基于ATML標(biāo)準(zhǔn)的SCATS在機(jī)載電子系統(tǒng)通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中的應(yīng)用

吳國(guó)寶，宋 帆，曾俊華，游洪順

(1.中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001；2.成都天奧測(cè)控技術(shù)有限公司，成都 611731)

0 引言

現(xiàn)代飛機(jī)機(jī)載電子系統(tǒng)功能性能先進(jìn)、集成度高、系統(tǒng)內(nèi)外信號(hào)交聯(lián)復(fù)雜[1-2]。機(jī)載電子系統(tǒng)在裝機(jī)使用過程中，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，僅靠機(jī)內(nèi)測(cè)試(BIT)無法實(shí)現(xiàn)故障100%檢測(cè)和100%隔離(隔離到單個(gè)外場(chǎng)可更換單元(LRU)或外場(chǎng)可更換模塊(LRM))，這給飛機(jī)的外場(chǎng)維修保障帶來了不小挑戰(zhàn)，將直接影響飛機(jī)的出勤率[3]。

機(jī)載電子系統(tǒng)通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，主要用于輔助機(jī)載電子系統(tǒng)的外場(chǎng)故障檢測(cè)[4-6]，其作用為：當(dāng)裝機(jī)的機(jī)載電子系統(tǒng)發(fā)生故障，且BIT無法實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)或?qū)⒐收细綦x到單個(gè)LRU/LRM時(shí)[7]，使用該設(shè)備能夠?qū)⒐收蠙z測(cè)并將故障定位到單個(gè)LRU/LRM，以便指導(dǎo)維護(hù)人員在外場(chǎng)對(duì)故障件進(jìn)行快速更換，確保飛機(jī)的出勤率。

傳統(tǒng)針對(duì)機(jī)載電子系統(tǒng)研制的通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，其測(cè)試程序集(TPS)以面向儀器為核心[8]，存在一定的不足，主要表現(xiàn)在TPS開發(fā)周期長(zhǎng)[9]，必須在完成硬件資源的選型后才能開始TPS開發(fā)，且TPS開發(fā)人員必須對(duì)所選硬件資源的使用必須很了解。面向儀器的測(cè)試程序(TP)，當(dāng)新增測(cè)試需求或?qū)νㄓ米詣?dòng)測(cè)試設(shè)備硬件進(jìn)行新增/改型時(shí)，需TPS開發(fā)人員對(duì)已完成鑒定的所有TPS進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)、調(diào)試、驗(yàn)收，整個(gè)開發(fā)周期將大大增加，非常不利于通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的升級(jí)維護(hù)。

通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備測(cè)試程序集由面向儀器的開發(fā)，過渡到面向信號(hào)的開發(fā)，是自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域的一次重要轉(zhuǎn)變[10]，面向信號(hào)的測(cè)試程序集開發(fā)，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在 測(cè)試程序集開發(fā)人員只需關(guān)注被測(cè)對(duì)象的測(cè)試邏輯及特性信號(hào)本身，而無需關(guān)心測(cè)試工作站中儀器的規(guī)格、型號(hào)、性能參數(shù)及具體操作，是保證測(cè)試程序集具備通用性和跨平臺(tái)可移植性的核心特征[11]。

早期流行的面向信號(hào)的測(cè)試程序集開發(fā)軟件，有美國(guó)TYX公司研發(fā)的PAWS軟件，該軟件使用ATLAS語言的進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及測(cè)試程序集的開發(fā)。ATLAS作為一種面向信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試編程語言，其在國(guó)內(nèi)外機(jī)載電子設(shè)備自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[12]，但也存在開發(fā)語言結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信號(hào)模型少、軟件架構(gòu)開放性差等不足。基于此，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)于2002年提出了一種新的面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試標(biāo)記語言(ATML)標(biāo)準(zhǔn)，ATML標(biāo)準(zhǔn)的顯著特征，便是采用了可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)試信息描述的標(biāo)準(zhǔn)化和測(cè)試信息的可交互[13]，通過生成的基于ATML標(biāo)準(zhǔn)的描述文檔，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的特征信息，測(cè)試信號(hào)，測(cè)試路徑，測(cè)試策略，故障診斷等的表述，測(cè)試結(jié)果記錄、顯示，故障診斷結(jié)果記錄[14]、顯示等信息的交互，從而實(shí)現(xiàn)通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的通用化設(shè)計(jì)。

