基于1641的面向信息模型ATE應用解決方案

王 軍， 劉松風 ， 賀 喆

（1.海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢 430033；2.海軍裝備技術研究所 北京 102442）

自動測試系統（Automatic Test System，ATS）是指在計算機控制下，能對被測對象自動地進行測量、故障診斷、數據處理、存儲、傳輸，并以適當方式顯示或輸出測試結果的系統，ATS一般由3大部分組成：自動測試設備（ATE），測試程序集（TPS）和TPS軟件開發工具[1]。ATS經歷了從專用型向通用型、開放式的發展歷程，其中美軍的需求起到的非常重要的作用（有數據反映，到上世紀九十年代中，美軍在ATS上直接投入是350億美元，間接投入150億美元）。美國海軍2000年發布的ATE和TPS的采辦策略中，明確提出ATS應用就是要借鑒 PC（Personal Computer，PC）工業取得的成就，按照工業標準不同廠家生產的部件集成在一起就能構成一個通用的PC機。

觀察ATS的發展歷程，可以看出制定開放的工業標準是其主要內容之一，這些工業標準基本上都是用來規范構成ATS各組成部分之間的接口，例如 ，關于硬件總線的VXI、PXI等；關于軟件的VISA、IVI等。目前計算機應用技術已經發展到互聯網時代，關于計算機應用的工業標準，也從過去制定構成計算機系統

各組成部分接口的標準階段，發展到制定信息交換標準的階段。作為計算機技術應用的一個特定領域，ATS的相關標準也在發生著相應變化，開始有了關于ATS應用領域的一些信息交換標準，IEEE-1641就是其中的一種。本文將結合對ATS發展歷程中有關標準對ATS應用體系的影響的分析，提出一種基于IEEE-1641的互聯網時代ATS應用解決方案。

1 實現ATE軟件平臺關鍵技術和實現途徑

通用是一個相對的概念，通用軟件平臺的設計開發，必須詳細分析被測對象的具體測試需求[2]。通用軟件平臺的主要特點是：

1）開放式、標準化的軟件體系結構。為集成測試數據、測試策略和需求、測試步驟、測試結構管理和測試系統實現提供了整體系統結構。

2）測試儀器可互換性。ATS的硬件接口和軟件接口標準化，滿足標準接口要求的儀器設備都能方便地進入系統，儀器型號更換后，不影響原有TPS的使用。

3）TPS可移植性。TPS接口與軟件平臺接口標準化，實現TPS與具體測試系統的硬件無關，可以在不同的ATS平臺間進行傳遞[3]。

1.1 基于ABBET標準的軟件體系結構

ABBET標準由IEEE1226.3-1226.12等一整套測試領域信息接口標準組成，覆蓋與測試信息相關的產品設計、生產、維護的各個環節。采用ABBET標準將實現產品設計和測試維護信息的共享和重用，實現測試儀器的可互換性、TPS的可移植性與互操作，使集成診斷測試系統的開發更方便、快捷。

ABBET標準定義了基于框架的模塊化測試軟件結構，支持軟件資源的重用。將測試領域宏觀上劃分為產品描述層、測試策略和需求層、測試過程層、測試資源管理層、儀器控制層，如圖1所示。其核心思想是：將測試軟件合理分層配置，實現測試軟件與測試系統硬件、軟件運行平臺的無關性，滿足測試軟件可移植、重用與互操作的要求。

圖1 下一代自動測試系統體系結構框架Fig.1 The next generation of automatic test system architecture framework

1.2 基于IVI技術實現測試儀器可互換性

目前廣泛使用的各類總線式測試儀器有幾十類、上萬種型號，而且產品更新換代快。為了延長測試系統的使用壽命。儀器更換往往是不可避免的。另一方面，隨著通用測試系統應用范圍的擴大，為適應被測對象測試需求的變化，也要求測試儀器能夠方便地升級換代。為了解決儀器型號、種類和生產廠商的不同給儀器更換帶來一系列兼容性問題，世界各大儀器公司都在研究和制定統一的標準和規范[4]。

