實(shí)現(xiàn)儀器可互換的開關(guān)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

鐘建林，齊玉東，辛旭光，何 友

（海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264001）

1 引 言

開關(guān)系統(tǒng)是ATS（自動(dòng)測試系統(tǒng)）中信號(hào)傳輸與分配的中樞，測試程序通過開關(guān)對(duì)測試資源與UUT（被測設(shè)備）之間的信號(hào)通道或激勵(lì)通道進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)測試過程的自動(dòng)化和程序化。為了降低開發(fā)、維護(hù)和升級(jí)的成本，大型裝備自動(dòng)測試系統(tǒng)在測試軟件中采取儀器可互換技術(shù)。一方面可以利用現(xiàn)有的物理資源，減少采購費(fèi)用；另一方面，當(dāng)測試資源升級(jí)、更換時(shí)，測試程序無需更改，大大減少了開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用。大型裝備自動(dòng)測試系統(tǒng)通常包含多個(gè)開關(guān)資源，這些開關(guān)資源可能來自不同的廠商，總線形式不一，軟件控制接口各異，需要對(duì)這些開關(guān)資源的軟件接口進(jìn)行統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)測試程序TPS與具體開關(guān)資源的無關(guān)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)開關(guān)類儀器的可互換。

2 實(shí)現(xiàn)儀器可互換的自動(dòng)測試技術(shù)框架

2.1 基于配置文件的ATS軟件結(jié)構(gòu)

基于ini配置文件的自動(dòng)測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了儀器可互換，其軟件體系結(jié)構(gòu)如圖1。其中資源需求描述是一個(gè)ini文件，描述了儀器所屬類的類名、邏輯儀器名、物理儀器名、資源描述符、物理驅(qū)動(dòng)程序名等，物理儀器在該文件中進(jìn)行“軟注冊”。系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)根據(jù)儀器類名搜索與測試主機(jī)相連的該類物理儀器，并使該類物理儀器處于待機(jī)狀態(tài)，隨時(shí)等待程控指令。測試程序通過邏輯儀器名對(duì)物理儀器進(jìn)行控制，因而測試程序中不會(huì)出現(xiàn)物理儀器有關(guān)的信息，實(shí)現(xiàn)了測試程序與具體物理儀器無關(guān)[1]。

測試項(xiàng)目定義文件以ini文件的格式定義了當(dāng)前UUT的測試項(xiàng)目信息，一個(gè)TPS（測試程序集）對(duì)應(yīng)一個(gè)測試項(xiàng)目定義文件。每個(gè)測試項(xiàng)目具有標(biāo)準(zhǔn)格式的信息，如測試項(xiàng)目代號(hào)、（子）測試項(xiàng)目名稱、測試項(xiàng)目級(jí)別、對(duì)應(yīng)測試函數(shù)名、函數(shù)調(diào)用參數(shù)、是否加電測試等。測試程序主框架根據(jù)測試項(xiàng)目定義文件實(shí)現(xiàn)對(duì)TPS測試項(xiàng)目的屬性識(shí)別和有效管理。

測試數(shù)據(jù)模板是一個(gè)Excel表格，測試程序主框架根據(jù)該表數(shù)據(jù)與相應(yīng)測試項(xiàng)目的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷測試是否通過，并通過測試項(xiàng)目列表格式化顯示測試結(jié)果。

測試主框架內(nèi)核包括測試引擎、測試數(shù)據(jù)管理等與軟件平臺(tái)有關(guān)的函數(shù)，其中測試引擎主要包括測試程序主框架的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)類驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)調(diào)用，完成TPS的儀器無關(guān)性及系統(tǒng)集成[2]。

