基于XM L的復雜裝備ATS測試儀器的建模

劉福軍 ， 孟 晨 ， 湯宮民， 孫香冰， 楊鎖昌， 展浩華

（1.軍械工程學院 導彈工程系，河北 石家莊 050003；2.72465部隊 山東 濟南 250022）

隨著科技的發展，復雜裝備的技術含量和復雜程度不斷提高，向著集機、光、電等多專業于一體，廣泛運用多種新技術、新器件、新工藝，維修保障難度增大的方向發展。對這些復雜裝備的技術保障，單純依靠部隊各級維修機構的技術力量將難以完成，必須綜合裝備設計、生產、使用、維修等各方技術力量，這就決定了復雜裝備的自動測試系統的復雜性[1]。在軍事領域，自動測試系統ATS（Automatic Test System）被用于快速可靠地維護裝備及其配套設備，保障作戰效能，實現與其他作戰系統信息和數據的無縫連接和協同工作。在未來軍用技術激烈的競爭中，自動測試系統將與復雜裝備的設計、制造、使用、維修構成一個完整的整體，實現ATS測試儀器和測試數據的資源共享，成為復雜裝備可靠運行的重要保證。為解決復雜裝備自動測試系統中不同平臺間測試儀器的互換性、互操作性、可擴展性和測試數據的共享，對測試儀器進行規范化描述、建立統一模型就顯得尤為重要。

1 測試儀器的描述語言XM L

XML（eXtensible Markup Language，可擴展標記語言）是由W3C推出的新一代數據交換的標準，其最大的特點是將數據結構化，實現數據共享。XML語言又是一種元語言，用戶可以用來創建自己需要的其他標記語言。XML作為一種結構化的標記語言，提供了一種與軟硬件平臺無關的基于文本格式的開放的共享的數據方法，具有良好的數據存儲格式、可擴展性、高度的結構化、精確的數據搜索等優點，能夠被不同類型的程序所讀取，在很大程度上降低了數據交換的復雜性。XML的這些優點使得用它非常適宜來描述測試數據，提高測試設備的開放性。此外，XML是服務體系結構協議（Service-Oriented Architecture Protocol，SOAP）的基礎，該協議已成為開放式測試系統開發的基本規則[2]。

XML文檔是一種結構化的標記文檔，創建XML文檔之前，首先要確立其元素（標記）和結構，再根據結構的定義，填入實際的內容，形成一個XML文檔。XML結構文件有兩種定義方式，即文檔類型定義（Document Type Definition，DTD）和模式（Schema）定義。DTD是一套關于標記符的語法規則，它定義了可用在文檔中的元素、屬性和實體，以及這些內容之間的相互關系。但DTD是與XML不同的語言規則，具有不支持名稱空間、在支持繼承和子類方面有局限性、沒有數據類型等缺陷，不利于學習使用，為了克服上述缺陷，W3C發布了XML Schema作為推薦標準。XML Schema使用的是一種類XML的語言，在數據聲明模式中既有全局變量也有局部變量，使用靈活，同時具有一套完整的數據類型，還允許對數據類型如整形、時間或字符型等進行詳細定義。經過數年的研究與開發，XML Schema目前已成為全球公認的XML環境下首選的數據建模工具[3-4]。

使用XML語言描述測試儀器具有以下優勢：

1）與其他格式之間的轉換十分方便XML文檔與HTML文件之間可以通過可擴展樣式表語言轉換 （eXtensible Style Language Transformation，XSLT）工具進行轉換。對XML文檔的解析技術包括文檔對象模型 （Document Object Model，DOM）和 SAX（Simple API of XML）[5]。 XML 文檔與 Text/CSV、Office文檔間的數據交互可以利用DOM/SAX以及VBA等技術實現。

2）描述樹形結構數據自動測試信息是一種天然的層次化樹形數據，用XML表示樹形數據結構是非常自然和方便的。如果將ATS測試儀器信息作為根節點，則它的子節點包括測試范圍、通道數、測試接口、測試結果等，這些節點又可以繼續分解，形成多層次的樹形結構。利用XML對測試儀器信息進行組織的過程中，可以將節點作為標記語言的基本元素，根據節點間的隸屬關系定義語法結構。

3）適合于不同平臺間的數據交換分布式測控環境要求自動測試數據能夠在不同平臺間實現交換和共享，而XML正是一種跨平臺的標記語言。XML文檔本質上是一種附加了結構和語義的文本文件，可以方便地在不同平臺之間實現交換和復用。

XML Schema為測試儀器描述提供的文件為InstrumentDescription.xsd。提供對測試站組成的測試儀器靜態資源描述，支持傳統儀器、合成儀器、虛擬儀器、組合化儀器，這些信息用于測試儀器能力匹配和資源分配。

2 復雜裝備ATS測試儀器

在一個典型的復雜裝備自動測試系統ATS中，一系列測試儀器比如信號發生器、數字萬用表、示波器等是由一個或多個軟件控制的開關，使測試儀器與被測信號互聯，測試軟件通過各類總線向儀器發送控制命令完成測試，同時將測試結果發送到故障診斷軟件進行判定，指導相應的維修、調整和器件的更換。所有的這些測試數據都可以通過基于XML Schema模式的自動測試標記語言ATML進行交換和共享，實現測試數據可以在不同測試儀器的測試程序之間傳輸。而ATML（Automatic Test Markup Language）標準是基于 XML 語言、針對ATE和測試數據交換的標準，提供自動測試系統中各個部分描述的平臺環境、結果數據以及其他一系列相關信息XML Schema，用戶在這些Schema的基礎上生成XML文件來描述與交換自動測試系統中的相關信息，比如UUT測試、ATE儀器、測試結果，提高ATS系統的兼容性、擴展性和模塊化。ATML主要包括9個部分[6]，提供了獲取測試儀器、測試程序靜態信息和測試數據的機制，與ATS平臺之間的關系如圖1所示[7]。

