基于信號(hào)接口的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：實(shí)現(xiàn)儀器可互換性和TPS重用性、可移植性是通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS）的發(fā)展方向。論述了ATLAS 2K語(yǔ)言和IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。給出了一種基于信號(hào)接口的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法。這一方案融合了當(dāng)前正在發(fā)展的各種測(cè)試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)技術(shù)，為通用ATS設(shè)計(jì)提供了技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS，Automatic Test System）是裝備形成戰(zhàn)斗力的重要保證，儀器的可互換性和測(cè)試程序集（TPS，Test Program Set）的重用性、可移植性是通用ATS的重要指標(biāo)。當(dāng)前，ATS軟件的開(kāi)發(fā)方式有“面向儀器”和“面向信號(hào)”兩種，面向儀器的TPS開(kāi)發(fā)基于儀器，很難從本質(zhì)上反映被測(cè)設(shè)備測(cè)試需求，加上儀器種類繁多，功能各異，因此很難實(shí)現(xiàn)互換，軟件通和性差；面向信號(hào)的開(kāi)發(fā)方式基于被測(cè)對(duì)象（UUT，Unit Under Test）的測(cè)試需求和測(cè)試資源的測(cè)試/激勵(lì)能力，解決了需求與供應(yīng)之間的矛盾，通用性強(qiáng)。應(yīng)用在ATS中的軟件技術(shù)經(jīng)歷了過(guò)程編程語(yǔ)言（如C）、Windows DLL、面向?qū)ο缶幊蹋∣O）、組件對(duì)象模型（COM）的漫長(zhǎng)發(fā)展過(guò)程。COM采用面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)思想，以標(biāo)準(zhǔn)接口提供功能調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了程序的模塊化、通用性設(shè)計(jì)。近期出現(xiàn)的ATLAS 2K（Abbreviated Test Language for All System 2000版本）語(yǔ)言和IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)均基于COM技術(shù)，二者結(jié)合，給通用ATS軟件設(shè)計(jì)提供了解決方案。

1 ATLAS 2K

1962年，為了描述UUT的測(cè)試需求，美國(guó)的ARINC（Aeronautical Radio Incorporation）公司開(kāi)始發(fā)展ATLAS（Abbreviated Test Language for Avionics System）語(yǔ)言，并于1968年定下ARINC Std 416-1標(biāo)準(zhǔn)。ATLAS獨(dú)立于測(cè)試設(shè)備，提供了一種在UUT工程師、TPS開(kāi)發(fā)人員和TPS最終用戶之間明確傳送信息的方式。ATLAS用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和基于事件的表達(dá)方式描述UUT的測(cè)試需求，通過(guò)編譯器，這些描述代碼可在指定的ATS上執(zhí)行。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著技術(shù)更新的加快和測(cè)試需求的增長(zhǎng)，ATLAS暴露出了很多問(wèn)題，比如：更新速度慢；開(kāi)發(fā)工具昂貴；ATLAS體系龐大、模糊等。這一切限制了ATLAS的進(jìn)一步發(fā)展。ATLAS 2K是由Test Description Sub-Committee of SCC 20在ATLAS的基礎(chǔ)上制訂的新標(biāo)準(zhǔn)，它采用SMML（Signal and Method Modeling Language）語(yǔ)言和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，給ATLAS語(yǔ)言減了肥，優(yōu)化了程序結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了對(duì)UUT測(cè)試需求描述的準(zhǔn)確性；并且可在任何支持COM技術(shù)的平臺(tái)上使用圖形工具進(jìn)行編程，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)。

1.1 ATLAS 2K模型

ATLAS 2K模型建立在層狀信號(hào)組件模型之上，由信號(hào)基類、基本信號(hào)組件和復(fù)合信號(hào)組件三層組成。

圖1給出了用SMML語(yǔ)言構(gòu)建的類名為SignalFunction的信號(hào)基類模型。SMML源于Haskell Function Language，提供了用于描述信號(hào)屬性和方法的機(jī)制，通過(guò)制定語(yǔ)法規(guī)則和大量預(yù)定義動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)類的定義。通常情況下，信號(hào)基類包括信號(hào)輸入端（In）、事件輸入端（Sync）、信號(hào)輸出端（Out）、控制參數(shù)輸入端（屬性）、被測(cè)信號(hào)輸出端（Value）等功能接口。當(dāng)然，不同類型的信號(hào)也可以包括不同的接口，如激勵(lì)信號(hào)類可以沒(méi)有In接口、Value只對(duì)傳器信號(hào)有效等。

信號(hào)（Signal）和事件（Event）是標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào)類接口，組成元素包括屬性和方法。屬性標(biāo)志著信號(hào)對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)，如運(yùn)行、暫停、停止等；方法則實(shí)現(xiàn)在狀態(tài)之間切換。

