測(cè)試軟件平臺(tái)的儀器可互換性機(jī)制研究

趙鵬鵬，崔少輝，張文泉

（1.軍械工程學(xué)院導(dǎo)彈工程系，河北 石家莊 050003；2.武漢士官學(xué)校，湖北 武漢 430000）

0 引 言

目前，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中廣泛使用的測(cè)試儀器有幾十類、上萬(wàn)種型號(hào)，驅(qū)動(dòng)程序各不相同。為使功能相同的儀器可以互換而不修改測(cè)試軟件，達(dá)到良好的儀器可互換性，必須對(duì)硬件互換、運(yùn)行性能、發(fā)展彈性、質(zhì)量保證等驅(qū)動(dòng)器問(wèn)題進(jìn)行規(guī)范，開(kāi)發(fā)可互換儀器驅(qū)動(dòng)模型。目前使用比較廣泛的ATS可互換儀器驅(qū)動(dòng)模型主要有IVI模型、IVI-MSS模型以及IVI-SignalInterface模型[1]，但都具有自身的局限性。實(shí)現(xiàn)儀器可互換性的關(guān)鍵是驅(qū)動(dòng)器對(duì)儀器的驅(qū)動(dòng)和調(diào)用應(yīng)該是基于信號(hào)的，把對(duì)信號(hào)的測(cè)試/激勵(lì)能力作為基本單位，而不是儀器。只要求信號(hào)的測(cè)試/激勵(lì)功能滿足測(cè)試需求。

1 功能接口模型組成

借鑒IVI、IVI-MSS和IVI-Signal Interface模型的基本原理，本文提出了功能接口模型概念。功能接口是將所有儀器可實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行抽象分類，而忽略各儀器具體功能的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，并對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)接口的模型。

根據(jù)本文的課題背景，并借鑒STD分類方法[2]，共建立了14類基本信號(hào)激勵(lì)功能模型和9種基本信號(hào)測(cè)量功能模型。更復(fù)雜的信號(hào)測(cè)試/激勵(lì)功能則是這些基本功能的合成，同時(shí)允許隨著測(cè)試需求分析的深入而擴(kuò)展，這些基本的功能模型及UUT信號(hào)節(jié)點(diǎn)模型如下。

1.1 信號(hào)激勵(lì)功能模型

非周期類：交流信號(hào)、直流信號(hào)、隨機(jī)噪聲、指數(shù)、沖擊序列、階躍、阻尼正弦、梯形；

周期類：方波、三角波、正弦波、斜坡、任意波形；

數(shù)字信號(hào)類：數(shù)字信號(hào)。

1.2 信號(hào)測(cè)量功能模型

電壓、電流、周期、頻率、波形、上升沿、下降沿、相位角、時(shí)間間隔。

功能接口模型具有良好的層次化結(jié)構(gòu)，它由功能代理、資源管理引擎、儀器功能驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)通道控制模塊及接口配置工具5部分組成，如圖1所示。

圖1 功能接口結(jié)構(gòu)框圖

功能代理層（或稱接口層）描述了各儀器各項(xiàng)功能的共有特征，是整個(gè)結(jié)構(gòu)的最高層，面向測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的最終用戶。功能代理中不出現(xiàn)任何與儀器有關(guān)的信息，描述的都是有關(guān)測(cè)試流程及結(jié)果判定的過(guò)程，TPS的開(kāi)發(fā)完全針對(duì)UUT接口進(jìn)行，與測(cè)試系統(tǒng)完全隔離，具有很強(qiáng)的可讀性。資源管理引擎提供自動(dòng)化資源分配和開(kāi)關(guān)路徑計(jì)算服務(wù)，它是整個(gè)功能接口模型的核心。儀器及開(kāi)關(guān)面向信號(hào)控制的行為由功能接口的儀器功能驅(qū)動(dòng)模塊及信號(hào)通道控制模塊完成。儀器功能驅(qū)動(dòng)器模塊將測(cè)試系統(tǒng)中的所有儀器可實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分類，而忽略各儀器具體功能的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只要具有相同的功能就具有相同的功能驅(qū)動(dòng)接口。信號(hào)通道控制模塊的功能是按照資源管理引擎給出的需要連接端口信息，實(shí)現(xiàn)被測(cè)對(duì)象各信號(hào)端口與系統(tǒng)測(cè)試資源各信號(hào)端口的電氣連接。儀器功能驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)通道控制模塊的注冊(cè)，及其與功能接口模型映射關(guān)系的修改、系統(tǒng)資源模型的建立與修改都可以通過(guò)接口配置工具交互式完成。

2 功能驅(qū)動(dòng)模塊的建立

儀器功能驅(qū)動(dòng)器是對(duì)測(cè)試/激勵(lì)資源功能的軟件進(jìn)行封裝，通過(guò)儀器資源各類驅(qū)動(dòng)軟件的接口控制儀器實(shí)現(xiàn)各種具體功能，并對(duì)資源管理引擎提供易于控制的規(guī)范化軟件接口。儀器功能驅(qū)動(dòng)器實(shí)質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)包裝器外觀模式，是最富變化性的軟件單元，通過(guò)規(guī)范化的接口將它對(duì)功能實(shí)現(xiàn)的變化封裝在模型對(duì)象的功能體中，以一致方式實(shí)現(xiàn)對(duì)它的訪問(wèn)，是實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)開(kāi)放性的關(guān)鍵之一。儀器的可互換性和動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展／裁減系統(tǒng)功能均基于具有規(guī)范化接口的功能驅(qū)動(dòng)模塊，系統(tǒng)的測(cè)試/激勵(lì)功能也全部由功能驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

