并行測試技術工程化應用研究

宋揚　王清海

摘要：并行測試技術在測試系統中應用廣泛，采用并行測試技術能夠提高系統的測試效率和性價比。本文提出了幾種并行測試結構形式，并結合實際測試需求進行并行測試分析與實踐，詳細分析了針對某型導彈開展并行測試的可行性及實施方法，最終選擇多個被測對象并行測試的方法。結果表明，并行測試有效減少了測試時間，提高了測試速度，使該型導彈的測試效率提高了50%以上，提升了裝備使用效率。

關鍵詞：并行測試；自動測試系統；測試效率；導彈

中圖分類號：TJ760.6 文獻標識碼：A 文章編號：1673-5048（2017）02-0065-06

0引言

在自動測試系統中，傳統的測試方法為串行測試，即在一定時間段內只能測試一個被測對象（UUT，Unit Under Test），因而系統中價格昂貴的測試儀器平均空閑時間占整個測試時間的50%以上。隨著并行處理技術的引入，并行測試逐漸替代了串行測試。

并行測試是指自動測試系統在同一時間內完成多個測試數據處理、多項測試任務等。根據并行測試的對象不同，可將并行測試分為不同情況：在同一時間內完成多個UUT的測試，即多UUT的并行測試；在單個UUT上同步或異步地運行多個測試任務，同時完成UUT多項參數的測試，即單個UUT內部的并行測試。

并行自動測試系統即采用了并行測試技術的自動測試系統。并行測試技術通過對系統資源的并行利用，大大提高了系統的測試效率和性價比。并行測試系統在同一時間內完成多個UUT的測試，大大提高了系統的吞吐率，減少了測試時間。一定時間內，在執行兩個測試任務時，并行測試要比傳統順序測試效率提高50%；并行測試減少儀器的空閑時間、充分利用儀器資源，大大提高儀器的使用效率，從而提高系統的性價比。并行測試中測試任務不斷地運行，并發出占用儀器的申請，儀器一旦空閑就會再次被新的測試任務申請使用。在最理想的狀態下，整個測試過程中儀器一直處于工作狀態。

1并行測試概述

1.1并行自動測試系統性能評估

系統性能需要評估的指標有很多種，常見的有系統的吞吐率（throughput）即系統在單位時間內處理作業的平均數，以及資源的利用率即資源處于忙狀態的時間比等等。自動測試系統經常需要對被測件進行數十次的循環測試，測試花費時間是系統性能的一個重要指標，因此本文主要通過測試時間這一指標來對并行測試系統的性能進行評估。

1.2并行自動測試系統任務調度策略

在系統中，各個任務可以并行或串行的執行。傳統的自動測試系統采用串行測試技術，測試任務之間根據測試順序依次調用，并不需要任何調度的策略。一旦自動測試系統采用并行測試技術，測試任務的調度順序直接影響系統的性能，因此測試任務之間一般有一定的優先次序約束。任務調度的目標是要在滿足一定的性能指標和優先約束關系的前提下，將可并行執行的任務按適當分配策略確定一種分派和執行順序，合理分配到CPU上有序地執行，以達到優化的目的。

因此，實現并行測試的關鍵是設計良好的任務調度策略，按照系統資源的需求，分析并行測試的可能和效果。

1.3并行測試種類

1.3.1多UUT并行測試

多UUT并行測試是同時并行測試多個UUT。這類并行測試需要有足夠多的測試資源對每個UUT進行并行測試。

如果可以通過開關系統的切換實現多個UUT的測試共享，那么就可以減少測試資源的需求，提高系統的性價比。但測試資源是共享的，必須對資源的使用進行協調，要在適當時間分配適當的資源給某一UUT。如果測試資源是專用的，那么就不存在這種資源調配的復雜性。

多個UUT并行測試中，每個UUT的測試內部仍為串行測試。

1.3.2單UUT并行測試

單UUT并行測試是在一個UUT內同時進行多個測試。

當UUT的各個測試功能之間關聯性不太強時，可以進行多測試功能的并行測試，但在每個測試功能內部，仍為串行測試。這種測試有可能需要更多的測試資源，例如要測量多個電阻器的阻值，那么就需要同樣多的數字多用表對其進行并行測試。