1）IVI（Interchangeability Virtual Instrumentation）規 范 作為美國國防部公布的下一代自動測試系統的關鍵技術，是實現真正意義的儀器可互換的關鍵。IVI規范對儀器進行了分類，每一類儀器具有統一的基本功能，同時定義了擴展功能，并支持儀器特定的功能調用，應用程序中對儀器的控制操作調用類驅動程序，類驅動程序通過IVI引擎和配置信息調用具體儀器驅動程序來控制實際的儀器。因此，測試系統的具體儀器改變，只需要改變配置信息，不用修改應用程序，理論上實現了同類儀器的互換性，實現了同類儀器驅動器函數形式和參數的完全統一，使最終用戶不再被束縛于特定廠家的特定型號的儀器設備。

2）1999年HP公司（現為Agilent公司）提出了 IVI—MSS（IVI Measurement and Stimulus Subsystem）規范，IVI—MSS 規范擴充了IVI規范的儀器可交換能力。在儀器驅動與測試應用之間加入了中間層，形成針對特定應用的新的編程接口。而中間層又提供了插入特定代碼的位置，用來補償因儀器互換造成的測試結果的差異，這樣就實現了“魯棒性”的儀器互換機制，并能夠支持不同類型儀器的互換及多儀器組合的互換，還可實現面向應用的復雜測試／激勵模型的重用。

3）新的 IVI信號接口（IVI—Signal Interface）規范包含了信號基本操作方法，如復位、建立、變化、捕獲，允許應用程序控制生成和測量一個物理的信號，這個信號可以是一個或多個信號，IVI信號接口組件調用IVI儀器驅動器VISA或SCPI命令來控制儀器。它還提供應用程序使用資源信息模型的途徑，以支持ATS根據信號自動分配儀器資源。

1.3 基于1641標準實現TPS可移植

TPS可移植和互操作技術是實現測試軟件可重用、擴大測試系統的應用范圍、提高開發效率和降低測試開發成本的關鍵。實現測試軟件可移植與互操作的兩個基本條件是：1）測試系統信號接口的標準化；2）測試程序與具體測試資源硬件的無關化。

測試軟件從結構上可分為：面向儀器、面向應用和面向信號3種形式，而面向信號的開發是測試軟件互操作的前提。面向信號的開發使測試需求反映為針對UUT端口的測量／激勵信號要求，TPS中不包含任何針對真實物理資源的控制操作。當測試資源模型也是圍繞“信號”而建立時，則只要通過建立虛擬信號資源向真實信號資源的映射機制.就可以實現TPS在不同配置的測試系統上運行。

IEEE 1641標準是關于測試和信號定義的技術標準，他保持了ATLAS面向UUT基于信號的原則，但以API代替了ATLAS這一專門的測試語言，是ATLAS面向信號測試語言發展的頂峰，能真正滿足TPS可移植的要求。STD已經不再是一種測試描述語言，而主要是一套信號組件庫，并且能夠方便地與其他標準（比如IVI信號接口標準）結合形成面向信號的測試應用開發，該標準為用戶提供了描述和控制信號的能力，并允許用戶選用自己的操作系統和編程語言。用戶可以通過信號定義來描述測試需求和測試資源，而不必考慮使用哪一種編程語言[5]。圖2是STD標準的層次結構圖[6]。

圖2 1641標準層狀模型圖Fig.2 1641 standard layered model diagram

2 信息模型在測試領域的應用

2.1 互聯網領域的信息模型概念

“語義層”通用自動測試系統提出了“信息模型”的概念。而信息模型概括的講就是一種用來定義信息標準表示方式的方法。主要是通過對信息的內容、相互關聯關系、數據流圖和相應操作的研究構建出的開放可擴展的標準模型，這樣的標準模型標準化了信息的類型、屬性等固有特性。通過使用這樣的信息標準模型，我們可以實現使用不同的應用程序對所管理的信息數據進行重用，變更以及分享等功能。其實“語義層”通用自動測試系統在本質上就是借鑒了互聯網技術利用信息模型在信息處理上的成功經驗，其中最典型的一個例子便是超文本標記語言 （Hyper Text Markup Language，HTML），HTML標準本質上就是一個表達信息的標準模型。符合HTML規范的信息可以在不同PC硬件、操作系統和瀏覽器之間進行相同的顯示，完全不必考慮計算機硬件和軟件的影響。

