ATML標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用研究

(1.北京交通大學(xué) 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，北京 100044； 2.北京航天自動(dòng)控制研究所，北京 100854)

0 引言

隨著我國軍工技術(shù)的快速發(fā)展，裝備單機(jī)和系統(tǒng)的復(fù)雜程度大大提高。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍用電子裝備的研制生產(chǎn)以及使用過程中。為了保證軍用電子裝備在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中的作戰(zhàn)效能，裝備單機(jī)的測(cè)試維護(hù)變得越來越重要，這給自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求[1]。同時(shí)面對(duì)武器裝備不斷增長的測(cè)試需求，如何對(duì)裝備進(jìn)行快速、可靠的測(cè)試成為科研和生產(chǎn)單位必須面對(duì)的迫切問題。目前，針對(duì)具體的測(cè)試任務(wù)或者具體的測(cè)試對(duì)象而設(shè)計(jì)制造的專用的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)不能適應(yīng)目前的發(fā)展要求，其測(cè)試信息不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，測(cè)試信息不能實(shí)現(xiàn)復(fù)用，設(shè)計(jì)人員的重復(fù)開發(fā)從而造成了測(cè)試成本的增加。大量的測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試程序無法實(shí)現(xiàn)信息的共享，并且在測(cè)試程序開發(fā)的過程中存在測(cè)試儀器互換性差的問題?；谏鲜鰡栴}，自動(dòng)測(cè)試標(biāo)識(shí)語言(automatic test markup language，ATML)標(biāo)準(zhǔn)的制定給電子裝備的自動(dòng)化測(cè)試提供了新的思路，ATML的提出，允許自動(dòng)測(cè)試設(shè)備和測(cè)試信息在一種可拓展標(biāo)識(shí)語言(extensible markup language，XML)這一公共的格式下進(jìn)行信息的交換。實(shí)現(xiàn)軟硬件資源以及測(cè)試信息復(fù)用，增強(qiáng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)各個(gè)組件之間的互操作性，減少測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)研究成本[2]。

1 ATML標(biāo)準(zhǔn)概述

ATML自動(dòng)測(cè)試標(biāo)識(shí)語言，即IEEE Std 1671標(biāo)準(zhǔn)，是一種測(cè)試信息存儲(chǔ)和傳遞的標(biāo)準(zhǔn)[3]。它以XML為統(tǒng)一的格式進(jìn)行發(fā)展，是自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域的XML文件模式，即測(cè)試領(lǐng)域的XML。ATML是一個(gè)詳細(xì)說明設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、測(cè)試策略和需求、測(cè)試程序、測(cè)試結(jié)果管理以及測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)信息的系列標(biāo)準(zhǔn)的集合[1]。ATML標(biāo)準(zhǔn)的制定目的是在自動(dòng)測(cè)試的環(huán)境當(dāng)中能夠支持測(cè)試程序、測(cè)試資源以及被測(cè)設(shè)備的互用性。ATML標(biāo)準(zhǔn)通過這一標(biāo)準(zhǔn)媒介來實(shí)現(xiàn)在測(cè)試系統(tǒng)組件之間交換測(cè)試信息以及診斷的信息。

ATML標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用將有助于實(shí)現(xiàn)：

1)減少測(cè)試時(shí)間；

2)減少檢修周期；

3)提高測(cè)試程序集的可互用性和可移植性；

4)提高測(cè)試儀器的可互換性;

5)支持可復(fù)用的測(cè)試軟件框架結(jié)構(gòu)；

6)使測(cè)試軟件和測(cè)試軟件開發(fā)工具的開發(fā)、集成和使用更加簡單；

2 ATML框架結(jié)構(gòu)

ATML標(biāo)準(zhǔn)作為自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域的XML標(biāo)準(zhǔn)，其是對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的規(guī)范，自動(dòng)測(cè)試通常意義上是指能夠?qū)Ρ粶y(cè)對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)的功能、性能指標(biāo)測(cè)試、故障定位、故障診斷的一類系統(tǒng)統(tǒng)稱，其功能通常包括信號(hào)激勵(lì)、信號(hào)測(cè)量、數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果顯示等。ATML框架結(jié)構(gòu)對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)所必需的元素進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，其標(biāo)準(zhǔn)中所有的外部接口和內(nèi)部模型會(huì)參考自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(automatic test system，ATS)以及被測(cè)設(shè)備UUT。圖1為自動(dòng)測(cè)試標(biāo)識(shí)語言ATML標(biāo)準(zhǔn)與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)ATS之間的關(guān)系。