ATML標(biāo)準(zhǔn)定義了公共信息、測(cè)試信息描述、儀器信息描述、適配器信息、測(cè)試工作站信息、被測(cè)對(duì)象特征描述、測(cè)試信息配置、測(cè)試結(jié)論、故障診斷共9個(gè)子組件標(biāo)準(zhǔn)[15]，囊括了通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備研制的每一個(gè)環(huán)節(jié)，提供了一套完整的面向信號(hào)測(cè)試的測(cè)試信號(hào)交互架構(gòu)[16]。基于此ATML可實(shí)現(xiàn)不同通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備之間的測(cè)試信息的交互，現(xiàn)實(shí)TPS在不同硬件平臺(tái)上的移植，支持故障診斷結(jié)果跨平臺(tái)調(diào)用[17]。ATML標(biāo)準(zhǔn)與通用測(cè)試設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 ATML標(biāo)準(zhǔn)與通用測(cè)試設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

SCATS是一款由成都天奧測(cè)控技術(shù)有限公司開發(fā)的國(guó)產(chǎn)面向信號(hào)的TPS開發(fā)軟件，SCATS軟件基于最新AMTL標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 1232-2010、IEEE 1641-2010、IEEE 1671-2010)，SCATS采用了多種國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的測(cè)試軟件開發(fā)技術(shù)，包括標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)庫構(gòu)造技術(shù)；純中文界面的無代碼測(cè)試程序集開發(fā)、調(diào)試技術(shù)；基于標(biāo)準(zhǔn)模型的測(cè)試程序運(yùn)行引擎技術(shù)等。SCATS軟件采用純中文開發(fā)界面，測(cè)試程序集采用無代碼開發(fā)，軟件界面友好、可讀性強(qiáng)，大大降低了測(cè)試程序集開發(fā)人員的技術(shù)門檻，內(nèi)置信號(hào)模型豐富可滿足現(xiàn)代機(jī)載電子系統(tǒng)測(cè)試需求。通過在機(jī)載電子系統(tǒng)通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備研制中的應(yīng)用表明，使用SCATS軟件開發(fā)的被測(cè)機(jī)載電子系統(tǒng)TPS具有開發(fā)速度快、故障定位準(zhǔn)確、通用性和可移植性好等特點(diǎn)。

1 SCATS架構(gòu)及原理

1.1 SCATS軟件架構(gòu)

SCATS軟件，采用層次化體系架構(gòu)，自下至上分為物理層、驅(qū)動(dòng)層、標(biāo)準(zhǔn)層、系統(tǒng)層、開發(fā)層和管理運(yùn)行層，層次結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 SCATS層次結(jié)構(gòu)框圖

物理層：包含軟件運(yùn)行所依賴的所有硬件資源基礎(chǔ)，如各類標(biāo)準(zhǔn)總線下的模塊化儀器，通用或?qū)Ｓ玫呐_(tái)式儀器(包括模擬器等)、控制器、適配器和測(cè)試線纜等。

驅(qū)動(dòng)層：主要面向驅(qū)動(dòng)開發(fā)人員，基于Python或C語言進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)、調(diào)試，其中包括面向信號(hào)的驅(qū)動(dòng)框架生成工具，基于CVI或Visual Studio Code的驅(qū)動(dòng)開發(fā)環(huán)境，生成的驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)庫。

標(biāo)準(zhǔn)層：包含最新ATML標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了軟件平臺(tái)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，具體如下。

1)IEEE 1671-2010：自動(dòng)測(cè)試標(biāo)記語言(ATML)的主標(biāo)準(zhǔn)，其中定義了各個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)中可能用到的公共類型[18]。

2)IEEE 1671.1-2017：測(cè)試描述標(biāo)準(zhǔn)，其中主要定義了完整描述一個(gè)測(cè)試需求的必要信息。

3)IEEE 1671.2-2012：儀器描述標(biāo)準(zhǔn)，其中主要定義了一個(gè)儀器的資源、能力和端口，以及它們之間的映射關(guān)系。

