摘要：實現(xiàn)儀器可互換性和TPS重用性、可移植性是通用自動測試系統(tǒng)（ATS）的發(fā)展方向。論述了ATLAS 2K語言和IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)的特點、結(jié)構(gòu)和技術(shù)實現(xiàn)。給出了一種基于信號接口的自動測試系統(tǒng)軟件的設(shè)計方法。這一方案融合了當(dāng)前正在發(fā)展的各種測試系統(tǒng)軟件的設(shè)計技術(shù)，為通用ATS設(shè)計提供了技術(shù)實現(xiàn)途徑。

自動測試系統(tǒng)（ATS，Automatic Test System）是裝備形成戰(zhàn)斗力的重要保證，儀器的可互換性和測試程序集（TPS，Test Program Set）的重用性、可移植性是通用ATS的重要指標(biāo)。當(dāng)前，ATS軟件的開發(fā)方式有“面向儀器”和“面向信號”兩種，面向儀器的TPS開發(fā)基于儀器，很難從本質(zhì)上反映被測設(shè)備測試需求，加上儀器種類繁多，功能各異，因此很難實現(xiàn)互換，軟件通和性差；面向信號的開發(fā)方式基于被測對象（UUT，Unit Under Test）的測試需求和測試資源的測試/激勵能力，解決了需求與供應(yīng)之間的矛盾，通用性強(qiáng)。應(yīng)用在ATS中的軟件技術(shù)經(jīng)歷了過程編程語言（如C）、Windows DLL、面向?qū)ο缶幊蹋∣O）、組件對象模型（COM）的漫長發(fā)展過程。COM采用面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計思想，以標(biāo)準(zhǔn)接口提供功能調(diào)用，實現(xiàn)了程序的模塊化、通用性設(shè)計。近期出現(xiàn)的ATLAS 2K（Abbreviated Test Language for All System 2000版本）語言和IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)均基于COM技術(shù)，二者結(jié)合，給通用ATS軟件設(shè)計提供了解決方案。

1 ATLAS 2K

1962年，為了描述UUT的測試需求，美國的ARINC（Aeronautical Radio Incorporation）公司開始發(fā)展ATLAS（Abbreviated Test Language for Avionics System）語言，并于1968年定下ARINC Std 416-1標(biāo)準(zhǔn)。ATLAS獨立于測試設(shè)備，提供了一種在UUT工程師、TPS開發(fā)人員和TPS最終用戶之間明確傳送信息的方式。ATLAS用標(biāo)準(zhǔn)信號和基于事件的表達(dá)方式描述UUT的測試需求，通過編譯器，這些描述代碼可在指定的ATS上執(zhí)行。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著技術(shù)更新的加快和測試需求的增長，ATLAS暴露出了很多問題，比如：更新速度慢；開發(fā)工具昂貴；ATLAS體系龐大、模糊等。這一切限制了ATLAS的進(jìn)一步發(fā)展。ATLAS 2K是由Test Description Sub-Committee of SCC 20在ATLAS的基礎(chǔ)上制訂的新標(biāo)準(zhǔn)，它采用SMML（Signal and Method Modeling Language）語言和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，給ATLAS語言減了肥，優(yōu)化了程序結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了對UUT測試需求描述的準(zhǔn)確性；并且可在任何支持COM技術(shù)的平臺上使用圖形工具進(jìn)行編程，簡化了程序設(shè)計。

1.1 ATLAS 2K模型

ATLAS 2K模型建立在層狀信號組件模型之上，由信號基類、基本信號組件和復(fù)合信號組件三層組成。

圖1給出了用SMML語言構(gòu)建的類名為SignalFunction的信號基類模型。SMML源于Haskell Function Language，提供了用于描述信號屬性和方法的機(jī)制，通過制定語法規(guī)則和大量預(yù)定義動作來實現(xiàn)對信號類的定義。通常情況下，信號基類包括信號輸入端（In）、事件輸入端（Sync）、信號輸出端（Out）、控制參數(shù)輸入端（屬性）、被測信號輸出端（Value）等功能接口。當(dāng)然，不同類型的信號也可以包括不同的接口，如激勵信號類可以沒有In接口、Value只對傳器信號有效等。

信號（Signal）和事件（Event）是標(biāo)準(zhǔn)化的信號類接口，組成元素包括屬性和方法。屬性標(biāo)志著信號對象的當(dāng)前狀態(tài)，如運行、暫停、停止等；方法則實現(xiàn)在狀態(tài)之間切換。

信號基類模型提供了消息（連續(xù)的為信號，離散的為事件）傳送機(jī)制，用來改變信號對象的狀態(tài)和行為。信號對象可以通過In/Sync接口接收其它對象送來的消息，也可以把消息通過Out接口傳遞給其它對象。例如，一個Ready事件可把信號對象由停止（Stop）狀態(tài)變?yōu)檫\行（Run）狀態(tài)；一個Active事件可以讓傳感器信號對象執(zhí)行數(shù)據(jù)采集操作等。