圖1 ATML組件與ATS的關(guān)系

ATML框架以3種不同的方式進(jìn)行定義：外部接口(External interface),內(nèi)部模型(internal models)、服務(wù)(service)[4]。其中，外部接口有測(cè)試描述、儀器描述、被測(cè)設(shè)備描述、測(cè)試配置、測(cè)試適配器、測(cè)試工作站以及測(cè)試結(jié)果。內(nèi)部模型有ATML能力描述以及ATML線纜連接[5]。

在ATML標(biāo)準(zhǔn)中各個(gè)組件及相應(yīng)的XML Schema，內(nèi)容如表1所示。

表1 ATML組件標(biāo)準(zhǔn)

3 ATML標(biāo)準(zhǔn)組件分析

ATML組件標(biāo)準(zhǔn)[6]對(duì)組件的xml schema做出了標(biāo)準(zhǔn)化的描述，其描述模型[7]如下：

公共元素(Common)其提供公共的類型以及屬性的定義，其作為基礎(chǔ)的模式供其他組件的XML schema進(jìn)行引用。

儀器描述(InstrumentDescription)是對(duì)測(cè)試儀器能力的描述，一般定義測(cè)試儀器的物理接口、儀器的能力與資源、儀器的能力與資源的映射以及資源接口連接到儀器接口。這里主要運(yùn)用相應(yīng)的端口以及引腳等信息對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行描述。

被測(cè)設(shè)備描述(UUT Description)其構(gòu)架對(duì)被測(cè)設(shè)備的信息進(jìn)行了描述，其中包括：

1)UUT型號(hào)，包括所需的型號(hào)名稱、所需的部件或者型號(hào)可選的版本信息以及可選的制造商信息；

2)UUT的物理特性規(guī)格。例如尺寸和重量等特性；

3)UUT物理接口描述，包括連接器、引腳、端口以和數(shù)字總線；

4)UUT組件描述(組件的描述細(xì)節(jié)程度取決于測(cè)試的相關(guān)要求)；

5)UUT功率操作環(huán)境和校準(zhǔn)要求規(guī)范；

6)UUT可能的故障和故障描述。

測(cè)試配置(TestConfiguration)主要用來描述在特定的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)上測(cè)試被測(cè)設(shè)備所需要的儀器設(shè)備資源(如儀器、接口設(shè)備、電纜、輔助設(shè)備)測(cè)試程序軟件以及測(cè)試文件。

測(cè)試適配器(TestAdapter)用來描述測(cè)試工作站與UUT之間的測(cè)試適配器的測(cè)試能力和結(jié)構(gòu)。

測(cè)試工作站(TestStation)用來描述一個(gè)完整的測(cè)試工作站，包括儀器和測(cè)試設(shè)備的以及其之間的連接。

自動(dòng)測(cè)試的核心在于產(chǎn)生測(cè)試激勵(lì)完成對(duì)被測(cè)設(shè)備的測(cè)試，而測(cè)試描述(TestDescription)作為ATML標(biāo)準(zhǔn)組件中內(nèi)容最豐富的schema之一，是整個(gè)ATML標(biāo)準(zhǔn)的核心組件，與其他組件一起用于開發(fā)TPS測(cè)試程序。該標(biāo)準(zhǔn)定義了測(cè)試性能、測(cè)試條件以及診斷需求，并且對(duì)測(cè)試被測(cè)設(shè)備的流程以及相關(guān)操作進(jìn)行了定義。測(cè)試描述的標(biāo)準(zhǔn)的目的是為了方便那些需要共享UUT測(cè)試需求的ATS組件之間的互操作性，如在不同的測(cè)試平臺(tái)中之間共享測(cè)試需求。ATML測(cè)試描述文檔的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 TestDescription的結(jié)構(gòu)圖

ATML TestDescription中的主要元素有td:UUT、td:InterfaceRequirement、td:DetailedTestInformation以及td:Extension。測(cè)試描述文件主要描述UUT、接口需求、信號(hào)需求、詳細(xì)測(cè)試信息、診斷信息等信息[5]。其中td:UUT中td:Description包含了當(dāng)前實(shí)例文檔中指定測(cè)試過程中所需要的UUT的描述性信息。

這部分描述信息可以通過打包數(shù)據(jù)通過元素td：TestDescription/td:UUT/td:Description/td:DescriptionDocumentReference來參考一個(gè)UUT的文件。