2.2 自動測試領域信息模型概念

在自動測試領域，由于測試儀器硬件不同，測試平臺不同和測試程序運行環境不同，嚴重的制約了TPS的可移植性和ATE的互操作性。因此為了解決這個問題，借鑒互聯網技術的成功經驗，信息技術領域有了更加通用的（HTML只適合描述展現在屏幕上的信息模型），與信息生成、處理和應用方式無關的信息描述技術——可擴展標記語言 （XML）。在此XML技術下，工業界對ATE通用化有了最新的解決方案，自動測試標記語言（Automatic Test Markup Language，ATML）就是國際電氣與電子工程師協會（IEEE），采用XML定義的一個系列標準，它規范了所有與ATE相關的信息描述標準，該標準描述的信息與信息產生的方式無關、與信息處理的方式無關，因此為ATE各組成部分之間，以及ATE之間提供了一種信息交換媒介。

3 基于1641標準的互聯網時代的解決方案

圖3是文中提出的基于1641標準的測試程序在不同ATE中移植并運行的原理框圖，其核心是借鑒互聯網的HTML模型解析思想，利用XML信息模型表達進行傳遞，由于XML具有數據重用、數據和表示分離、可擴展性以及結構化集成數據等特點，用XML存儲的測試內容與具體的測試儀器無關，而與被測對象（UUT）所需的激勵和測量信號有關，這樣的信息模型能被不同的基于1641標準RTS解析并運行。從而實現基于1641標準的測試程序移植性。

XML具有如下的優勢：

1）數據重用

XML是被設計用來存儲、攜帶和交換數據的，一個存儲數據的XML文檔，可以被程序解析，把里面的數據提取出來加以利用，還可以通過網絡傳輸到另一臺計算機上被解析使用。

2）數據和表示分離

XML的優勢在于，它保持了用戶界面和結構數據之間的分離。HTML指定如何在瀏覽器中顯示數據，而XML則定義顯示內容。在不使用XML時，HTML用于顯示數據，數據必須存儲在HTML文件之內；使用XML，數據就可以存放在分離的XML文檔中。

圖3 基于1641標準的ATE互操作模型Fig.3 ATE interoperability model based on the 1641 standard

3）可擴展性

XML是設計標記語言的元語言，而不是HTML這樣的只有一個固定標記集的特定的標記語言。可擴展性是至關重要的，企業可以用XML為電子商務和供應鏈集成等定義自己的標記語言，甚至特定的行業可以一起來定義該領域的特殊的標記語言，作為該領域信息共享數據交換的基礎。

4）結構化集成數據

使用XML之后，一方面簡化了復雜數據結構的描述和操作，另一方面在一定程度上改善了軟件的通用性。XML的這種特性對信息的存儲、交換和顯示都帶來了一些益處，值得大家關注。XML的主要優勢在于它提供了一種簡潔的描述復雜數據的方式[7]。

4 結束語

文中對ATS的開放性和通用性做了簡單的介紹，并對通用自動測試系統的發展做了論述。提出了在自動測試領域要借鑒互聯網絡中信息模型的概念，得出IEEE-1641標準才是解決TPS可移植的重要手段和途徑。并提出了該標準在ATS中的一種解決方案，為今后推廣該標準并將其用在測試領域方面并實現ATE的互操作和TPS的可移植奠定了堅實的基礎。

[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]沈震，戴英俠，楊江平.自動測試設備軟件平臺通用性的研究與設計[J].計算機工程與應用，2005（9）:229-232.SHEN Zhen，DAI Ying-xia，YANG Jiang-ping.Research and design of ATE software platform versatility[J].Computer Engineering and Applications，2005（9）:229-232.

[3]呂曉峰，馬羚，馮小南.ATS軟件平臺的通用性研究與設計[J].計算機測量與控制，2012，20（2）:538-540.LV Xiao-feng，MA Ling，FENG Xiao-nan，ATS software platform versatility and design[J].Computer Measurement&Control，2012，20（2）:538-540.

[4]黃建軍，楊江平，彭飛.通用自動測試系統（ATS）體系結構及關鍵技術[J].火力與指揮控制，2009.HUANG Jian-jun，YANG Jiang-ping，PENG Fei.General ATS architecture and key technologies[J].Firepower and command and control，2009.

[5]IEEE Standards Coordinating Committee 20.IEEE Standard for Signal and Test Definition[S].IEEE STD 1641TM-2010（Revision of IEEE Std 1641-2004）， 3 Park Avenue New York， NY 10016-5997，USA.17 September 2010.

[6]路輝.自動測試系統測試描述語言[M].北京：機械工業出版社，2011.

[7]孫曉非，馮冠，張銀鶴，等.XML基礎教程與實驗指導[M].北京：清華大學出版社，2008.