4)IEEE 1671.3-2017：被測(cè)對(duì)象描述標(biāo)準(zhǔn)，其中主要定義了一個(gè)被測(cè)對(duì)象的識(shí)別信息和接口信息。

5)IEEE 1671.4-2014：測(cè)試配置描述標(biāo)準(zhǔn)，用于配置一個(gè)TPS所需的軟硬件資源。

6)IEEE 1671.5-2015：測(cè)試適配器描述標(biāo)準(zhǔn)，其中主要定義了一個(gè)測(cè)試適配器(或線纜)的接口信息和連線信息。

7)IEEE 1671.6-2015：測(cè)試工作站描述標(biāo)準(zhǔn)，其中主要定義了通用測(cè)試設(shè)備硬件平臺(tái)所包含的儀器、功能模塊、開關(guān)資源，以及對(duì)外的測(cè)試接口，此外還包含這些資源和端口的互連關(guān)系。

8)IEEE 1641-2010：信號(hào)和測(cè)試定義標(biāo)準(zhǔn)，給出了針對(duì)一個(gè)所需的信號(hào)進(jìn)行建模的通用方法，并且提供了許多有用的預(yù)定義信號(hào)，是面向信號(hào)測(cè)試的根本遵循[19]。

9)IEEE 1232-2010：測(cè)試相關(guān)的人工智能服務(wù)信息交換(AI-ESTATE)標(biāo)準(zhǔn)，給出了與故障診斷相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并給出了若干實(shí)用的診斷模型，例如D-矩陣模型[20]。

10)IEEE 1636.1-2018：測(cè)試結(jié)果信息描述標(biāo)準(zhǔn)，其中定義了測(cè)試結(jié)果相關(guān)的信息，如測(cè)試時(shí)間、測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試判據(jù)、測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試結(jié)論等。

系統(tǒng)層：主要是面向通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的開發(fā)人員，是一種測(cè)試信號(hào)的建模工具，用于對(duì)測(cè)試所需的各類信號(hào)，各類儀器、開關(guān)以及集成各類儀器、開關(guān)的測(cè)試工作站進(jìn)行建模。每臺(tái)通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備都含有這些信息，這些信息是通用自動(dòng)側(cè)測(cè)試設(shè)備的特有信息，一般是不可移植的。

開發(fā)層：主要是面向測(cè)試程序集的開發(fā)人員，是一種測(cè)試邏輯的建模工具，針對(duì)具體的被測(cè)機(jī)載電子系統(tǒng)，描述該被測(cè)機(jī)載電子系統(tǒng)本身的一些信息(產(chǎn)品名稱、型號(hào)、接口、LRU組成等)、相應(yīng)的測(cè)試適配器、測(cè)試線纜信息(針腳、端口)、以及故障診斷模型(D-矩陣)信息等。

管理運(yùn)行層：主要是面向用戶的，與測(cè)試系統(tǒng)管理工具相對(duì)應(yīng)，管理運(yùn)行層，主要提供了用戶權(quán)限管理功能、測(cè)試程序集的運(yùn)行功能、測(cè)試程序集管理功能(增加、刪除、分組)、平臺(tái)硬件資源管理功能、故障診斷推理功能以及測(cè)試數(shù)據(jù)管理功能等。

基于上述架構(gòu)，SCATS的組成如圖3所示，其中包含兩個(gè)主要工具以及15個(gè)子工具，可覆蓋用戶及系統(tǒng)需求。

圖3 軟件組成示意圖

3個(gè)硬件平臺(tái)開發(fā)子工具分別為：

1)基于IEEE 1641-2010標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)描述工具，主要提供標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的查詢以及自定義信號(hào)的管理功能(即查、增、刪、改等)。

2)基于IEEE 1671.2-2012標(biāo)準(zhǔn)的儀器描述工具，能夠描述儀器的接口信息、信號(hào)能力和資源，以及它們之間的映射關(guān)系和連線等信息。支持創(chuàng)建儀器驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)框架。

3)基于IEEE 1671.6-2015標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試工作站描述工具，通過引用儀器描述模型將其組織稱為一個(gè)測(cè)試設(shè)備，支持測(cè)試設(shè)備接口(ICA)和連線信息的圖形化建模。

