通用自動(dòng)測試軟件平臺設計

傳統自動(dòng)測試系統缺乏通用性，最根本的解決方法是標準化。本文以ABBET（A BroadBased Environment for Test）標準為主,與ATS(Automatic Test System)相關(guān)的其他國際標準為輔，采用符合標準描述的軟件層次結構，使用COM組件和CORBA等軟件設計技術(shù)，開(kāi)發(fā)了面向信號的通用自動(dòng)測試系統軟件平臺。采用基于國際標準ATS開(kāi)發(fā)模式，一方面可以使面向信號的測試最大限度地實(shí)現儀器無(wú)關(guān)性和TPS(Test Program Set)通用性；另一方面這種開(kāi)發(fā)模式簡(jiǎn)化了軟件系統架構難度，提高系統的可靠性和兼容性，對外部診斷方法提供了統一的接口。

隨著(zhù)電子科學(xué)、材料科學(xué)等技術(shù)的飛速發(fā)展，航空航天設備、軍用武器系統等高技術(shù)產(chǎn)品的復雜程度日益提高，傳統的人工檢測維護手段已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現代化裝備的支持保障要求，ATS（自動(dòng)測試系統）正逐步成為復雜系統與設備可靠運行的必要保證。

然而，我國目前尚無(wú)統一的測試技術(shù)體制和管理體制，也沒(méi)有需要強制執行的測試軟件體系標準。各種軟件采用的數據結構不相同，系統模型千差萬(wàn)別，帶來(lái)測試軟件系統繁多的種類(lèi)和低水平的重復研制。另外，測試軟件運行環(huán)境不規范，使用的測試語(yǔ)言不統一或版本各異，導致系統測試軟件不通用，造成開(kāi)發(fā)周期長(cháng)、重復開(kāi)發(fā)、移植性差、交換能力弱等缺陷，在很大程度上影響了用戶(hù)對其的掌握和使用。以上因素使得測試系統軟件平臺的通用化、標準化、模塊化、系列化方面與國際水平差距很大，成為制約我國自動(dòng)測試系統發(fā)展的首要因素。

本文重點(diǎn)研究了測試泛環(huán)境（ABBET）標準體系結構和實(shí)現軟件平臺通用性的關(guān)鍵技術(shù)，將ABBET定義的軟件體系框架結構細化為5個(gè)可操作的軟件層次（測試策略與需求層、測試程序層、資源管理層、儀器控制層、硬件層），利用每層相關(guān)標準分別開(kāi)發(fā)其功能，實(shí)現層次間通信，最終開(kāi)發(fā)出面向信號的通用自動(dòng)測試軟件平臺。

1　測試相關(guān)國際標準概述

IEEE 1226 ABBET標準是一種軟件體系結構規范，使按照該體系結構搭建起來(lái)的軟件平臺之間進(jìn)行標準化的數據交換和相互操作。ABBET 對測試軟件作了重點(diǎn)描述和規范，從信息建模的角度對測試信息進(jìn)行形式化描述，消除了層次間測試信息移植、共享和應用的障礙。在軟件設計上，強調系統重構或重組，能夠根據被測對象或測試流程的不同而動(dòng)態(tài)地進(jìn)行重組，降低系統重組的代價(jià)。但是ABBET標準僅僅提出了ATS框架并描述了測試開(kāi)發(fā)過(guò)程中各個(gè)層次之間的關(guān)系，在具體應用上如何實(shí)現這些層次的功能，實(shí)現一個(gè)完整的面向信號的自動(dòng)測試系統，則需要設計者自行開(kāi)發(fā)。

IEEE 1226.3和IVI儀器驅動(dòng)規范描述如何最大限度地實(shí)現儀器互換性。

IEEE 1641標準提供了基于COM技術(shù)實(shí)現的信號描述與控制的能力，使得用戶(hù)可以選擇任意支持COM的開(kāi)發(fā)平臺與程序設計語(yǔ)言，而且能夠很方便地實(shí)現測試程序的可移植。

IEEE 1671提供了一個(gè)開(kāi)放的信息傳輸的標準，使得信息可以在不同測試儀器的測試程序之間傳輸，為T(mén)PS可移植與互操作、儀器可互換提供了便利條件。

IEEE 1232標準定義了ATS故障診斷服務(wù)接口。它提供了基本診斷服務(wù)，同時(shí)允許各種診斷方法添加到ATS中去，大大提高了ATS故障診斷水平。

2　測試平臺軟件架構

2.1　ABBET結構層次

ABBET結構由基礎結構中的單一類(lèi)別創(chuàng )建的類(lèi)別集合所構成。這個(gè)基礎提供了基礎類(lèi)和主要類(lèi)的參考結構。這可以被指定在不同的層次創(chuàng )建通用測試環(huán)境（框架結構）或專(zhuān)用測試應用程序。