圖1 自動(dòng)測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

2.2 TPS、類驅(qū)動(dòng)、物理驅(qū)動(dòng)的調(diào)用關(guān)系

儀器可互換技術(shù)最初由IVI聯(lián)盟提出，其核心是將儀器驅(qū)動(dòng)程序分為上下兩層，即上層的儀器類驅(qū)動(dòng)程序和下層的儀器物理驅(qū)動(dòng)程序。圖1中，TPS與類驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL之間通過隱含連接方式調(diào)用DLL中定義的導(dǎo)出變量和導(dǎo)出函數(shù)。而類驅(qū)動(dòng)與物理驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)庫采用顯式鏈接方式。底層代碼由儀器供貨商提供，直接與儀器會(huì)話，并被物理驅(qū)動(dòng)程序所調(diào)用。物理驅(qū)動(dòng)導(dǎo)出函數(shù)與類驅(qū)動(dòng)導(dǎo)出函數(shù)是一一對(duì)應(yīng)的，它們的函數(shù)名以及參數(shù)的數(shù)量、定義均相同，但函數(shù)名的前綴不同（函數(shù)名前綴在資源需求描述文件中定義）[3-4]。測試程序只與類驅(qū)動(dòng)打交道，不包含物理驅(qū)動(dòng)中的函數(shù)和變量名，使得測試程序與具體儀器無關(guān)，當(dāng)需要更換儀器資源時(shí)，只需要在資源需求描述ini文件中進(jìn)行注冊，并將類驅(qū)動(dòng)與相應(yīng)的物理驅(qū)動(dòng)重新鏈接即可，實(shí)現(xiàn)了儀器的可互換。

3 基于LabWindows/CVI的開關(guān)驅(qū)動(dòng)程序編程實(shí)例

NI公司的LabWindows/CVI以ANSI C為核心，它的集成化開發(fā)平臺(tái)、交互式編程方法、豐富的面板功能以及訪問ini文件、多線程、創(chuàng)建庫文件、DDE動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換等高級(jí)編程手段使其自身功能強(qiáng)大，應(yīng)用方便，成為工程技術(shù)開發(fā)人員建立ATS首選的軟件開發(fā)工具[5]。在某大型ATS項(xiàng)目開發(fā)中，除了矩陣開關(guān)之外，使用了單刀單擲開關(guān)SPST、單刀雙擲開關(guān)SPDT、單刀四擲開關(guān)SP4T、單刀六擲開關(guān)SP6T共4類、5個(gè)PXI開關(guān)模塊，它們同屬于Switch開關(guān)類儀器，實(shí)際型號(hào)分別是NI PXI 2568，NI PXI 2566，NI PXI 2594，CETC PXI AV6943，其中 NI PXI 2566模塊兩個(gè)，其他模塊各一個(gè)。這些開關(guān)模塊包含的開關(guān)個(gè)數(shù)不相同，不同的開關(guān)模塊提供的軟件接口也不相同。

3.1 類驅(qū)動(dòng)函數(shù)的設(shè)計(jì)

在熟悉儀器類的共有功能和現(xiàn)有或?qū)砜赡芤玫降膬x器特有功能的基礎(chǔ)上，對(duì)類驅(qū)動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、構(gòu)造類公共函數(shù)和類特有函數(shù)是類驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)計(jì)的第一步。其中類公共函數(shù)是儀器共有的函數(shù)，如初始化、復(fù)位、自檢、關(guān)閉等操作，而類特有函數(shù)是該類儀器特有的函數(shù)。開關(guān)類特有函數(shù)一般有連接、斷開和狀態(tài)查詢3種。

在開關(guān)類驅(qū)動(dòng)函數(shù)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意參數(shù)數(shù)量和類型盡可能統(tǒng)一、合理、簡單。在盡量覆蓋下層物理驅(qū)動(dòng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，有所歸納和提煉，便于測試程序編寫人員對(duì)函數(shù)的理解和TPS調(diào)用。具體到開關(guān)驅(qū)動(dòng)，尤其要清楚每個(gè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)對(duì)開關(guān)操作后的狀態(tài)，即確保開關(guān)狀態(tài)的可控和可觀，使程序?qū)π盘?hào)通道和激勵(lì)通道實(shí)現(xiàn)有效且準(zhǔn)確的控制。

類驅(qū)動(dòng)的公共函數(shù)包括 Init（），Reset（），Selftest（），Close（）。通常，儀器供應(yīng)商都提供了相應(yīng)的底層驅(qū)動(dòng)程序，因此這些類公共函數(shù)的實(shí)現(xiàn)比較簡單，直接根據(jù)邏輯儀器名加載相應(yīng)的物理驅(qū)動(dòng)程序即可。但是要注意Init（），Reset（）函數(shù)執(zhí)行后儀器的狀態(tài)，例如，NI 2594（SP4T）初始化后 ch0通道接通，ch1，ch2，ch3 通道斷開；AV6943（SP6T）初始化后全部通道處于斷開狀態(tài)；2566（SPDT）初始化后全部NO（常開端）斷開，NC（常閉端）閉合；2568（SPST）初始化后全部開關(guān)斷開。測試程序的編寫人員必須掌握這些情況。

