于實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的“層次化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化”的要求;有利于從根本上解決TPS的可移植性。

IEEE1641是關(guān)于信號(hào)與測(cè)試定義的標(biāo)準(zhǔn)[6]。它是從ATLAS 2K中脫離出來(lái)的,最初的目的是提取出基于IEEE716標(biāo)準(zhǔn)中C/ATLAS中“有用”的信號(hào)。實(shí)際上IEEE 1641建立的信號(hào)描述框架,不但實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo),而且在信號(hào)復(fù)用、不同層次的信息描述能力、新技術(shù)的支持上表現(xiàn)得更有活力[7]。

圖3是IEEE1641標(biāo)準(zhǔn)的層次結(jié)構(gòu)模型[8],每一層和它的功能都在該段中描述。每一層都建立在上一層所定義的項(xiàng)目上。上層可以使用任何低于該層次中定義的項(xiàng)目,同時(shí)每層也不必對(duì)其下層中的項(xiàng)目進(jìn)行完整定義。

圖3 IEEE1641標(biāo)準(zhǔn)的層次結(jié)構(gòu)模型

分析了ATLAS標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于信號(hào)分類存在的弊端,結(jié)合該標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)層的不同功能,對(duì)信號(hào)進(jìn)行重新分類,提出了建立信號(hào)模型的基本思想:首先完成基本信號(hào)模型的構(gòu)建,以組件的形式封裝,然后通過(guò)對(duì)基本組件對(duì)象的調(diào)用,完成復(fù)雜信號(hào)建模?；谠摌?biāo)準(zhǔn)的信號(hào)組件,為開(kāi)發(fā)基于信號(hào)的測(cè)試程序奠定了基礎(chǔ),為TPS可移植性的實(shí)現(xiàn)提供了途徑。

4 一種通用TPS開(kāi)發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案

以下介紹一種面向信號(hào)的通用TPS開(kāi)發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)方案,用于某型武器系統(tǒng)中修設(shè)備自動(dòng)測(cè)試和診斷維修的需要。

通用測(cè)試環(huán)境的設(shè)計(jì)與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)相輔相成。按照ABBET標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu),TPS開(kāi)發(fā)環(huán)境主體框架設(shè)計(jì)如圖4所示。其中資源管理器和具體儀器信號(hào)驅(qū)動(dòng)均為標(biāo)準(zhǔn)接口定義下的COM組件[9],而信號(hào)組件是獨(dú)立的COM組件。

· 資源需求與策略:提供了測(cè)試的策略、需求和測(cè)試設(shè)備數(shù)據(jù)等信息,目的是產(chǎn)生高效的測(cè)試程序和可靠的數(shù)據(jù),進(jìn)行故障診斷推理和建立測(cè)試診斷知識(shí)庫(kù)。

· 信號(hào)組件庫(kù)[10]:每個(gè)信號(hào)組件對(duì)應(yīng)一種信號(hào),信號(hào)類型定義參考STD標(biāo)準(zhǔn)和工程實(shí)踐,其功能是存儲(chǔ)客戶程序輸入的信號(hào)信息,供具體儀器信號(hào)驅(qū)動(dòng)調(diào)用;存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果,供應(yīng)用程序調(diào)用。

· 接口標(biāo)準(zhǔn):定義面向信號(hào)儀器驅(qū)動(dòng)各接口標(biāo)準(zhǔn),供其他組件調(diào)用。

· 資源管理器:應(yīng)用程序和具體儀器信號(hào)驅(qū)動(dòng)的中間層,用于檢索儀器信號(hào)描述XML文件,查找合適的儀器,創(chuàng)建具體儀器信號(hào)驅(qū)動(dòng)。

· 儀器信號(hào)驅(qū)動(dòng):測(cè)試功能的實(shí)現(xiàn)者,通過(guò)封裝底層儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù),完成具體儀器信號(hào)測(cè)試功能。

基于某型武器系統(tǒng)的TPS開(kāi)發(fā)測(cè)試流程如下:

1)首先獲取被測(cè)對(duì)象的資料,然后對(duì)其功能、性能指標(biāo)進(jìn)行分析,總結(jié)出被測(cè)對(duì)象的測(cè)試信息需求。

2)測(cè)試程序輸入信號(hào)需求,信號(hào)組件存儲(chǔ)輸入的信號(hào)信息。

3)測(cè)試程序與測(cè)試接口進(jìn)行連調(diào)。資源分配器訪問(wèn)每臺(tái)儀器的XML文件,將測(cè)試程序輸入的信號(hào)信息與儀器信號(hào)能力相比較,檢索得到所需測(cè)試儀器。

4)資源管理器根據(jù)檢索到的儀器創(chuàng)建具體儀器信號(hào)驅(qū)動(dòng)。

5)儀器信號(hào)驅(qū)動(dòng)器控制儀器,完成測(cè)試功能。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明,通過(guò)采用ABBET標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)、ATML技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源共享、IVI實(shí)現(xiàn)儀器互換、1641標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)TPS可移植性所構(gòu)建的TPS開(kāi)發(fā)環(huán)境可以從根本上改善測(cè)試儀器的可互換性,有效地提高TPS的可移植性。基于該測(cè)試環(huán)境所構(gòu)建的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以有效地提高裝備維修保障的效率和維修保障的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化水平,節(jié)省了維修時(shí)間和經(jīng)費(fèi),具有顯著的軍事價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

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GeneralityAboatTPSDevelopmentEnvironment

WANG Lingli XU Yanyi GUO Yue GUO Kai

(School of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

In the context of the development mode aboat weapons and equipment maintenance using automated test system, the characteristics of TPS development environment is combined to present four key technologies. These technologies provide a good solution for solving the problems existing in weapon equipments maintenance.

generality, information sharing, instrument interchangeability, transferability

2013年10月21日,

:2013年11月30日

王伶俐,女,碩士研究生,研究方向:海軍電子裝備的管理與使用。許炎義,男,教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向:海軍電子裝備的綜合保障。郭躍,男,碩士研究生,研究方向:海軍電子裝備的綜合保障展。郭凱,男,碩士研究生,研究方向:信號(hào)與信息處理。

TP311DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.04.042