測試軟件平臺的儀器可互換性機制研究

趙鵬鵬，崔少輝，張文泉

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

0 引 言

目前，自動測試系統中廣泛使用的測試儀器有幾十類、上萬種型號，驅動程序各不相同。為使功能相同的儀器可以互換而不修改測試軟件，達到良好的儀器可互換性，必須對硬件互換、運行性能、發展彈性、質量保證等驅動器問題進行規范，開發可互換儀器驅動模型。目前使用比較廣泛的ATS可互換儀器驅動模型主要有IVI模型、IVI-MSS模型以及IVI-SignalInterface模型[1]，但都具有自身的局限性。實現儀器可互換性的關鍵是驅動器對儀器的驅動和調用應該是基于信號的，把對信號的測試/激勵能力作為基本單位，而不是儀器。只要求信號的測試/激勵功能滿足測試需求。

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現的功能進行抽象分類，而忽略各儀器具體功能的實現細節，并對外提供標準接口的模型。

根據本文的課題背景，并借鑒STD分類方法[2]，共建立了14類基本信號激勵功能模型和9種基本信號測量功能模型。更復雜的信號測試/激勵功能則是這些基本功能的合成，同時允許隨著測試需求分析的深入而擴展，這些基本的功能模型及UUT信號節點模型如下。

1.1 信號激勵功能模型

非周期類：交流信號、直流信號、隨機噪聲、指數、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；

數字信號類：數字信號。

1.2 信號測量功能模型

電壓、電流、周期、頻率、波形、上升沿、下降沿、相位角、時間間隔。

功能接口模型具有良好的層次化結構，它由功能代理、資源管理引擎、儀器功能驅動模塊、信號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 功能接口結構框圖

功能代理層（或稱接口層）描述了各儀器各項功能的共有特征，是整個結構的最高層，面向測試系統開發的最終用戶。功能代理中不出現任何與儀器有關的信息，描述的都是有關測試流程及結果判定的過程，TPS的開發完全針對UUT接口進行，與測試系統完全隔離，具有很強的可讀性。資源管理引擎提供自動化資源分配和開關路徑計算服務，它是整個功能接口模型的核心。儀器及開關面向信號控制的行為由功能接口的儀器功能驅動模塊及信號通道控制模塊完成。儀器功能驅動器模塊將測試系統中的所有儀器可實現的功能進行分類，而忽略各儀器具體功能的實現細節，只要具有相同的功能就具有相同的功能驅動接口。信號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，實現被測對象各信號端口與系統測試資源各信號端口的電氣連接。儀器功能驅動模塊和信號通道控制模塊的注冊，及其與功能接口模型映射關系的修改、系統資源模型的建立與修改都可以通過接口配置工具交互式完成。

2 功能驅動模塊的建立

儀器功能驅動器是對測試/激勵資源功能的軟件進行封裝，通過儀器資源各類驅動軟件的接口控制儀器實現各種具體功能，并對資源管理引擎提供易于控制的規范化軟件接口。儀器功能驅動器實質上實現了一個包裝器外觀模式，是最富變化性的軟件單元，通過規范化的接口將它對功能實現的變化封裝在模型對象的功能體中，以一致方式實現對它的訪問，是實現軟件系統開放性的關鍵之一。儀器的可互換性和動態可擴展／裁減系統功能均基于具有規范化接口的功能驅動模塊，系統的測試/激勵功能也全部由功能驅動模塊來實現。

儀器功能驅動模塊完全按照功能接口模型的分類進行構建，也分為激勵功能驅動模塊和測試功能驅動模塊兩大類。其中激勵功能驅動模塊按照TFDL語言中對基本信號的分類分為14種基本信號的激勵輸出模型；測試功能驅動模塊按照儀器可實現的測試功能歸納為測電壓、測電流、測頻率、測周期、測波形等9種基本的功能驅動模塊，可以隨著用戶測試需求的進一步拓展而拓展。

功能驅動模塊由模型接口和功能體兩部分組成，功能驅動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構，從而使得資源管理引擎對功能驅動模塊的調用和參數設定更為簡易。

圖2 功能驅動模塊接口信息

功能驅動模塊的名稱由“前綴+功能描述字符串”兩部分組成，具體儀器功能驅動器名稱的前綴可由具體功能驅動器程序設計者自行定義，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。通過功能接口模型的接口配置工具，可以建立功能驅動模塊接口與功能接口模型接口的映射關系。功能代理模塊接口中對信號屬性的描述信息則將被用于對功能驅動模塊的功能屬性參數進行設定，例如對直流信號的電壓上下限信號的屬性描述，在測直流電壓的功能驅動模塊中被用于進行量程范圍的設定。

功能驅動模塊的功能體是儀器功能驅動程序的源代碼，封裝了用于控制特定儀器的C函數庫，創建了功能驅動到具體儀器驅動的功能映射。例如將NI DMM4070的儀器驅動分類封裝成測電壓、測電流、測周期、測頻率、測電阻以及測波形6種測試功能驅動模塊。

3 測試程序的編寫

測試程序接口支持采用多種語言進行與測試系統無關的測試程序開發。TPS只是表述一個測試步驟，各種編程語言的表現形式是不同的[3]，但對測試信號的測試/激勵的功能需求是相同的，編程語言接口按照功能代理接口模型將不同語言的表述翻譯成測試需要的虛擬資源（包括測試/激勵的功能需求、信號類型、信號特征、信號端口與被測單元連接的需求等）提交給資源管理層，由資源管理層完成虛擬資源到真實儀器資源的映射。

由于TestDescription測試需求文檔具體描述了在UUT測試過程中[4]，每一步需要進行的測試或施加的激勵，直接可以根據測試需求文檔編寫測試程序。編寫測試程序時，習慣采用商用開發工具LabWindows/CVI直接進行測試程序編寫，利用測試執行子系統的功能代理函數，將測試文檔轉化為對功能代理函數的調用。

以電壓通路檢查的+5V測試為例，編寫的基于功能代理接口的程序如下：

4 結束語

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儀器可互換性的問題。基于此功能接口編寫的測試程序能夠完全面向信號而與儀器無關，同時也實現了不同種類間儀器的可互換性。本軟件平臺的可互換方法已經應用到某軍用測試系統中，并取得了良好效果。

[1]李行善，左毅，孫杰.自動測試系統集成技術[M].北京：電子工業出版社，2004.

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

[3]羅錦.ATS軟件平臺關鍵技術研究[D].石家莊：軍械工程學院，2005.

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