信號類經(jīng)例化后，可以仿真某些角色信號（如激勵信號、測試信號、事件調(diào)節(jié)器信號、信號調(diào)節(jié)器信息等）、UUT節(jié)點等。

ATLAS 2K模型的基本信號組件層提供了可重用、經(jīng)格式化描述的基本信號（底層信號），它們是基于COM技術(shù)的對信號類繼承、封裝并進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)物。每個基本信號組合件都存在一個靜態(tài)SMML描述和一個抽象的運行期控制模型，前者定義信號特片，后者在某一特定ATS中定義信號的行為。通過這些基本信號組件可以定義所有較高層的信號。

ATLAS 2K模型的復(fù)合信號組件庫與ATLAS的EXTEND功能類似，通過定義基本信號組件產(chǎn)生的復(fù)合信號和使用這些信號的規(guī)則，實現(xiàn)了對信號的擴(kuò)展。圖2給出了由基本信號組件1和2實現(xiàn)復(fù)合信號n的示意圖。復(fù)合信號組件可以仿真復(fù)雜信號，如射頻（RF）信號、數(shù)據(jù)總線信號等。

1.2 ATLAS 2K的工程應(yīng)用

在支持COM組件開發(fā)的編程平臺（如VC++、VB等和相應(yīng)開發(fā)工具的支持下，ATLAS 2K可應(yīng)用在“面向信號”的ATS設(shè)計中。具體應(yīng)用如下：裝配信號組件實現(xiàn)對UUT的測試需求描述，生成ATLAS 2K TPS；通過編譯器編譯后，轉(zhuǎn)變成能在ATS上執(zhí)行的代碼；在充分考慮自身時序要求和儀器功能限制的前提下，實現(xiàn)與特定ATS的集成。

下面的VB代碼給出了應(yīng)用信號組件在某一測試節(jié)點PL-1上建立和撤銷一個振幅為0.5V、頻率為1000Hz的信號的全過程。

    Dim mySig as Source

Set mySig=A2K.Require("SinusoidalVoltage") //建立信號

mySig.Amp.Units=V

mySig.Amp=0.5

mySig.Freq="1000Hz"

Set cnx=A2K.Require("OneWire") //建立節(jié)點

Cnx="PL-1"

Set cnx.in=mySig.out //連接節(jié)點

Set cnx=Nothing //節(jié)點初始化

mySig.out.Run //產(chǎn)生信號

mySig.out.Stop //撤銷信號

mySig.in=Nothing

mySig=Nothing

ATLAS 2K作為測試標(biāo)準(zhǔn)信號，實現(xiàn)了代碼重用和移植。對于新ATS，只要結(jié)合新測試資源信息，對ATLAS 2K代碼重新編譯就可在新系統(tǒng)中運行。

2 IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)

IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)是IVI基金會在IVI-MSS模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的，它對IVI-MSS的RCM進(jìn)一步封裝，以信號接口的形式對外提供測試服務(wù)。

2.1 IVI-Signal Interface模型

IVI-Signal Interface模型的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

IVI信號組件是帶有標(biāo)準(zhǔn)信號接口的IVI-MSS角色組件，通過這些接口可用一系列方法執(zhí)行信號操作，如初始化、建立、連結(jié)、更改等。它允許客戶應(yīng)用程序控制儀器設(shè)備上的物理信號，如初始化、切換等操作。下面的VB代碼給出了在地址為1的某GPIB儀器上產(chǎn)生振幅為0.5V、頻率為1000Hz的正弦信號的全過程。

Dim mySigSource as IviSignalSource

MySigSource.Init("GPIB:1:INSTR") //初始化

Dim control as ParamValSet

control.Add("Amp",0.5) //指定信號電流參數(shù)

control.Add("Freq",1.0E6,2.0) //指定信號頻率參數(shù)

mySigSource.Setup(SENSOR,"AcSignal",control)

//給定信號的角色、類型和參數(shù)，并產(chǎn)生信號

IVI信號組件控制一臺或多臺儀器產(chǎn)生客戶需要的信號，完成客戶的測試需求。它對儀器的控制是通過VISA、IVI驅(qū)動器、SCPI命令等實現(xiàn)的。程序執(zhí)行過程中，IVI信號組件需要的服務(wù)由IVI共用組件（如IVI Factory、IVI Configuration Store、IVI Event Server）提供。

測試資源信息是一個數(shù)據(jù)模塊，用來存儲IVI信號組件的測試/激勵能力和配置信息，為用戶選擇儀器、設(shè)計測試方案提供參考；同時提供程序訪問功能，實現(xiàn)測試資源的自動分配和信號路徑的切換。它提供的IVI信號組件信息包括：