5個(gè)TPS開發(fā)子工具分別為：

1)基于IEEE 1671.3-2017標(biāo)準(zhǔn)的被測(cè)對(duì)象描述工具，能夠提供被測(cè)對(duì)象設(shè)備的外觀展示、支持被測(cè)對(duì)象接口的圖形化建模，并提供方便的針腳、端口批量編輯功能。

2)基于IEEE 1671.1-2017的測(cè)試描述工具，能夠?qū)y(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試流程進(jìn)行圖形化建模。以面向信號(hào)的方式定義一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目中具體的測(cè)試操作信息，支持標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的所有信號(hào)操作類型以及若干實(shí)用的擴(kuò)展信號(hào)操作。

3)基于IEEE 1671.5-2015的適配器描述工具，能夠提供適配器設(shè)備的外觀展示、支持適配器接口的圖形化建模，并提供方便的針腳、端口批量編輯功能。能夠?qū)y(cè)試工作站描述中的ICA信息導(dǎo)入為適配器的背板接口信息。

4)基于IEEE 1671.5-2015的電纜描述工具。與適配器使用同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，并提供相似的功能。該工具支持直接導(dǎo)入被測(cè)對(duì)象接口信息和適配器前面板接口信息作為電纜兩端的接口信息。

5)診斷建模工具，支持經(jīng)典的D-矩陣模型。能夠從被測(cè)對(duì)象描述中導(dǎo)入SRU信息(這些SRU是最小故障隔離單元)和故障信息以及從測(cè)試描述中導(dǎo)入用于識(shí)別故障的測(cè)試結(jié)果信息。

7個(gè)測(cè)試系統(tǒng)管理子工具分別為：

1)用戶管理工具，用于管理軟件操作人員的信息，并對(duì)其權(quán)限進(jìn)行限定。只有合法用戶才能登陸軟件，且當(dāng)前用戶只能管理本人創(chuàng)建的TPS和測(cè)試結(jié)果等信息。

2)TPS管理工具，提供TPS的安裝、卸載和附加信息設(shè)置等功能。此外，為方便查找TPS，還提供按關(guān)鍵詞過濾、排序和分組顯示功能。

3)TPS運(yùn)行控制工具，為當(dāng)前TP提供測(cè)試流程選擇、啟動(dòng)、暫停、繼續(xù)和停止測(cè)試控制功能，支持測(cè)試流程節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)可視化以及測(cè)試過程和結(jié)果信息的即時(shí)顯示。

4)測(cè)試結(jié)果管理工具，用于保存測(cè)試結(jié)果信息，對(duì)歷史測(cè)試結(jié)果信息進(jìn)行查看、刪除、生成測(cè)試報(bào)告和故障診斷，將數(shù)據(jù)庫中的測(cè)試結(jié)果記錄導(dǎo)出為符合IEEE 1636.1-2018標(biāo)準(zhǔn)的XML文檔。

5)系統(tǒng)管理工具，查看測(cè)試工作站中的儀器，可設(shè)置儀器的可用狀態(tài)。提供儀器資源的自動(dòng)化自檢功能。

6)TPS運(yùn)行引擎，解析并加載所有必要的ATML描述文件，并按給定的測(cè)試流程或測(cè)試項(xiàng)目解釋執(zhí)行測(cè)試描述中包含的信號(hào)操作。具有動(dòng)態(tài)資源匹配和信號(hào)路由搜索功能，支持面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試和指定儀器的測(cè)試。

7)診斷推理機(jī)，結(jié)合當(dāng)前測(cè)試結(jié)果和診斷模型信息，對(duì)潛在故障進(jìn)行推斷，給出故障診斷結(jié)論，支持生成故障診斷報(bào)告。

1.2 測(cè)試信息建模工作原理

測(cè)試信息建模的工作原理如圖4所示，首先根據(jù)被測(cè)對(duì)象測(cè)試需求，視情使用信號(hào)描述工具擴(kuò)展當(dāng)前信號(hào)庫，以支持儀器和測(cè)試描述中對(duì)信號(hào)的需求。