在類驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)中，將重點(diǎn)放在類特有函數(shù)上。對(duì)TPS而言，在該系統(tǒng)中用到的開關(guān)功能包括連接、斷開和狀態(tài)查詢，因此分別設(shè)立Connect，Disconnect，Getstate 3種類特有函數(shù)，其定義分別為：

其中，LogiSess是邏輯儀器句柄，Channel是指定的開關(guān)，Pol是該開關(guān)的某一通道號(hào)，PolConnected返回接通的通道號(hào)。規(guī)定開關(guān)Channel和通道Pol均從整數(shù)0開始編號(hào)。對(duì)于不同類型的開關(guān)，其參數(shù)含義如表1。其中，X表示0~N的某一整數(shù)，Y表示0~M的某一整數(shù)。SPDT的連接或斷開指的是連接或斷開NO端，其查詢函數(shù)返回1則表明NO處于接通狀態(tài)，其NC端的控制狀態(tài)可以完全由NO的控制和狀態(tài)確定。

表1 開關(guān)函數(shù)的參數(shù)范圍

3.2 物理驅(qū)動(dòng)函數(shù)的設(shè)計(jì)

在下層的物理驅(qū)動(dòng)中，則必須根據(jù)類驅(qū)動(dòng)的參數(shù)對(duì)儀器廠商提供的底層驅(qū)動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆庋b，通常包括參數(shù)的重新定義、類型轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一約定等。例如，儀器供貨商為PXI AV6943模塊提供的底層連接函數(shù)為：AV6943_switchStatus（Handle hHandle，ViUInt32 unSwitchNum，ViUInt32 unStatus，ViString strErrMsg）。hHandle為儀器句柄，unSwitchNum為開關(guān)號(hào)，unStatus參數(shù)范圍為 0～6（0：全部斷開；1～6：選通一路），由于儀器句柄、通道參數(shù)類型與相應(yīng)的類驅(qū)動(dòng)函數(shù)均不同，這要在物理驅(qū)動(dòng)函數(shù)中進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。另外，類驅(qū)動(dòng)中通道Pol從0開始編號(hào)，必須將unStatus參數(shù)的0～5定義為6個(gè)選通通道，而全部斷開可定義為6，從而保持與類驅(qū)動(dòng)參數(shù)定義的一致性。

以下是AV6943開關(guān)連接函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼：

4 結(jié)束語

基于IVI的儀器類驅(qū)動(dòng)器對(duì)物理儀器功能進(jìn)行了合理的歸納和提煉，為TPS提供統(tǒng)一、易用的軟件接口。物理驅(qū)動(dòng)程序?qū)Φ讓域?qū)動(dòng)程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆庋b，CVI測試引擎實(shí)現(xiàn)類驅(qū)動(dòng)與物理儀器之間的動(dòng)態(tài)鏈接。當(dāng)增加或更換新的開關(guān)模塊時(shí)，測試程序無需更改，只需在程序中添加新模塊對(duì)應(yīng)的物理驅(qū)動(dòng)程序并編譯鏈接即可，其相應(yīng)的類驅(qū)動(dòng)程序也無需改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了TPS的硬件無關(guān)性和儀器的可互換[6]。

[1]劉金寧，孟 晨，崔少輝.基于配置文件的虛擬儀器測試軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2005（1）：50-53.

[2]鐘建林，何 友，任獻(xiàn)彬.基于LabWindows/CVI的ATS軟件框架[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008（4）：70-72.

[3]牛雙誠，任獻(xiàn)彬.儀器可互換技術(shù)研究[J].測控技術(shù)，2003（2）：1-3.

[4]王國華，孟曉風(fēng)，趙瑞賢.一種基于開放式系統(tǒng)的儀器互換性實(shí)現(xiàn)[J].中國測試技術(shù)，2006，32（4）：11-14.

[5]宋宇峰.LabWindows/CVI逐步深入與開發(fā)實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[6]任獻(xiàn)彬，許愛強(qiáng).TPS重用性及互操作性設(shè)計(jì)技術(shù)[J].電子測量技術(shù)，2003（2）：13-14.