信號(hào)基類模型提供了消息（連續(xù)的為信號(hào)，離散的為事件）傳送機(jī)制，用來(lái)改變信號(hào)對(duì)象的狀態(tài)和行為。信號(hào)對(duì)象可以通過(guò)In/Sync接口接收其它對(duì)象送來(lái)的消息，也可以把消息通過(guò)Out接口傳遞給其它對(duì)象。例如，一個(gè)Ready事件可把信號(hào)對(duì)象由停止（Stop）狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行（Run）狀態(tài)；一個(gè)Active事件可以讓傳感器信號(hào)對(duì)象執(zhí)行數(shù)據(jù)采集操作等。

信號(hào)類經(jīng)例化后，可以仿真某些角色信號(hào)（如激勵(lì)信號(hào)、測(cè)試信號(hào)、事件調(diào)節(jié)器信號(hào)、信號(hào)調(diào)節(jié)器信息等）、UUT節(jié)點(diǎn)等。

ATLAS 2K模型的基本信號(hào)組件層提供了可重用、經(jīng)格式化描述的基本信號(hào)（底層信號(hào)），它們是基于COM技術(shù)的對(duì)信號(hào)類繼承、封裝并進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)物。每個(gè)基本信號(hào)組合件都存在一個(gè)靜態(tài)SMML描述和一個(gè)抽象的運(yùn)行期控制模型，前者定義信號(hào)特片，后者在某一特定ATS中定義信號(hào)的行為。通過(guò)這些基本信號(hào)組件可以定義所有較高層的信號(hào)。

ATLAS 2K模型的復(fù)合信號(hào)組件庫(kù)與ATLAS的EXTEND功能類似，通過(guò)定義基本信號(hào)組件產(chǎn)生的復(fù)合信號(hào)和使用這些信號(hào)的規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的擴(kuò)展。圖2給出了由基本信號(hào)組件1和2實(shí)現(xiàn)復(fù)合信號(hào)n的示意圖。復(fù)合信號(hào)組件可以仿真復(fù)雜信號(hào)，如射頻（RF）信號(hào)、數(shù)據(jù)總線信號(hào)等。

1.2 ATLAS 2K的工程應(yīng)用

在支持COM組件開(kāi)發(fā)的編程平臺(tái)（如VC++、VB等和相應(yīng)開(kāi)發(fā)工具的支持下，ATLAS 2K可應(yīng)用在“面向信號(hào)”的ATS設(shè)計(jì)中。具體應(yīng)用如下：裝配信號(hào)組件實(shí)現(xiàn)對(duì)UUT的測(cè)試需求描述，生成ATLAS 2K TPS；通過(guò)編譯器編譯后，轉(zhuǎn)變成能在ATS上執(zhí)行的代碼；在充分考慮自身時(shí)序要求和儀器功能限制的前提下，實(shí)現(xiàn)與特定ATS的集成。

下面的VB代碼給出了應(yīng)用信號(hào)組件在某一測(cè)試節(jié)點(diǎn)PL-1上建立和撤銷一個(gè)振幅為0.5V、頻率為1000Hz的信號(hào)的全過(guò)程。

Dim mySig as Source

Set mySig=A2K.Require("SinusoidalVoltage") //建立信號(hào)

mySig.Amp.Units=V

mySig.Amp=0.5

mySig.Freq="1000Hz"

Set cnx=A2K.Require("OneWire") //建立節(jié)點(diǎn)

Cnx="PL-1"

Set cnx.in=mySig.out //連接節(jié)點(diǎn)

Set cnx=Nothing //節(jié)點(diǎn)初始化

mySig.out.Run //產(chǎn)生信號(hào)

mySig.out.Stop //撤銷信號(hào)

mySig.in=Nothing

mySig=Nothing

ATLAS 2K作為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了代碼重用和移植。對(duì)于新ATS，只要結(jié)合新測(cè)試資源信息，對(duì)ATLAS 2K代碼重新編譯就可在新系統(tǒng)中運(yùn)行。

2 IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)

IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)是IVI基金會(huì)在IVI-MSS模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來(lái)的，它對(duì)IVI-MSS的RCM進(jìn)一步封裝，以信號(hào)接口的形式對(duì)外提供測(cè)試服務(wù)。

2.1 IVI-Signal Interface模型

IVI-Signal Interface模型的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

IVI信號(hào)組件是帶有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接口的IVI-MSS角色組件，通過(guò)這些接口可用一系列方法執(zhí)行信號(hào)操作，如初始化、建立、連結(jié)、更改等。它允許客戶應(yīng)用程序控制儀器設(shè)備上的物理信號(hào)，如初始化、切換等操作。下面的VB代碼給出了在地址為1的某GPIB儀器上產(chǎn)生振幅為0.5V、頻率為1000Hz的正弦信號(hào)的全過(guò)程。

Dim mySigSource as IviSignalSource

MySigSource.Init("GPIB:1:INSTR") //初始化

Dim control as ParamValSet

control.Add("Amp",0.5) //指定信號(hào)電流參數(shù)

control.Add("Freq",1.0E6,2.0) //指定信號(hào)頻率參數(shù)