自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的通用性研究

1．前言
ATS的發(fā)展經(jīng)歷了從專用型向通用型的轉(zhuǎn)變。早期的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要針對(duì)具體的被測(cè)對(duì)象型號(hào)或系列。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛應(yīng)用，致使各種武器裝備的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，種類不斷增多。武器裝備復(fù)雜性的提高，使得檢測(cè)設(shè)備的數(shù)量與種類也越來(lái)越多。這些設(shè)備互不兼容，缺乏互操作性，測(cè)試資源重復(fù)配置、利用率低。給武器裝備的技術(shù)保障及機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)的實(shí)施帶來(lái)了許多困難。因此，近十幾年來(lái)，通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成為主流。

2．ATS的通用性屬性
通用性描述了ATS的一種屬性，這種屬性可使TPS（測(cè)試程序集）在另一型ATS上運(yùn)行并順利完成UUT（被測(cè)裝備）測(cè)試及故障診斷。通用ATS注重于采用公共的測(cè)試資源去適應(yīng)不同的測(cè)試需要，可以大大提高ATS的測(cè)試覆蓋范圍，提高系統(tǒng)間的兼容能力。通用性設(shè)計(jì)還可以將測(cè)試資源充分利用，降低維修費(fèi)用。以美國(guó)海軍的CASS(聯(lián)合自動(dòng)化支援系統(tǒng))為例，它采用了通用性的設(shè)計(jì)思想，使美國(guó)海軍原有的九十多個(gè)中間級(jí)電子設(shè)備綜合測(cè)試站減少到了五個(gè)，并可在世界范圍內(nèi)滿足倉(cāng)庫(kù)、場(chǎng)站和基地級(jí)測(cè)試維修等多方面的使用需要。

通用ATS系統(tǒng)分為通用系統(tǒng)硬件和通用系統(tǒng)軟件兩部分。通用系統(tǒng)硬件包括人機(jī)接口資源、激勵(lì)源、測(cè)量?jī)x器、開(kāi)關(guān)資源以及UUT對(duì)應(yīng)的接口組成。通用系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)平臺(tái)、儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)和測(cè)試程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。ATS系統(tǒng)通用性實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是系統(tǒng)及系統(tǒng)間硬件及軟件接口的標(biāo)準(zhǔn)化。包括系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、軟件結(jié)構(gòu)及軟件基礎(chǔ)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、TPS編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化以及系統(tǒng)信號(hào)接口的標(biāo)準(zhǔn)化等。

3．系統(tǒng)通用性的硬件的實(shí)現(xiàn)
硬件方面，通用測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是使ATE（自動(dòng)測(cè)試裝備）本身資源配置最大化，能夠覆蓋各種UUT的測(cè)試需求。不同的武器裝備的測(cè)試需求差別很大，但如果能根據(jù)ATS的裝備情況及UUT的測(cè)試需求，在費(fèi)用合理、系統(tǒng)規(guī)模合理的情況下是可以求得UUT測(cè)試需求并集的。在求得UUT測(cè)試需求并集的的情況下，配以相應(yīng)的卡式儀器及其它設(shè)備，即可搭建系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。此外，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通用性，硬件設(shè)計(jì)與集成過(guò)程應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的適應(yīng)性和擴(kuò)展能力，并采用標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試集成方式，不僅要定義標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)接口，而且對(duì)測(cè)試系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的布局、開(kāi)關(guān)系統(tǒng)與測(cè)試資源的連接、測(cè)試系統(tǒng)的接地與屏蔽、可靠性與安全性設(shè)及等關(guān)鍵技術(shù)都要制定嚴(yán)格的規(guī)范。

3．1系統(tǒng)的硬件組成
一般而言，通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件平臺(tái)組成如圖1所示，主要包括：測(cè)試控制器、激勵(lì)資源、檢測(cè)資源、開(kāi)關(guān)系統(tǒng)與信號(hào)接口裝置。測(cè)試控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中各種激勵(lì)資源、檢測(cè)資源和開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的自動(dòng)配置，并決定其工作方式、狀態(tài)、功能和參數(shù)，控制測(cè)試信號(hào)的通道選擇與切換。測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)單元的信號(hào)交聯(lián)則是通過(guò)信號(hào)接口裝置實(shí)現(xiàn)[1]。

圖1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成

3．2信號(hào)接口裝置的通用性設(shè)計(jì)
UUT和ATE的接口問(wèn)題一直是通用ATS開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通用性，ATE上的測(cè)試接口需采用針對(duì)多種被測(cè)單元的通用接口，測(cè)試資源不直接與被測(cè)對(duì)象UUT相連，而是通過(guò)連接器—適配器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。連接器連接測(cè)試資源；適配器連接UUT設(shè)備，適配器和連接器之間通過(guò)插座接口實(shí)現(xiàn)互連。檢測(cè)不同的測(cè)試對(duì)象只要更換相應(yīng)的接口適配器即可完成測(cè)試。