計算機科學中的并行執行程序也是一種并行測試，即同一項測試中并行執行多個測試步驟或動作。在這類測試中，測試動作是同時完成的，增加了測試系統軟件的復雜性。

1.4并行測試系統架構

根據并行測試的實現方式，并行測試系統可劃分為兩類基本架構形式：一類是多處理器的并行測試結構，具有兩個以上的處理器，在各自操作系統的控制下，通過高速通信網絡、共享的主存或輸入/輸出子系統進行測試，對系統的軟硬件都有較高的要求；另一類是在單處理器上實現的并行測試結構，通過對不同測試任務的調度來分配單個處理器處理任務的時間，從而實現并行測試，主要通過軟件設計來實現。

1.4.1多處理器并行測試結構

多處理器的并行測試結構中，根據處理器之間的關系分為分布式和主從處理器結構。分布式并行測試結構中的每臺計算機均可獨立高效地執行測試任務，主要通過網絡來實現測試同步和儀器、數據共享；主從處理器結構中，從處理機與主處理器并行工作，從處理機分擔主處理器的部分工作，減輕主處理器的負擔，提高測試效率。

1.4.2單處理器并行測試結構

單處理器的并行測試主要通過軟件的多進程或多線程實現。

多進程結構是單個處理器中有多個進程同時執行測試任務的結構，通過CPU在進程間的切換來完成并行測試任務。在多進程結構中應由操作系統來隔離每個進程的內存地址空間，防止出現一個進程故障導致整個系統崩潰的現象。

多線程結構是一個進程中的多個線程同時執行測試任務的結構，主要是通過線程間的切換來完成并行測試任務。多線程結構中，并行測試程序在一個進程中執行，這個進程擁有一個簡單內存地址。進程有一個主線程，其只有一個控制流程來控制所有步驟的執行，其他線程為從線程，主線程可以創建或刪除其他不同的線程來完成并行測試任務。

在工程應用中，尤其是大型測試系統中，被測試對象復雜，且其參數測試繁瑣，往往混合使用上述集中并行測試方式，如在系統級建立分布式并行測試結構，然后在每個子測試節點中再建立多進程結構，每個進程中又是多線程結構。

2并行測試在導彈測試中的應用分析

在導彈測試系統中，用來進行參數測試的儀器是系統的組成部分之一；同時，用來進行環境目標模擬的各類目標模擬器、高度模擬器是系統中價格最昂貴的組成部分；用來進行電源、氣源供給的模擬部分則是系統中體積最龐大的部分。并行測試在導彈測試中的應用效能分析，從以上三個組成部分來看，有不同的效果。

采用多UUT并行對導彈測試來說，可以減少儀器的空閑時間，提高儀器的使用效率，但由于導彈測試對目標模擬器、高度模擬器的獨占性，對電源、氣源供應的持續要求，通常要求目標模擬器、高度模擬器的通道數增加，要求電源、氣源的能力增加，這就大大增加了系統的經濟成本，對整個系統的性價比來說不一定是最優的。

采用單UUT測試內部的并行測試方法則可以避免上述問題，是工程上常用的方法。主要有多個測試項目的并行測試、同一測試項目內部多個參數的同時采集及多個數據的同步處理等。這就需要盡可能詳盡地分析不同測試項目之間并行測試的可行性、不同參數同時測試有無資源沖突等，在軟件設計上采用多線程等，并確保在不增加系統需求的基礎上實現更高效率的測試。

3某紅外導彈并行測試實現

某導彈為紅外制導格斗彈，地面測試采用分步驟方式進行，不同步驟之間關聯性不強，可以根據操作人員的需要自由選擇。原有的設備為串行測試，逐項完成全部測試需要24 min左右。

根據前文分析，不同的測試功能之間關聯性不強是進行并行測試的條件之一。據此，以該紅外導彈為測試對象，通過導彈的X型放置使得多個測試信號可以并行測試，同時對不同的測試項目進行組合，使得能夠合并進行的測試項目采用并行測試的方式進行，可以將測試時間縮短50%以上，大大提高了測試效率。

3.1某紅外導彈測試項目

某紅外導彈測試分Ⅰ通道（導彈的左、右舵面即Ⅱ、Ⅳ舵面呈水平狀態，從導彈尾部看，Ⅰ通道在正上方）和Ⅱ通道（導彈的上、下舵面即Ⅰ、Ⅲ舵面呈水平狀態，從導彈尾部看，Ⅱ通道在正上方）兩種狀態，現在引入第三種狀態（導彈的左、右舵面和上、下舵面呈X狀態）稱為X通道狀態，三種通道狀態如圖1所示。