除了上述UUT的信息以外還有額外的UUT測(cè)試數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過td:UUT/td:TestData元素進(jìn)行表示，但是這些數(shù)據(jù)的描述不被UUT的ATML組件標(biāo)準(zhǔn)所定義，但是這寫數(shù)據(jù)可能被用于開發(fā)測(cè)試需求以及測(cè)試程序。其主要包括以下的數(shù)據(jù)類別：

1)AC或DC電源，在測(cè)試UUT的過程中給設(shè)備供電；

2)UUT操作的人員及設(shè)備保護(hù)所需要的時(shí)間；

3)測(cè)試UUT所需的特殊的元器件以及專用的工具清單。

對(duì)于測(cè)試過程中的所需要的必需的固定裝置等適配器信息td:InterfaceRequirement中進(jìn)行相關(guān)的信息描述，其相關(guān)信息可以通過td:InterfaceRequirement/td:Fixtures/td:Fixture/td:DescriptionDocumentReference進(jìn)行打包。

td:DetailedTestInformation作為ATML測(cè)試描述文檔中測(cè)試程序的描述主要元素,該元素詳細(xì)的描述了UUT測(cè)試過程中所需要的測(cè)試條件以及測(cè)試要求，其主要對(duì)測(cè)試程序結(jié)構(gòu)以及測(cè)試過程中的控制流程、數(shù)據(jù)和相應(yīng)的測(cè)試行為進(jìn)行規(guī)范描述。元素td:DetailedTestInformation的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 DetailedTestInformation結(jié)構(gòu)圖

ATML TestDescription XMLSchema對(duì)整個(gè)測(cè)試描述進(jìn)行了冗余的設(shè)計(jì)，用來滿足大部分自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中相關(guān)信息的描述，用戶可以根據(jù)自己實(shí)際的需求對(duì)構(gòu)架進(jìn)行精簡。以下是元素td:DetailedTestInformation的子元素描述信息。

其中td:TsfLibraies是對(duì)實(shí)例文檔中引用的測(cè)試信號(hào)框架庫TSF(test signal framework)的引用,這些TSF描述了測(cè)試描述實(shí)例文檔中使用IEEE Std 1641信號(hào)的接口以及行為。

元素td:EnterPoints是在測(cè)試的過程中，ATE操作人員能夠在執(zhí)行程序開始的時(shí)候選擇測(cè)試的入口點(diǎn)，自動(dòng)測(cè)試軟件根據(jù)此項(xiàng)的信息自動(dòng)去選擇測(cè)試的入口點(diǎn)，測(cè)試描述的實(shí)例描述文件中可以指定單個(gè)或者多個(gè)測(cè)試入口。當(dāng)有多個(gè)入口點(diǎn)時(shí)，必須指定其中一個(gè)是其被指定為“主要”的入口點(diǎn)，這樣在沒有入口點(diǎn)選擇的情況下會(huì)選擇主入口測(cè)試點(diǎn)。其屬性值為TestGroupID，可以通過其屬性值對(duì)測(cè)試組進(jìn)行引用。

元素td:TestGroups表示在測(cè)試過程中在UUT上執(zhí)行的一系列測(cè)試，在TestGroups中不直接對(duì)Test進(jìn)行詳細(xì)描述，這里只是描述一系列測(cè)試的步驟，這種間接允許從多個(gè)測(cè)試中引用特定的測(cè)試組，這種方式促進(jìn)了可復(fù)用的測(cè)試程序開發(fā)。TestGroups中其測(cè)試步驟的順序的子節(jié)點(diǎn)可以被分成以下td:Sequence、td:Serial、td:Parallel、td:Unspecified、td:DiagnosticModel分別代表測(cè)試組中測(cè)試步驟的執(zhí)行結(jié)果執(zhí)行(類似于故障樹模型)、先后順序執(zhí)行、測(cè)試步驟并行執(zhí)行、測(cè)試步驟任意順序執(zhí)行以及按照測(cè)試過程中的診斷推理進(jìn)行決定。

元素td:GlobalVariables對(duì)測(cè)試描述中所有的全局變量進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)在測(cè)試描述文件中的引用。