在適配器內(nèi)部封裝了信號(hào)調(diào)理模塊，可完成對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、提供電子負(fù)載、分配測(cè)試資源等功能。適配器結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)被測(cè)對(duì)象的測(cè)試需求，選擇合適的適配器插槽與測(cè)試資源對(duì)接。

3．3開(kāi)關(guān)系統(tǒng)在通用ATS中的設(shè)計(jì)
開(kāi)關(guān)系統(tǒng)在通用ATS中實(shí)現(xiàn)被測(cè)單元接口與測(cè)試資源間的連接與通道切換，借助開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，ATS設(shè)計(jì)者可以充分利用有限的測(cè)試資源滿足被測(cè)單元測(cè)試信號(hào)完備性需求，同時(shí)，開(kāi)關(guān)系統(tǒng)是ATE系統(tǒng)中信號(hào)連接的樞紐，開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的性能直接影響ATE的指標(biāo)和功能。因此，開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置是ATE硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

首先，對(duì)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的選取要根據(jù)測(cè)試信號(hào)的種類和參數(shù)，根據(jù)不同信號(hào)的信號(hào)頻帶、耐壓和電流等的承載能力等選取相應(yīng)的射頻開(kāi)關(guān)、功率開(kāi)關(guān)等。其次，采用模塊化可擴(kuò)展的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)，不僅可以方便的擴(kuò)大開(kāi)關(guān)系統(tǒng)規(guī)模，而且可以使開(kāi)關(guān)系統(tǒng)向上兼容，有助于實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)TPS的可移植性和互操作性。最后，選用具有開(kāi)放商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)模塊。具有開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品貨源多元化，品種系列化，維護(hù)和升級(jí)方便，有利于開(kāi)關(guān)系統(tǒng)選型和對(duì)未來(lái)的技術(shù)支持。

4．系統(tǒng)通用性的軟件的實(shí)現(xiàn)
軟件的可移植性與互操作性和儀器的可互換性是測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通用性的重要方面。為了實(shí)現(xiàn)軟件的上述功能，必須建立標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口。軟件接口是提供信息共享、信息交換的統(tǒng)一接口，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程虛擬資源到真實(shí)資源的映射。軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化的研究是真正實(shí)現(xiàn)測(cè)試程序集的可移植性和儀器的可互換性的關(guān)鍵技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件通用性的關(guān)鍵技術(shù)。

4.1功能接口                     

為了實(shí)現(xiàn)測(cè)控軟件的通用化、系列化，首先軟件要與硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，根據(jù)硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定軟件所涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最后考慮軟件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)測(cè)控軟件的各種功能。根據(jù)上述測(cè)試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，提出了標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口——功能接口的概念。功能接口是一套封裝了虛擬儀器具體功能的細(xì)節(jié)，對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)功能接口的函數(shù)庫(kù)和配置工具的軟件包。功能接口將所有的儀器（最小集合是測(cè)試系統(tǒng)中的儀器）可實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分類，忽略各個(gè)儀器的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，比如數(shù)字萬(wàn)用表與A/D模塊測(cè)量電壓的功能接口是一樣的，具體調(diào)用哪個(gè)儀器操作視接口的連接而定，而且不需要進(jìn)行儀器的初始化、建立回話連接等輔助過(guò)程。功能接口的核心是儀器控制、接口映射及狀態(tài)緩存，其主要任務(wù)是將測(cè)試流程所描述的功能映射為具體的控制過(guò)程[3]。

功能接口可分為功能層、邏輯層、儀器操作層、接口配置文件及接口配置工具五個(gè)部分。（圖略）

功能層是整個(gè)結(jié)構(gòu)的最高層，面向測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的最終用戶。功能層不用出現(xiàn)任何與儀器有關(guān)的信息，描述的都是有關(guān)測(cè)試流程及結(jié)果判定的過(guò)程；

邏輯層根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試儀器資源、信號(hào)轉(zhuǎn)接通道控制模型及信號(hào)轉(zhuǎn)接通道配置的描述，將功能層的功能映射到具有邏輯名稱的儀器和通道，該邏輯名可以指向測(cè)試系統(tǒng)中一臺(tái)特定設(shè)備，當(dāng)該儀器模塊更換時(shí)，只需改變邏輯名的指向?yàn)樾滦驮O(shè)備即可，因此邏輯層不包含儀器地址、具體會(huì)話等信息，具備儀器無(wú)關(guān)性；

儀器操作層利用儀器驅(qū)動(dòng)程序或隨儀器模塊提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)控制硬件的所有操作；

接口配置工具用于交互式配置測(cè)試資源、信號(hào)轉(zhuǎn)接控制元件及接口映射關(guān)系等信息，建立測(cè)試儀器功能模型及信號(hào)轉(zhuǎn)接通道控制模型，并將個(gè)模型的描述信息存儲(chǔ)在配置文件中，供測(cè)試功能接口使用；

接口配置文件存儲(chǔ)的是測(cè)試儀器功能模型及信號(hào)轉(zhuǎn)接通道控制模型的信息，包括測(cè)試資源信號(hào)端口及通道、電氣連接關(guān)系、信號(hào)轉(zhuǎn)接通道具備的操作功能、操作儀器應(yīng)具備的其他附加條件等。