某紅外導彈的測試項目包括：

a.供電致冷測試；

b.電氣延遲測試；

c.轉速下降測試；

d.變流機測試：

e.連續性測試：

f.對稱性測試：

g.氣動延遲測試；

h.同軸一致性測試：

i.制導測試；

j.近目標測試；

k.操縱常數測試；

l.解除保險測試；

m.遠目標測試：

n.引信測試（引信1、引信2、引信3和引信4）。

其中，從i項至m項，均要進行I通道和Ⅱ通道測試。

3.2測試項目及與通道設置的關系分析

3.2.1供電致冷測試

測試中，首先檢查導彈的直流和交流供電電源，檢測合格后向導彈供電、供氣；監測導彈輸出的F信號幅值、AGC信號幅值和PIPS信號頻率，判斷導彈致冷是否合格。

該項測試與導彈通道放置狀態無關，測試時間小于120 s。

3.2.2電氣延遲測試

測試中，向導彈發出sD（安全距離）啟動信號，記錄導彈SD1和SD2信號出現時間。

該項測試與導彈通道放置狀態無關，測試時間為10 s。

電氣延遲是導彈正常工作必經的一個狀態，在自動測試時可以結合制導檢測。

3.2.3轉速下降測試

測試中，停止向導彈外供交流電源10 s，測試斷電前和斷電10 s后陀螺轉速之差，判斷差值是否合格。

該項測試與導彈通道放置狀態無關，測試時間為15 s。

測試可以放在供電致冷檢測中完成，由于探測器致冷慢，陀螺啟動快，在陀螺達到正常轉速后，隨即進行該項測試，測試完畢繼續給陀螺供電進行后續測試。

3.2.4變流機測試

測試中，停止向導彈外供交流電，同時發出ST（變流機）啟動信號，啟動導彈變流機工作，該狀態持續20 s，在這期間監測陀螺頻率變化情況。

該項測試與導彈通道放置狀態無關，測試時間為30 s。

3.2.5連續性測試

測試主要檢查導彈電纜插座之間連續性，以及導彈兩種內供電電壓的幅度和紋波。

該項測試與導彈通道放置狀態無關，測試時間為15 s，可與變流機或同軸一致性測試同時進行。

3.2.6對稱性測試

測試中，主要測試E指令（EU和ED、EL和ER）、N指令（NU和ND、NL和NR）之間的信號波形對稱情況。

該項測試與導彈通道放置狀態無關，測試時間為60 s。

在原測試中，由于測試資源所限，只能順次檢測EU和ED、EL和ER、NU和ND、NL和NR四對指令信號波形，每對信號用時10 s，共用時40s。實際上這些信號在導彈工作時是同時存在的，可以同時并行采集，測試用時小于20 s。

3.2.7氣動延遲測試

測試中，主要測試從開始供伺服氮氣到舵面有顯著反應的時間差。

該項測試與導彈通道放置狀態無關，測試時間為30 s。

3.2.8同軸一致性測試

測試中，主要測試位標器位置信號的相位以及E指令（EU）所表征的極限環頻率。

該項測試與導彈通道放置狀態無關，測試時間為25 s。

3.2.9制導測試

測試中。主要測試導彈跟蹤過程中相應的N指令（NU，ND，NR，NL），以及在目標偏離導彈軸線±30°和0°時，位標器角解算器輸出的方位信號（sin，sincos，sinsin）。

導彈Ⅰ通道狀態或Ⅱ通道狀態時，目標在水平面上左右運動和導彈“左、右”機動或“上、下”機動方向平行，只引起與其運動方向垂直的舵控指令輸出，另一方向的舵控指令輸出很小，即導彈Ⅰ通道狀態時，目標向右側運動測NU指令，向左側運動測ND指令；導彈Ⅱ通道狀態時，目標向右側運動測NR指令，向左側運動測NL指令。

當導彈X通道狀態時，目標在水平面上左右運動和導彈“左、右”機動或“上、下”機動方向成45°夾角，導彈“左或右”和“上或下”舵控指令均有正常輸出，可以同時測試兩組舵控指令。測試方法如下：當導彈X通道狀態時，目標向右運動時可以測試NU和NR指令，目標向左運動時可以測試ND和NL指令，目標一個左右運動循環可以測到4個舵控指令。