ABBET標準的體系結構分為3個(gè)層次：基礎框架結構、擴展框架結構和應用。

基礎框架的組織類(lèi)似于一種接口的集合，其中每個(gè)接口與一個(gè)或多個(gè)ABBET組件標準相關(guān)，或者與IEEE或其他公認的組織發(fā)布的行業(yè)標準相關(guān)。定義了適合某個(gè)產(chǎn)品系生命周期內不同階段相適應的基礎接口。

一個(gè)TAF是一個(gè)可再用類(lèi)別集合，來(lái)完成一個(gè)特定應用領(lǐng)域的要求。每個(gè)TAF服務(wù)于測試主題中的特定類(lèi)別、技術(shù)、資源或需求。擴展框架就是由一個(gè)或多個(gè)這樣的應用框架（TAF）組成。

ABBET提供從開(kāi)發(fā)工具和TAF直接訪(fǎng)問(wèn)應用。一個(gè)應用可能使用一個(gè)或多個(gè)框架來(lái)提供到執行應用的類(lèi)的訪(fǎng)問(wèn)。圖1顯示了ABBET結構層次，圖2說(shuō)明了根據與ABBET 組件標準有關(guān)的操作、功能以及組織進(jìn)行劃分的ABBET體系結構。

圖1　ABBET結構層次 　圖2　ABBET體系結構

表1列舉了測試泛環(huán)境的分層模型及每層需要用到的設計和測試標準。

表1　測試泛環(huán)境分層測試標準

2.2　測試平臺軟件結構

要實(shí)現通用ATS，則要求對資源的需求描述、虛擬資源的模型，以及對真實(shí)資源的驅動(dòng)均基于信號接口，要摒棄驅動(dòng)基于儀器的做法。TPS的可移植性和儀器可互換性的關(guān)鍵在于驅動(dòng)模型的構造。

使用面向信號的驅動(dòng)組件，當虛擬資源映射成真實(shí)信號時(shí)，儀器暴露給軟件系統的是信號接口，而不是具體儀器。ABBET采用TFF信號模型描述測試需求，與具體測試系統無(wú)關(guān)。

圖3顯示了基于TFF信號模型的面向信號測試系統軟件平臺結構。

圖3　軟件平臺結構

測試策略和需求層用于用戶(hù)配置測試信息，如測試需求、測試策略。

測試程序層完成測試流程設計，并從測試需求和測試流程轉換為測試代碼。TFF信號模型組件庫為不同編程開(kāi)發(fā)環(huán)境的TPS開(kāi)發(fā)提供信號模型。

資源管理層完成虛擬資源到實(shí)際資源的映射，執行具體的測試流程。編程語(yǔ)言接口將各種編程語(yǔ)言表示的測試信號資源需求形式變換成虛擬資源。資源模型庫用來(lái)具體資源建模。驅動(dòng)組件對驅動(dòng)實(shí)際資源。

儀器控制層全面遵守IVI儀器驅動(dòng)規范，利用IVICOM技術(shù)，驅動(dòng)實(shí)際測試儀器。

3　關(guān)鍵技術(shù)討論

3.1　RTS運行機制

RTS是資源管理層中核心組件，它首先對測試程序進(jìn)行語(yǔ)法檢查和編譯，轉換為信號模型對應的條目（信號類(lèi)型、UUT 端口連接、信號范圍、信號屬性、方法調用等）；然后啟動(dòng)查詢(xún)引擎，將虛擬資源定位到真實(shí)資源；接下來(lái)調用驅動(dòng)引擎，按照連接模型執行UUT端口和信號端口連接算法，并執行信號模型規定操作，實(shí)現測試流程。

RTS機制保證了虛擬資源與真實(shí)資源完全隔離。虛擬資源只提出測試需求，不涉及ATS儀器配置。RTS在TPS運行中始終處于工作狀態(tài)，捕獲TPS的測試需求，控制驅動(dòng)組件驅動(dòng)實(shí)際儀器執行測試流程，直到TPS執行完成后才退出。

3.2　虛擬資源管理機制實(shí)現

資源管理層是平臺的核心層。在RTS組件中的“虛擬資源管理器”模塊的作用是對具體信號進(jìn)行分析，然后對具體儀器進(jìn)行選取和驅動(dòng)。虛擬資源管理結構如圖4所示。

3.2.1　虛擬資源建模

平臺中虛擬資源采用TFF信號模型建模方法和組件技術(shù)，按照面向對象的思想，將信號分為有限的幾類(lèi)：常值、斜坡、隨機、指數、脈沖、階越、衰減正弦、梯形、噪聲（非周期類(lèi)），正弦曲線(xiàn)、三角、方波、標準正弦、其他波形（周期類(lèi)）。其中，每類(lèi)信號都以統一參數屬性表建模，以便于實(shí)例化。