圖4 測(cè)試信息建模原理示意圖

使用儀器描述工具對(duì)每一個(gè)儀器(開關(guān))資源進(jìn)行建模，在描述儀器的能力時(shí)需要從信號(hào)庫中獲取期望的信號(hào)類型。根據(jù)儀器能力的構(gòu)成，生成驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)框架，然后由驅(qū)動(dòng)開發(fā)工程師完成驅(qū)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)，最終生成可調(diào)用的驅(qū)動(dòng)程序庫。

測(cè)試工作站描述工具引用已有的儀器描述，將其納入測(cè)試工作站的組成部分，此外對(duì)對(duì)外接口信息進(jìn)行描述，以方便適配器描述工具導(dǎo)入背板接口信息。

采用被測(cè)對(duì)象描述工具對(duì)被測(cè)對(duì)象的基本信息、接口信息、內(nèi)部組成和故障信息進(jìn)行描述，生成被測(cè)對(duì)象描述文檔。

測(cè)試線纜描述工具導(dǎo)入適配器和被測(cè)對(duì)象的接口信息，然后再將兩端接口上的端口或針腳連接起來。

測(cè)試描述工具對(duì)測(cè)試需求的細(xì)節(jié)進(jìn)行建模，在此期間可能需要從被測(cè)對(duì)象接口信息中獲取連接針腳信息以及從信號(hào)庫中獲取描述信號(hào)需求的信號(hào)類型。

診斷建模工具分別從被測(cè)對(duì)象描述和測(cè)試描述文檔中讀取與故障診斷相關(guān)的故障定義和測(cè)試結(jié)果或測(cè)試指標(biāo)等內(nèi)容，然后建立它們的依賴性關(guān)系，生成診斷模型描述，以備診斷推理機(jī)使用。

1.3 測(cè)試系統(tǒng)管理原理

測(cè)試系統(tǒng)管理的工作原理如圖5所示。首先在測(cè)試服務(wù)器上啟動(dòng)自動(dòng)測(cè)試服務(wù)，此時(shí)TPS運(yùn)行引擎處于待命狀態(tài)。

圖5 測(cè)試系統(tǒng)管理原理示意圖

用戶啟動(dòng)客戶端，輸入用戶名和密碼，驗(yàn)證送過后登錄主界面：此時(shí)TPS運(yùn)行引擎通過系統(tǒng)配置中指定的測(cè)試工作站信息，加載相應(yīng)的信號(hào)庫、測(cè)試工作站和儀器推述。

用戶通過TPS管理工具選擇一個(gè)要執(zhí)行的TPS，同時(shí)將當(dāng)前TPS相關(guān)的被測(cè)對(duì)象描述、適配器指述、測(cè)試線纜描述和測(cè)試描述信息傳遞給TPS運(yùn)行控制工具。

用戶在TPS運(yùn)行控制工具中選擇一個(gè)測(cè)試流程(或者通過自定義串行流程臨時(shí)組織一個(gè)測(cè)試流程)，啟動(dòng)自動(dòng)測(cè)試。TPS運(yùn)行引擎根據(jù)當(dāng)前測(cè)試流程中的測(cè)試項(xiàng)目，按照面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試原理依次解釋執(zhí)行其中包含的信號(hào)操作。

動(dòng)態(tài)資源分配功能根據(jù)信號(hào)需求查找測(cè)試工作站中可用的儀器資源，將儀器能力與信號(hào)需求進(jìn)行比較，若其能力包含該需求，則匹配成功。對(duì)于多個(gè)儀器匹配當(dāng)前信號(hào)需求的情況，由資源分配算法根據(jù)匹配度、歷史經(jīng)驗(yàn)或測(cè)試成本消耗等因素優(yōu)選一個(gè)最佳的儀器。

信號(hào)路由搜索算法是根據(jù)當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)，在不造成開關(guān)資源沖突并保證安全的前提下，找到一條可行的信號(hào)通路，將相應(yīng)的被測(cè)對(duì)象端口和儀器端口連接起來，完成實(shí)際信號(hào)的激勵(lì)或測(cè)量。

驅(qū)動(dòng)調(diào)用功能根據(jù)當(dāng)前選擇的儀器和開關(guān)，調(diào)用相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)，完成儀器或開關(guān)的實(shí)際控制。

測(cè)試過程中產(chǎn)生的測(cè)試結(jié)果信息可由測(cè)試結(jié)果管理工具保存到數(shù)據(jù)庫中，后期可在測(cè)試結(jié)果管理工具中對(duì)該數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和維護(hù)。