基于功能接口技術(shù)的測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)方案的主要思想是，在測(cè)試流程與具體儀器之間建立功能接口，將儀器控制與測(cè)試程序完全隔離，即測(cè)試流程面向UUT接口信號(hào)，不進(jìn)行直接面向儀器的操作。采用基于功能接口技術(shù)，可以有效的實(shí)現(xiàn)測(cè)試程序集的可移植性和儀器的可互換性，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的通用性。

4．2儀器的封裝
在提出了功能接口的基礎(chǔ)上，對(duì)相應(yīng)的測(cè)試儀器進(jìn)行封裝，是實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)通用性必不可少的步驟。對(duì)測(cè)試儀器的封裝又分為兩種：對(duì)開(kāi)關(guān)資源的封裝及對(duì)測(cè)試資源的封裝。

4．2．1對(duì)開(kāi)關(guān)資源的封裝
對(duì)開(kāi)關(guān)資源的封裝主要為了自動(dòng)實(shí)現(xiàn)測(cè)試通道的切換、控制相應(yīng)的通道自動(dòng)連接和斷開(kāi)。在前面的功能接口描述中，用戶在開(kāi)發(fā)測(cè)試系統(tǒng)完成測(cè)試通道配置時(shí)會(huì)生成相應(yīng)的配置文件，配置文件里對(duì)所建立的通道有完整的描述。為此，對(duì)開(kāi)關(guān)資源的封裝主要時(shí)完成對(duì)配置文件的解釋過(guò)程。下面，是在LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)環(huán)境下對(duì)某自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)關(guān)資源的封裝。共封裝了三個(gè)函數(shù)，儀器的初始化、關(guān)閉及通道配置部分代碼如下：
void switchinit( )
{
  ViSession     vichannel;
  ViSession     vipower;
  pipx40_init ("PXI2::15::INSTR", 0, 0,&vipower);
jdz201_init ("VXI::16::INSTR", VI_FALSE, VI_FALSE, &vichannel);
}
//儀器初始化
void switchcloset( )
{
  jdz201_close (vichannel);
pipx40_close (vipower);
}
//儀器關(guān)閉
void switchencapsulation(char *startpoint, char *terminalpointchar *filename,Boolean state)
{
  point=strstr(itemname,"PSWITCH");
if(point!=NULL)
{
        if(point[8]<=9 && point[8]>=0)
        strncpy(switchnumber,&point[8],1);
        if(point[9]<=9 && point[9]>=0)
          strncat(switchnumber,&point[9],1);
          Fmt(&intswitchnumber, "%d<%s",switchnumber);
          powerchannel=intswitchnumber;
          if(state)
            statepower=1;
          else
            statepower=0;
          pipx40_setChannelState (vipower, 1,powerchannel,statepower);
      }
//判斷相應(yīng)的開(kāi)關(guān)通道并閉合或斷開(kāi)
其中，第三個(gè)函數(shù)中的參數(shù)分別為一條通道的起點(diǎn)、終點(diǎn)、配置文件的路徑及開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。通過(guò)上面的三個(gè)函數(shù)及相應(yīng)的配置文件，即完成了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中通道配置的問(wèn)題。

4．2．1對(duì)測(cè)試儀器的封裝

雖然測(cè)試任務(wù)千變?nèi)f化，但不論多么復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)，其測(cè)試信號(hào)的種類是有限的，主要包括直流電壓、交流電壓、電流、頻率、頻譜、功率等。因此，在建立儀器控制函數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步封裝測(cè)試功能通用函數(shù)，供測(cè)試程序調(diào)用，即可完成測(cè)試程序的可讀性及可移植性。如對(duì)測(cè)量頻率的函數(shù)封裝包括以下三個(gè)函數(shù)，儀器初始化、儀器關(guān)閉及頻率測(cè)量。儀器的初始化及關(guān)閉同開(kāi)關(guān)資源，頻率測(cè)量函數(shù)如下：

void measure_fre(int channel, ViReal64 *fre, double triggerLevel, double signal)
此函數(shù)的功能是測(cè)量頻率，其參數(shù)分別為通道號(hào)、測(cè)量結(jié)果變量、觸發(fā)電平及被測(cè)信號(hào)頻率標(biāo)稱值。按此方法，即可完成對(duì)大部分常見(jiàn)信號(hào)的封裝?？梢允瓜到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)面向信號(hào)的軟件平臺(tái)，從而有效的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通用性。

5．結(jié)論
本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：提出了硬件接口及功能接口的概念，提出并實(shí)現(xiàn)了面向信號(hào)的通用測(cè)試系統(tǒng)的儀器封裝。

實(shí)現(xiàn)ATS的通用性，盡量減少裝備技術(shù)保障設(shè)備的數(shù)量及種類，是提高經(jīng)濟(jì)及軍事效益的有效途徑。通過(guò)對(duì)硬件及軟件兩個(gè)方面通用性關(guān)鍵技術(shù)的研究，為實(shí)現(xiàn)ATS的通用性，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。