3.2.2　信號驅動(dòng)組件

儀器驅動(dòng)組件模型采用TFF 信號驅動(dòng)組件模型，模型包括信號信息（名稱(chēng)和邏輯地址等）、信號屬性、信號能力、信號端口及其信號驅動(dòng)方法。這和虛擬資源的需求是一一對應的，有利于虛擬資源到真實(shí)資源的映射。同時(shí)它還包含信號名稱(chēng)、邏輯地址及其能力等信息，提供給RTS做查找真實(shí)資源和定位。具體來(lái)說(shuō)，向上對信號驅動(dòng)組件通過(guò)信號模型中的方法和事件實(shí)現，向下對底層儀器的操作使用通用的重封裝的具體儀器驅動(dòng)實(shí)現。

3.2.3　資源模型實(shí)現

測試資源模型提供ATS對系統資源配置和與被測單元連接通路的數據模型及管理，資源模型包括設備模型、配置模型及適配器模型，使用數據庫建立和表示模型，使模型規范化和易修改。

設備資源模型DM描述了具體資源的相關(guān)信息，是實(shí)現資源管理器依照信號需求選擇儀器的基礎。在數據庫中通過(guò)設備記錄表和設備功能表來(lái)描述設備模型：設備記錄表描述了ATE系統中所有的測試設備的相關(guān)信息；設備功能表記錄了測試系統中儀器設備的信號發(fā)生/測試能力。

配置CM模型定義了具體測試系統的開(kāi)關(guān)資源的輸入、輸出關(guān)系。其中包含了各種開(kāi)關(guān)資源、模擬總線(xiàn)的連接問(wèn)題，因而具有較復雜的連接關(guān)系。適配器模型AM定義了開(kāi)關(guān)資源與UUT的連接關(guān)系，與配置模型比較類(lèi)似。采用數據庫表的形式來(lái)建模，與測試系統配合，實(shí)現儀器的匹配、通道的選擇和整條通路的連接。

圖4　虛擬資源管理結構

3.3　最佳通路選擇問(wèn)題

實(shí)際應用中，具體的硬件設備種類(lèi)比較多，而且每一種硬件設備都能實(shí)現多種信號功能，開(kāi)關(guān)和通路連接也不止一種方式，這樣就帶來(lái)RTS對儀器和通路的選擇問(wèn)題。

測試路徑搜索可以用到狀態(tài)圖搜索的理論，目前成熟的算法也比較多。根據實(shí)際問(wèn)題的情況和對最優(yōu)解的需求，選取A*算法作為最優(yōu)測試路徑選擇問(wèn)題的基本解決方法。A*算法通過(guò)對估價(jià)值的計算來(lái)處理節點(diǎn)的取舍，在最優(yōu)測試路徑選擇的實(shí)際問(wèn)題中，在計算估價(jià)值之前利用約束條件、節點(diǎn)位置等信息減少節點(diǎn)的數量，極大地減少搜索的盲目性，迅速求得最佳路徑。

結語(yǔ)

在已有平臺上的試驗證明，這種軟件平臺的設計是可行的?；趪H標準設計測試系統軟件平臺，解決了儀器互換性和TP可移植問(wèn)題，體現了面向對象的思想，實(shí)現了測試系統軟件平臺的通用性。

參考文獻

[1] IEEE Std 12261998. IEEE trialuse standard for A Broad Based Environment for Test (ABBET),overview and architecture，199906.

[2] IEEE Std 1226.31998. IEEE standard for software interface for resource management for A BroadBased Environment for Test (ABBET)，199806.

[3] IEEE SCC20. ATLAS 2000 Architecture Document. Revision 3.0, 199706.

[4] Object Management Group. The Common Object Services Specification, OMG Technical Committee Document formal/980705,199807.

[5] Jurcak Tom.Test programming in an ABBET signal oriented environment[C]//Proceedings of AUTOTESTCON, 1996: 3639.

[6] 劉金寧,孟晨,楊鎖昌，等.基于信號組件的新一代測試語(yǔ)言——ATLAS2K及其應用研究[J].測控技術(shù),2004（9）：5760.

[7] 于功敬, 馬好東, 楊廣志，等. 虛擬儀器測試環(huán)境軟總線(xiàn)體系結構[J]. 計算機測量與控制,2006(2):141143.

[8] 羅錦,蘇振中,孟晨.自動(dòng)測試系統軟件設計標準化研究[J].儀表技術(shù),2009(8):7173.

[9] 王肅寧,楊士元.與儀器無(wú)關(guān)的測試系統集成技術(shù)[J].電測與儀表, 2004,41(465):3840.

[10] 光福,王厚軍,田書(shū)林,等.現代測試技術(shù)[M]．成都:電子科技大學(xué)出版社，2003．

[11] 楊曦盛，田書(shū)林，黃建國.ABBET在雷達綜合測試系統軟件設計中的應用[J].中國測試技術(shù),2006,32(4):101104.

[12] 夏昕. 測試泛環(huán)境中虛擬資源管理技術(shù)研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué)，2006.