診斷推理過程結(jié)合當(dāng)前TPS的診斷模型以及測(cè)試結(jié)果，對(duì)可能存在的故障進(jìn)行推斷，給出潛在故障的權(quán)重。

測(cè)試或診斷完成后可由相應(yīng)工具生成PDF格式的報(bào)告。

通過系統(tǒng)管理工具能夠獲取當(dāng)前測(cè)試工作站中所有儀器信息的列表，可以對(duì)儀器是否可用狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。也可以啟動(dòng)儀器的自檢，此時(shí)需要TPS運(yùn)行引擎配合通過調(diào)用相應(yīng)的儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)來完成自檢。

2 SCATS的應(yīng)用

為方便讀者更好地理解SCATS軟件的使用思路和方法，以如圖6所示的簡(jiǎn)化的通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備為例，對(duì)主要的操作步驟進(jìn)行進(jìn)一步說明。盡管是一個(gè)簡(jiǎn)化的設(shè)備，但其中包含的思想可以很容易地映射到復(fù)雜的真實(shí)設(shè)備。

圖6 簡(jiǎn)化通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備

測(cè)試配置信息包括：被測(cè)對(duì)象、測(cè)試線纜、測(cè)試適配器、測(cè)試工作站(包含射頻開關(guān)和矢量信號(hào)分析儀)。被測(cè)對(duì)象通過測(cè)試線纜連接適配器前端，適配器后端連接測(cè)試工作站。

SCATS軟件的應(yīng)用包括：系統(tǒng)建模，信號(hào)建模，模塊建模，測(cè)試工作站建模，被測(cè)對(duì)象建模，適配器建模，測(cè)試線纜建模，系統(tǒng)集成，驅(qū)動(dòng)開發(fā)、調(diào)試，TPS開發(fā)、調(diào)試等幾個(gè)方面，如圖7所示。

圖7 SCATS在測(cè)試設(shè)備中的應(yīng)用

1)系統(tǒng)建模：

系統(tǒng)建模是根據(jù)相應(yīng)的ATMI.標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)系統(tǒng)中的信號(hào)、儀器(射頻開關(guān)和矢量信號(hào)分析儀)、測(cè)試工作站、適配器、測(cè)試線纜和被測(cè)對(duì)象(機(jī)載電子系統(tǒng))等要素進(jìn)行描述。

2)信號(hào)建模：

經(jīng)過梳理，上述示例中只有一個(gè)信號(hào)，即一個(gè)單載波射頻信號(hào)(S1)，由于該信號(hào)不是內(nèi)置信號(hào)，因此需要對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展。

在ATML模型資源管理器中雙擊“ExtTSFLib”這個(gè)擴(kuò)展信號(hào)庫，然后在其中，新增一個(gè)名為SPECTRUM_TEST類型的信號(hào)，如下圖所示。其中包含若干屬性，如中心頻率，參考幅度，標(biāo)記的峰值幅度和標(biāo)記的峰值頻率等。

3)儀器建模：

示例測(cè)試工作站中包含兩個(gè)儀器，一個(gè)頻譜儀(m1)和一個(gè)射頻開關(guān)(m2)，其中頻譜儀具備的能力是測(cè)量上述射頻信號(hào)的幅度和頻率。下面為這兩個(gè)儀器構(gòu)建模型。

在ATML.模型資源管理器中選擇“儀器模型”節(jié)點(diǎn)，右鍵單擊，在彈出的上下菜單中選擇“新建儀器模型”，然后在彈出的對(duì)話框中輸入儀器的型號(hào)，假設(shè)為“SA_SIMPLE_1”，點(diǎn)擊“新建按鈕”后將在工作區(qū)中顯示一個(gè)儀器模型的初始圖形，需要注意的是，在編輯儀器能力的時(shí)候，能力的角色是“測(cè)量”，信號(hào)類型是上面定義的射頻信號(hào)，被測(cè)屬性是上述信號(hào)的標(biāo)記幅度(markampl)和標(biāo)記頻率(markfreq)。