從對導彈角解算器功能檢測角度來說，Ⅰ，Ⅱ通道和X通道兩種情況都能檢驗該功能是否正常，區別僅在于測試結果的合格判定范圍需要進行一定的換算。

制導測試流程如圖2所示。

3.2.10近目標測試

測試中，主要測試在近目標跟蹤狀態下導彈的跟蹤性能，測試時間為35 s。

該項目的測試判據有F，AGC信號幅值和導彈跟蹤狀態。F，AGC信號幅值與導彈處于Ⅰ，Ⅱ通道或X通道無關；導彈跟蹤狀態與導彈“制導”項目分析相似，在X通道狀態可同時考察Ⅰ，Ⅱ通道跟蹤控制能力。

3.2.11操縱常數測試

測試中，主要測試導彈超前偏置回路工作狀況。該項測試與制導測試相似，當導彈在Ⅰ通道狀態或Ⅱ通道狀態測試時，目標只相對一對舵控制通道有偏置，當目標偏移30°進行彈目接近模擬時，只有一對舵有超前偏置響應；當導彈在X通道狀態測試時，會同時有兩對舵進行響應，同時采集兩路響應，可以加快測試速度。

當導彈X通道放置時，由于有兩對舵進行超前偏置設置，而舵控氣源流量有限，使得舵輸出力矩稍微有一些滯后，時間常數由均值60 ms增大到76 ms，但從舵控效果來說，由于兩對舵都起作用，導彈的超前偏置效果并未變差。

3.2.12解除保險測試

測試中，主要測試解除保險電路工作時序，測試時間為46 s。

目標是否進入解除保險環帶只與目標和導彈縱軸軸線的夾角有關系，與導彈處于Ⅰ，Ⅱ通道或X通道無關，可以在X通道狀態檢測導彈的這項特性。

3.2.13遠目標測試

測試中，主要測試在遠目標跟蹤狀態下導彈的跟蹤性能，測試時間為35 s（含目標降溫時間）。

該項合格判據中F信號幅值、AGC信號幅值、極限環頻率與Ⅰ，Ⅱ通道或X通道無關；導彈跟蹤狀態與導彈“制導”項目分析相似，在X通道狀態可以同時考察Ⅰ，Ⅱ通道跟蹤控制能力。

3.2.14引信測試

引信測試分為4個分項進行：引信1、引信2、引信3和引信4。

在原有設備中，各項目靠按鈕進行選擇，結果靠指示燈顯示，為了比較清楚地反映引信不同側面的功能，分成單獨的4項進行測試，這要求項目之間重復設置SD等測試準備信號。目前完成4項測試用時為140 s。

設備引入計算機后，操作顯示界面豐富，有條件在一次SD準備情況下完成相應的有目標測試內容，并清楚地顯示測試結果；自炸功能測試則必須再啟動一次SD方可完成。

因此，可在上述4個分項單獨測試基礎上增加自動測試選項，綜合上述測試內容，減少重復設置，從而加快測試速度。改進后可以在90 s內完成引信測試。

3.3并行測試實現結果

根據上述測試試驗分析，對采取并行測試前后某紅外導彈的測試時間進行統計，如表1所示。

由表1看出，原來的測試時間為1 400 s（不包括Ⅰ，Ⅱ兩個通道調的兩次調環帶時間和通道轉換時間）。采用了并行測試策略后，完成全部測試的時間為531 s（未計算一次調換帶時間）。測試時間大大縮短，測試效率得到提高。

4結論

本文對并行測試在某紅外導彈中的應用進行了初步探索和工程實現，通過對多個測試項目的并行進行，及每個測試項目內的多個測試參數的并行測試，可降低50%以上的測試時間，有效提高了導彈測試的效率，具有一定的工程實踐意義。這種在單UUT內部的測試對軟件實現有一定的要求，對系統的硬件資源則不做新的要求，因而性價比較高，適合系統資源已經固定、無法做大的改變的設備。

對多UUT的并行測試來說，由于對資源的要求較高，實現起來尚有一定的技術困難。多UUT的并行測試將是并行測試發展需要解決的問題之一，也是未來并行測試的研究重點，對全面提高測試質量，優化武器系統的維護保障具有重要的意義。