元素td:SignalRequirements描述被測(cè)設(shè)備所有的信號(hào)需求。

元素td:Faults包含了特定UUT的故障列表。元素td:Failures包含UUT定義的故障列表。

元素td:AutoMaticGeneration確定用于生成測(cè)試程序的自動(dòng)測(cè)試程序生成工具。

元素td:Frames應(yīng)包含通過UUT的數(shù)字總線交換的所有幀列表。

元素td:Tests作為測(cè)試描述中最重要的一部分，其詳細(xì)的規(guī)定了每一個(gè)測(cè)試用例的程序結(jié)構(gòu)并對(duì)測(cè)試過程的動(dòng)作、信號(hào)需求等信息進(jìn)行描述。td:Tests元素的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 Tests的結(jié)構(gòu)圖

元素td:Test中屬性主要有名稱、ID、類型等信息的描述，其中td:Description元素對(duì)測(cè)試用例進(jìn)行自由文本的描述。元素td:Outcome描述了測(cè)試可能出現(xiàn)的所有結(jié)果，其元素屬性包括“ID”以及“value”值以及“qualifier”限定符，這里的結(jié)果值有“Passed”“Failed”“Done”和“Aborted”。其限定符在需要的時(shí)候進(jìn)行描述。例如與上限和下線值進(jìn)行比較：

1)value=“Passed”

2)value=“Failed”, qualifier =“High”

3)value=“Failed”, qualifier =“Low”

元素td:TsetResults是測(cè)試返回的測(cè)試結(jié)果，是可以被測(cè)量值、計(jì)算值或是通過參數(shù)和變量接受的值。其子元素td:TestResult/td:ValueDescription用來描述測(cè)試結(jié)果的值，該描述表示數(shù)據(jù)類型，單位和可選的標(biāo)稱值，而不會(huì)指定實(shí)際的數(shù)據(jù)，實(shí)際的數(shù)據(jù)值在測(cè)試的過程中產(chǎn)生。必要時(shí)可以通過元素td:Limit對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行限制或者對(duì)其期望值進(jìn)行描述。元素td:Parameters是對(duì)測(cè)試的參數(shù)化描述來增加測(cè)試在測(cè)試描述或者跨多個(gè)測(cè)試描述的重復(fù)使用。元素td:Condition是在測(cè)試UUT的過程中必需滿足一定的條件，有前置條件和后置條件之分。

元素td:Behavior是td:Test中最重要的元素，此元素詳細(xì)的描述了當(dāng)前測(cè)試行為執(zhí)行過程中采取的詳細(xì)的動(dòng)作步驟。通常情況下，測(cè)試行為的描述包括施加在UUT上的測(cè)試激勵(lì)，測(cè)試UUT的測(cè)試回應(yīng)以及對(duì)測(cè)量值與限制或者期望值之間的比較。在ATML TestDescription的XML schema中支持以下描述測(cè)試行為：通過自由的文本格式、指定單獨(dú)的測(cè)試組、預(yù)定義面向信號(hào)的操作序列、引用XML格式的測(cè)試定義的專門操作。這些測(cè)試行再為td:Behavior中進(jìn)行定義描述。圖5為Behavior的結(jié)構(gòu)圖。

圖5 Behavior的結(jié)構(gòu)圖

在元素td:Behavior/td:Operations中表示測(cè)試行為被指定為預(yù)定義的序列操作其包含18類子元素。子元素描述的操作應(yīng)該按實(shí)例文檔的操作順序依次執(zhí)行。ATML標(biāo)準(zhǔn)預(yù)定義了信號(hào)操作、定時(shí)操作和控制流操作，通過預(yù)設(shè)定的能夠描述復(fù)雜的測(cè)試操作，便于文件的解析以及自動(dòng)測(cè)試程序的生成。這里列舉作為最通用的信號(hào)5種類型的操作動(dòng)作：

1)OperationSetup描述信號(hào)(信號(hào)源或傳感器)的實(shí)例化和配置；

2)OperationConnect描述信號(hào)與UUT接口上的端口連接或者UUT的端口互聯(lián)；

3)OperationChange描述信號(hào)的重新配置；

4)OperationRead描述模擬傳感器信號(hào)的測(cè)量；

5)OperationDisconnect描述連接信號(hào)或互連UUT接口的斷開；

6)OperationReset描述信號(hào)的復(fù)位，通常使信號(hào)處于靜止?fàn)顟B(tài)。

上文對(duì)ATML標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)試描述XMLschema進(jìn)行了描述，通過對(duì)典型的測(cè)試程序結(jié)構(gòu)的進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試程序集的開發(fā)的具有指導(dǎo)意義。

4 基于ATML的測(cè)試信息描述在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用

構(gòu)建滿足ATML標(biāo)準(zhǔn)體系的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展的方向，本文以自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)生成測(cè)試激勵(lì)為例，簡要說明ATML各組件在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用。