同理，構(gòu)建射頻開關(guān)的儀器模型，其中需要注意的是在開關(guān)列表中對(duì)其中每個(gè)開關(guān)單元的定義，主要體現(xiàn)在其端口上，如一個(gè)單刀雙擲的開關(guān)有一個(gè)公共端(COM，只能位于瀕口表的第一項(xiàng))和兩個(gè)連凌端，這些信息至要體現(xiàn)在開關(guān)端口表中，此外還要在端二映射中，將各個(gè)內(nèi)部開關(guān)單元的端口連接到外部接口上，也支持不同內(nèi)部開關(guān)單元端口的互連，這樣可以構(gòu)建多級(jí)開關(guān)。

4)測(cè)試工作站建模：

將測(cè)試設(shè)備所有的儀器模型集成為一個(gè)測(cè)試工作站，需要為所展儀器實(shí)例指定唯一的ID和地址(實(shí)際物坦測(cè)試才需要)，另一方面就是建立硬件測(cè)試平臺(tái)中儀器端口和硬件測(cè)試平臺(tái)對(duì)外接口之間的連接，這個(gè)工作在“端口連接”功能中進(jìn)行。

將上述兩個(gè)儀器模型集成為一個(gè)測(cè)試工作站。其中需要為這兩個(gè)儀器實(shí)例指定唯一的ID和地址(實(shí)際物理測(cè)試才需要)。另一方面就是按照示例圖中所示建立測(cè)試工作站中儀器端口之間和測(cè)試工作站接口之間的連接，這個(gè)工作在“端口連接”功能中進(jìn)行。

5)被測(cè)對(duì)象建模：

構(gòu)建被測(cè)對(duì)象模型，依據(jù)被測(cè)機(jī)載電子系統(tǒng)的特點(diǎn)，為其構(gòu)建連接器和端口即可。

6)適配器建模：

構(gòu)建適配器模型，為其構(gòu)建前后面板測(cè)試針腳并包含適配器前后面板連線關(guān)系。

7)測(cè)試線纜建模：

構(gòu)建測(cè)試線纜模型，包含一個(gè)從適配器前面板到被測(cè)對(duì)象的連線。

8)系統(tǒng)集成：

將上述1)～7)自動(dòng)測(cè)試要素集成為一個(gè)通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，將各個(gè)模型的外部端口進(jìn)行互連完成系統(tǒng)集成。

9)驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)：

生成驅(qū)動(dòng)程序框架的功能訪問入口位于儀器建模工具中。驅(qū)動(dòng)框架支持Python和C語言。SCATS建議優(yōu)先選擇生成Python驅(qū)動(dòng)，因?yàn)镻ython驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)和調(diào)試效率明顯高于C語言。只有當(dāng)廠家只提供C語言驅(qū)動(dòng)或Python語言不能處理時(shí)，再考慮使用C語言。

使用VSCode打開生成的驅(qū)動(dòng)程序框架，在生成的函數(shù)里，編寫示例中所示儀器頻譜分析儀及射頻開關(guān)的驅(qū)動(dòng)。需要注意的是，除TP仿真不調(diào)用驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)仿真、模型仿真、物理測(cè)試均會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序，但是驅(qū)動(dòng)仿真只是調(diào)用驅(qū)動(dòng)里對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)，不需要對(duì)物理儀器進(jìn)行操作。因此在代碼中儀器驅(qū)動(dòng)初始化函數(shù)def SCATS_XXX_ Instrument_Init里增加“SimDriver”的判斷，錄入simDriver處理方式。

頻譜分析儀及射頻開關(guān)驅(qū)動(dòng)程序代碼編寫完成后，可以直接運(yùn)行來調(diào)試。將頻譜分析儀及射頻開關(guān)連接上控制計(jì)算機(jī)后，運(yùn)行編寫好的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，為其傳入給定的參數(shù)，觀察儀器是否按預(yù)期響應(yīng)。

10)TPS開發(fā)和調(diào)試：

進(jìn)行TPS的開發(fā)和調(diào)試。示例的測(cè)試需求就是控制被測(cè)對(duì)象發(fā)射一個(gè)射頻信號(hào)，然后通過頻譜儀來測(cè)量該信號(hào)的峰值幅度和頻率。