圖1 ATS與ATML之間的關系Fig.1 Relationship between ATS and ATML

各個組件之間的關系[7-8]如圖2所示。

3 測試儀器的建模

3.1 XM L Schema的建模方法

雖然XML語言已經成為因特網上數據交換的標準，XML Schema則是全球公認的XML環境下首選的數據建模工具。 UML（Unified Modeling Language，統一建模語言）作為一種面向對象的建模語言，具有優秀的可視化特性及強大的系統建模能力，利用UML為XML Schema文檔建模、設計與分析是可行而且有效的手段。文獻 [9]提供的 Hyper Model Designer工具軟件實現了UML與XML Schema文檔之間的轉換，使得采用UML建模分析的功能可以用于XML Schema的設計與分析，反之，也可以對已有的XML Schema進行模型分析，導出其中的信息模型，采用建立UML類圖的方法使用XML文檔中的信息，從而采用面向對象的方法進行執行程序的設計。

3.2 測試儀器的建模

測試儀器描述用于描述測試儀器的總線、特征規格、通道的測量或激勵能力、通道開關結構、加電初始狀態和資源等，由于描述測試儀器并沒有涉及測試儀器的類型，因此，支持合成儀器、虛擬儀器、組合化儀器的描述，這些描述支持分配測試資源。

圖2 ATML Schema之間的關系Fig.2 Relationship of ATML Schema

由于ATS中的測試儀器總要支持一種總線，首先建立總線類Bus，由defaultAddress記錄測試儀器的地址，其它的總線都繼承Bus類，總線相關的類圖如圖3所示，圖中的總線類型基本覆蓋了常用總線。

為描述測試儀器的特性規格，定義了Specification類和Specifications類，其結構關系如圖4所示。

圖3 Bus的UML類圖Fig.3 UML class diagram of Bus

圖4 Specification的UML類圖Fig.4 UML class diagram of Specification

Specification具有名稱、描述和附加信息等屬性；元素Definition描述了定義和測量該規格的數學表達；Conditions描述了該規格測量的條件；Limits描述了規格的各種指標；Graph描述某些硬件性能圖解表示；RequiredOptions描述得到該規格所需的硬件參數配置；ExclusiveOptions描述所有其它附加信息，包括注釋、說明等。Specifications類是對一組或一個Specification類的組合；Certifications描述了所有子規格的可追蹤性；Conditions描述所有子規格具有的公共條件；Choice1表示可以采用其下屬分支的任意一種方法進行描述；Extension用于擴展描述，由用戶根據需要自行約定描述的方法和結構。

描述儀器的根元素為InstrumentDescription類，其類圖結構如圖5所示。

該類繼承了HardwareItemDescription類，除了繼承的特性信息外通過Buses描述總線的信息；Specifications描述該儀器具有的所有規格說明；Switching描述儀器內部的開關系統的拓撲結構；Capabilities描述儀器具有的能力和通道與能力的映射，能力通過Switching的描述可以輸出到對外連接的端口；PowerOnDefaults描述儀器加電的初始狀態值，通過Value類表示，可以是二進制碼和各種物理量的描述，比如數字端口加電后為低電平，模擬輸出為0 V等。Resources描述儀器具有的資源，通過一組Resource類聚合而成。

圖5 InstrumentDescription UML類圖Fig.5 UML class diagram of InstrumentDescription

4 結束語

文章基于XML的測試儀器描述層的互操作性實現目標，采用UML建模工具對ATS測試儀器進行了建模分析，主要包括Bus的UML類圖、Specification的UML類圖、InstrumentDescription的UML類圖，從系統建模的角度理清了測試儀器的層次化模型，保證了測試儀器描述層的互操作性。

[1]陳國順，王學明，王格芳.復雜裝備遠程分布式測試診斷系統研究[J].計算機測量與控制，2004，12（12）:1152-1154.CHEN Guo-shun，WANG Xue-ming，Wang Ge-fang.Remote distributed testing and diagnosis system for complicated equipment[J].Computer Automated Measurement&Control，2004，12（12）:1152-1154.

[2]Lopes T P， Neag I A，Ralph J E.The role of extensibility in software standards for automatic test systems[J].IEEE AUTOTESTCON，2005：324-330.

[3]吳潔.XML應用教程[M].北京：清華大學出版社，2007.

[4]張銀鶴，張秋香，孫膺.XML實踐教程[M].北京：清華大學出版社，2007.

[5]Harolder E R.XML bible[M].Wiley Publishing，1999.

[6]IEEE Standards Coordinating Committee 20.IEEE trial-use standard for automatic test markup language （ATML）for exchanging automatic test equipment and test information via XML[S].IEEE Std 1671，2006.

[7]Neag I A，Seavey M.Applications of IEEE P1671.1 ATML test description[J].IEEE AUTOTESTCON，2007：186-193.

[8]Gorringe C，Seavey M.Current ATML standards status[J].IEEE AUTOTESTCON，2007：276-282.

[9]Carlson D.XML應用的UML建模技術[M].周靖，侯奕萌，譯.北京：清華大學出版社，2003.