儀器功能驅(qū)動(dòng)模塊完全按照功能接口模型的分類進(jìn)行構(gòu)建，也分為激勵(lì)功能驅(qū)動(dòng)模塊和測(cè)試功能驅(qū)動(dòng)模塊兩大類。其中激勵(lì)功能驅(qū)動(dòng)模塊按照TFDL語(yǔ)言中對(duì)基本信號(hào)的分類分為14種基本信號(hào)的激勵(lì)輸出模型；測(cè)試功能驅(qū)動(dòng)模塊按照儀器可實(shí)現(xiàn)的測(cè)試功能歸納為測(cè)電壓、測(cè)電流、測(cè)頻率、測(cè)周期、測(cè)波形等9種基本的功能驅(qū)動(dòng)模塊，可以隨著用戶測(cè)試需求的進(jìn)一步拓展而拓展。

功能驅(qū)動(dòng)模塊由模型接口和功能體兩部分組成，功能驅(qū)動(dòng)模塊的接口信息如圖2所示。它具有與功能代理模塊相類似的接口結(jié)構(gòu)，從而使得資源管理引擎對(duì)功能驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)用和參數(shù)設(shè)定更為簡(jiǎn)易。

圖2 功能驅(qū)動(dòng)模塊接口信息

功能驅(qū)動(dòng)模塊的名稱由“前綴+功能描述字符串”兩部分組成，具體儀器功能驅(qū)動(dòng)器名稱的前綴可由具體功能驅(qū)動(dòng)器程序設(shè)計(jì)者自行定義，但模型名稱中的功能描述字符串則必須與功能接口模型的功能描述字符串完全相同。通過(guò)功能接口模型的接口配置工具，可以建立功能驅(qū)動(dòng)模塊接口與功能接口模型接口的映射關(guān)系。功能代理模塊接口中對(duì)信號(hào)屬性的描述信息則將被用于對(duì)功能驅(qū)動(dòng)模塊的功能屬性參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，例如對(duì)直流信號(hào)的電壓上下限信號(hào)的屬性描述，在測(cè)直流電壓的功能驅(qū)動(dòng)模塊中被用于進(jìn)行量程范圍的設(shè)定。

功能驅(qū)動(dòng)模塊的功能體是儀器功能驅(qū)動(dòng)程序的源代碼，封裝了用于控制特定儀器的C函數(shù)庫(kù)，創(chuàng)建了功能驅(qū)動(dòng)到具體儀器驅(qū)動(dòng)的功能映射。例如將NI DMM4070的儀器驅(qū)動(dòng)分類封裝成測(cè)電壓、測(cè)電流、測(cè)周期、測(cè)頻率、測(cè)電阻以及測(cè)波形6種測(cè)試功能驅(qū)動(dòng)模塊。

3 測(cè)試程序的編寫(xiě)

測(cè)試程序接口支持采用多種語(yǔ)言進(jìn)行與測(cè)試系統(tǒng)無(wú)關(guān)的測(cè)試程序開(kāi)發(fā)。TPS只是表述一個(gè)測(cè)試步驟，各種編程語(yǔ)言的表現(xiàn)形式是不同的[3]，但對(duì)測(cè)試信號(hào)的測(cè)試/激勵(lì)的功能需求是相同的，編程語(yǔ)言接口按照功能代理接口模型將不同語(yǔ)言的表述翻譯成測(cè)試需要的虛擬資源（包括測(cè)試/激勵(lì)的功能需求、信號(hào)類型、信號(hào)特征、信號(hào)端口與被測(cè)單元連接的需求等）提交給資源管理層，由資源管理層完成虛擬資源到真實(shí)儀器資源的映射。

由于TestDescription測(cè)試需求文檔具體描述了在UUT測(cè)試過(guò)程中[4]，每一步需要進(jìn)行的測(cè)試或施加的激勵(lì)，直接可以根據(jù)測(cè)試需求文檔編寫(xiě)測(cè)試程序。編寫(xiě)測(cè)試程序時(shí)，習(xí)慣采用商用開(kāi)發(fā)工具LabWindows/CVI直接進(jìn)行測(cè)試程序編寫(xiě)，利用測(cè)試執(zhí)行子系統(tǒng)的功能代理函數(shù)，將測(cè)試文檔轉(zhuǎn)化為對(duì)功能代理函數(shù)的調(diào)用。

以電壓通路檢查的+5V測(cè)試為例，編寫(xiě)的基于功能代理接口的程序如下：

4 結(jié)束語(yǔ)

本文借鑒IVI、IVI-MSS和 IVI-Signal Interface模型的基本原理，提出了功能接口模型概念，解決了TPS儀器可互換性的問(wèn)題?；诖斯δ芙涌诰帉?xiě)的測(cè)試程序能夠完全面向信號(hào)而與儀器無(wú)關(guān)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了不同種類間儀器的可互換性。本軟件平臺(tái)的可互換方法已經(jīng)應(yīng)用到某軍用測(cè)試系統(tǒng)中，并取得了良好效果。

[1]李行善，左毅，孫杰.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2]IEEE Std 1641 IEEE Standard for Signal and Test Definition[S].2004.

[3]羅錦.ATS軟件平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].石家莊：軍械工程學(xué)院，2005.

[4]IEEE Std 1671—2010 Standard for Automatic TestMarkup Language （ATML） for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML[S].2011.