TPS開發(fā)過程如下：

1)建立測(cè)量信號(hào)(信號(hào)的引用保存在局部變量1s1中)，這是一個(gè)信號(hào)需求，需要的信號(hào)類型為SPECTRUM_TEST(如上所述)，預(yù)期的中心頻率在局部變量cFreq中定義，值為lE8Hz，然后信號(hào)屬性centerfreq引用了該變量。

2)連接測(cè)量信號(hào)，將ls1信號(hào)以單針(Series)的方式連接到被測(cè)對(duì)象的X1-1針腳。執(zhí)行該步驟后，后端的測(cè)試服務(wù)會(huì)控制開關(guān)連接，以便形成測(cè)量的信號(hào)通路。

3)通過調(diào)用一個(gè)外部的Python腳本，控制被測(cè)對(duì)象發(fā)出規(guī)定參數(shù)的射頻信號(hào)。此時(shí)信號(hào)通路上就有實(shí)際信號(hào)在運(yùn)行了。

4)等待1 s，使得信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定。

5)讀取測(cè)量值，此時(shí)會(huì)調(diào)用分配的頻譜儀的驅(qū)動(dòng)程序，完成上述信號(hào)的測(cè)量后獲得返回值，這里同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)，分別保存給兩個(gè)測(cè)試結(jié)果。

6)斷開連接，即斷開信號(hào)通路(有必要的話需要再在之前加一個(gè)調(diào)用操作，控制被測(cè)對(duì)象停止輸出射頻信號(hào))。

7)重置測(cè)量信號(hào)，使得儀器恢復(fù)到初始狀態(tài)。

TPS開發(fā)完成后，可以通過設(shè)置斷點(diǎn)，然后點(diǎn)擊“啟動(dòng)調(diào)試”工具按鈕，在“模型仿真”模式下進(jìn)行仿真調(diào)試。點(diǎn)擊調(diào)試信息下的“停止/關(guān)閉調(diào)試”工具按鈕，則當(dāng)前調(diào)試過程停止并且調(diào)試信息面板關(guān)閉，表明支持停止調(diào)試功能。

由以上示例可知，SCATS軟件將TPS開發(fā)與測(cè)試工作站中的儀器進(jìn)行隔離，真正實(shí)現(xiàn)了面向信號(hào)的測(cè)試目的。TPS最終呈現(xiàn)為是一個(gè) XML文件的集合，對(duì)于其他基于ATML 標(biāo)準(zhǔn)定義的TPS開發(fā)軟件具有很好的可移植性和可擴(kuò)展性，且純中文代碼界面，使得TPS代碼的可讀性強(qiáng)，測(cè)試邏輯清晰明了。

3 結(jié)束語

結(jié)合機(jī)載電子系統(tǒng)故障診斷的特點(diǎn)，本文介紹了一款基于ATML標(biāo)準(zhǔn)的面向信號(hào)的TPS開發(fā)軟件—SCATS。其在機(jī)載電子系統(tǒng)通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備研制過程中的應(yīng)用包括系統(tǒng)建模、信號(hào)建模、模塊建模、測(cè)試工作站建模、被測(cè)對(duì)象建模、適配器建模、測(cè)試線纜建模、系統(tǒng)集成、驅(qū)動(dòng)開發(fā)及調(diào)試、TPS開發(fā)及調(diào)試等。通過生成的ATML描述文檔，實(shí)現(xiàn)被測(cè)對(duì)象信息描述，測(cè)試信號(hào)描述，測(cè)試路徑描述，測(cè)試策略描述，故障診斷模型描述，測(cè)試結(jié)果記錄、顯示，故障診斷結(jié)果記錄、顯示等信息的交互，從而實(shí)現(xiàn)通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的通用化設(shè)計(jì)。

應(yīng)用結(jié)果表明，SCATS軟件采用純中文開發(fā)界面，測(cè)試程序集采用無代碼開發(fā)，軟件界面友好、可讀性強(qiáng)，大大降低了測(cè)試程序集開發(fā)人員的技術(shù)門檻，內(nèi)置信號(hào)模型豐富可滿足現(xiàn)代機(jī)載電子系統(tǒng)測(cè)試需求，具有開發(fā)速度快、故障定位準(zhǔn)確、通用性和可移植性好等特點(diǎn)。