（1）組件支持的信號種類；

（2）每類信號需要的參數(shù)；

（3）每類信號的量程、精確定指標(biāo)；

（4）IVI信號組件接口和儀器接口的連接關(guān)系等。

2.2 IVI-Signal Interface的信號類型標(biāo)準(zhǔn)

為了提高IVI信號組件的重用性和可移植性，組件開發(fā)者和使用者都迫切要求使用標(biāo)準(zhǔn)的接口信號信息，如信號類型、參數(shù)、物理意義等，因此信號類型的標(biāo)準(zhǔn)化問題亟待解決。IVI基金會沒有嚴(yán)格定義接口信號類型標(biāo)準(zhǔn)，這需要由面向儀器控制的用戶或其它組織來完成。在ATLAS測試語言標(biāo)準(zhǔn)中，用SMML定義了信號類型，筆者認(rèn)為可以沿用這一定義。

2.3 儀器互換問題

更換儀器后，驅(qū)動器不再是困擾系統(tǒng)更新的難題，因為測試資源信息明確地描述了IVI信號組件的功能，標(biāo)準(zhǔn)的接口語義聲明也明確地描述了組件的接口實現(xiàn)。設(shè)計人員可根據(jù)這些描述進(jìn)行新儀器的IVI信號組件開發(fā)，實現(xiàn)同樣的功能。

IVI信號組件提供了訪問綜合性儀器（Synthetic Instrument,即具備兩類或多類儀器功能的儀器或儀器集合）的功能。在滿足測試需求前提下，一個信號組件可以包含硬件儀器的部分或全部功能。這一切為儀器互換提供了廣闊的空間，不但可以實現(xiàn)同類儀器、異類儀器的互換，還可以實現(xiàn)綜合性儀器的互換。

3 基于信號接口的通用ATS軟件設(shè)計

由以上分析可知，ATLAS 2K和IVI-Signal Interface有很多相似和互補(bǔ)的功能。比如，在一個測試系統(tǒng)中，ATLAS 2K面向UUT，實現(xiàn)代碼移植和重用，而IVI-Signal Interface面向測試資源，實現(xiàn)了儀器互換；IVI-Signal Interface模型給ATLAS 2K代碼提供了執(zhí)行機(jī)制，而其也可沿用ATLAS 2K用SMML語言對信號類型定義的方法；二者均基于COM技術(shù)，提供了標(biāo)準(zhǔn)信號接口等。因此，通過信號接口集成二者，可實現(xiàn)通用ATS軟件設(shè)計。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于信號接口的通用ATS軟件結(jié)構(gòu)框架如圖4所示。

儀器信息模塊是一個文件，它記錄系統(tǒng)中所有儀器的測試功能信息，由IVI-Signal Interface模型提供。矩陣開關(guān)信息模塊和適與器信息模塊與儀器信息模塊類似，前者記錄了矩陣開關(guān)模塊的連接信息；后者記錄了適配器在UUT和矩陣開關(guān)之間的轉(zhuǎn)換信息。

ATLAS 2K TPS根據(jù)自己對UUT的測試需求的描述，從Run-Time System請求相應(yīng)的信號對象。若ATS的測試能力允許，Run-Time System開始查詢從UUT到儀器端口的連接信息，并對其進(jìn)行驗證。這一切完成后，Run-Time System開始例化IVI-Signal Interface信號組件和ATLAS 2K信號組件，執(zhí)行測試操作。

IVI-Sinal Interface組件和矩陣開關(guān)驅(qū)動器通過VISA、IVI-C、SCPI命令等控制底層儀器，在TPS執(zhí)行期間，Run-Time System應(yīng)自動完成測試資源的分配和信號路徑的切換。

綜上，基于信號接口的ATS軟件設(shè)計可描述為：通過ATLAS 2K語言，將UUT的測試需求標(biāo)定為對激勵/測量信號的需求，這個虛擬資源需求通過設(shè)備驅(qū)動器接口內(nèi)部服務(wù)機(jī)制的解釋和定位轉(zhuǎn)換成真資源，再驅(qū)動儀器完成測試任務(wù)。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

圖5給出了基于信號接口開發(fā)ATS軟件的全過程。

ATLAS 2K TPS和IVI-Signal Interface組件由COTS產(chǎn)品開發(fā)，如VB、VC++等。IVI-Signal Interface組件由系統(tǒng)方案設(shè)計者給出，由系統(tǒng)集成者使用。

使用Windows寫字板記錄測試資源信息，如設(shè)備信號、適配器信息等，并隨同IVI信號組件一同發(fā)布。

IVI-Signal Interace標(biāo)準(zhǔn)和ATLAS 2K模型在功能上是互補(bǔ)的，二者的結(jié)合給通用ATS軟件設(shè)計提供了解決方案，工程應(yīng)用前景非常廣闊。另外，二者均基于COM技術(shù)，不依賴于特定的開發(fā)工具，方便了系統(tǒng)的實現(xiàn)，節(jié)省了費用。同時，這一設(shè)計思想還可以有效地結(jié)合當(dāng)前正在發(fā)展著的VXI、PXI、IVI-COM、VISA-COM等技術(shù)，為最終實現(xiàn)儀器互換和軟件移植打下堅實的基礎(chǔ)。當(dāng)然，由于ATS設(shè)計的復(fù)雜性，有關(guān)細(xì)節(jié)仍需進(jìn)一步論證，如資源自動分配的優(yōu)化問題、信號路徑切換的選擇問題等。