針對(duì)上文對(duì)ATML標(biāo)準(zhǔn)以及各組件簡要分析，以ATML標(biāo)準(zhǔn)中各個(gè)組件的關(guān)系為基礎(chǔ)，測(cè)試開發(fā)人員通過配置保存相應(yīng)ATML測(cè)試描述實(shí)例文檔，并且對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的資源信息進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架下的描述，為測(cè)試程序的執(zhí)行提供相應(yīng)的信息?；贏TML的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試激勵(lì)運(yùn)行原理如圖6所示[8-9]，實(shí)現(xiàn)了包括測(cè)試需求信息(信號(hào))的解析、信號(hào)能力的匹配以及相應(yīng)的儀器驅(qū)動(dòng)等以信號(hào)激勵(lì)為測(cè)試的過程。

1)當(dāng)測(cè)試開發(fā)人員通過對(duì)UUT的組件以及功能結(jié)構(gòu)分析，制定出正確的測(cè)試策略，開發(fā)配置出基于ATML標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試描述實(shí)例文檔，軟件平臺(tái)通過對(duì)測(cè)試需求信息的解析，遍歷XML樹形結(jié)構(gòu)中相應(yīng)存儲(chǔ)測(cè)試需求信息的元素節(jié)點(diǎn)并確定相應(yīng)的主測(cè)試組。再從測(cè)試組相關(guān)測(cè)試中提取需求信號(hào)信息、測(cè)試對(duì)象信息和測(cè)試流程信息；

2)根據(jù)測(cè)試需求信息中的信號(hào)特征信息創(chuàng)建實(shí)例化信號(hào)組件對(duì)象，并傳遞給RTS運(yùn)行系統(tǒng)，RTS觸發(fā)相應(yīng)的儀器匹配函數(shù)，匹配相應(yīng)的具有需求信息能力的測(cè)試儀器(激勵(lì)、測(cè)試等)。同時(shí)RTS運(yùn)行時(shí)服務(wù)系統(tǒng)解析儀器描述實(shí)例文檔確定測(cè)試儀器的測(cè)試能力[10]，解析被測(cè)設(shè)備UUT、測(cè)試工作站以及測(cè)試適配器描述文件的實(shí)例文檔，確定物理連接路徑及儀器名稱、儀器地址。將匹配到的儀器根據(jù)測(cè)試需求信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的信號(hào)[11]，最后測(cè)試程序根據(jù)測(cè)試資源描述信息選擇相應(yīng)的信號(hào)通路，產(chǎn)生測(cè)試激勵(lì)施加給被測(cè)設(shè)備UUT。下圖是基于ATML測(cè)試激勵(lì)產(chǎn)生的框圖：

圖6 基于ATML測(cè)試激勵(lì)產(chǎn)生框圖

ATML標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)ATS中各個(gè)部分進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化描述[12-13]，其相應(yīng)的XML實(shí)例文檔存儲(chǔ)了各類的測(cè)試信息，基于ATML描述測(cè)試信息應(yīng)用于某型信息處理系統(tǒng)的功能測(cè)試，解決了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)以下問題：

1)針對(duì)專用測(cè)試系統(tǒng)通用性差的問題，ATML標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用提高了測(cè)試程序的可移植，通過對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化描述，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試程序信息進(jìn)行擴(kuò)展，使得基于ATML標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通用性更強(qiáng)。

2)測(cè)試描述中通過對(duì)測(cè)試需求信號(hào)的描述以及相關(guān)測(cè)試儀器能力、資源、接口以及相互映射關(guān)系的描述，為面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供支撐，有效地解決測(cè)試過程中儀器可互換的問題。

3)XML文檔存儲(chǔ)的各類測(cè)試信息，能夠有效地解決測(cè)試開發(fā)環(huán)境中信息的交換，大大縮短系統(tǒng)開發(fā)運(yùn)行的時(shí)間，極大提高測(cè)試數(shù)據(jù)共享交互的通用性。

5 結(jié)束語

測(cè)試信息的標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)信息交換的關(guān)鍵，ATML標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信息描述在下一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中具有顯著的作用,特別是在軍用測(cè)試領(lǐng)域。本文首先分析了ATML標(biāo)準(zhǔn)的框架、組件描述信息、以及測(cè)試描述的詳細(xì)介紹，為測(cè)試程序集的開發(fā)以及測(cè)試激勵(lì)的產(chǎn)生方法提供了參考。