余 進(jìn) ，劉奇鲙，向 洋

（中國(guó)電子科技集團(tuán)第29研究所 四 川 成 都 6 10036）

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究工作可以追溯到二十世紀(jì)五十年代甚至更早一些，經(jīng)歷了第一代專用測(cè)試系統(tǒng)、第二代積木式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和第三代模塊化自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。但隨著被測(cè)對(duì)象復(fù)雜度的提高，產(chǎn)品測(cè)試量的不斷加大，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（Automatic Test System,ATS）的結(jié)構(gòu)體系越來(lái)越龐大[1，3]。 僅依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)組建和驗(yàn)證的方法執(zhí)行過(guò)程繁雜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大型測(cè)試系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)間和方案優(yōu)化的要求，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試程序集就成為復(fù)雜系統(tǒng)與設(shè)備可靠運(yùn)行的保證。

但是傳統(tǒng)的測(cè)試程序集往往面向儀器設(shè)備進(jìn)行開發(fā)，與自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的構(gòu)成直接相關(guān)。測(cè)試程序集與測(cè)試資源以及所采用的對(duì)應(yīng)測(cè)控技術(shù)的高度藕合，使得自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可移植能力差、維護(hù)費(fèi)用高、缺乏系統(tǒng)間的互操作性、難以升級(jí)和擴(kuò)展等諸多不足[2，4]。因此面向信號(hào)的軟件結(jié)構(gòu)將是通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展方向。

本文提出的測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建提供了一種較大粒度二進(jìn)制可重用信號(hào)服務(wù)部件，使得測(cè)試程序中只包含針對(duì)被測(cè)對(duì)象各端口的信號(hào)激勵(lì)和測(cè)試要求,而具體的儀器設(shè)備選擇、通道路由等則在自動(dòng)測(cè)試軟件運(yùn)行時(shí)根據(jù)信號(hào)配置文件完成，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽象化激勵(lì)/測(cè)量信號(hào)與隱藏真實(shí)資源控制之間的匹配。與傳統(tǒng)的直接面向儀器設(shè)備的方法相比,測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)將解決自動(dòng)測(cè)試程序?qū)唧w儀器設(shè)備的依賴問(wèn)題,當(dāng)更改資源時(shí)不需要對(duì)原有的測(cè)試程序作任何更改,實(shí)現(xiàn)了測(cè)試程序集的可移植性和通用性。本文提出的測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)是一種新型的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，將有效地縮短開發(fā)周期，降低費(fèi)用。

1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通用支持平臺(tái)設(shè)計(jì)思想

1.1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前主流的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(如圖 1)一般都采用自制測(cè)試設(shè)備和COTS(商用貨架產(chǎn)品：commercial off-the-shelf)臺(tái)式儀器來(lái)構(gòu)建，它兼顧人工產(chǎn)品調(diào)試，可以極大地降低整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的組建、開發(fā)、維護(hù)、替換和升級(jí)的成本[5-7]。

圖1 主流自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成示意圖Fig.1 Structure of mainstream automatic test system components

隨著各類測(cè)試技術(shù)不斷演進(jìn)，通過(guò)軟件定義的模塊化測(cè)試系統(tǒng)是未來(lái)自動(dòng)測(cè)試發(fā)展的趨勢(shì)。但如果測(cè)試程序集處理不當(dāng)，勢(shì)必造成TPS與具體采用的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備高度相關(guān)，測(cè)試序列中的激勵(lì)、數(shù)據(jù)采集、處理、分析、顯示、存儲(chǔ)過(guò)程與儀器設(shè)備類型、接口連接關(guān)系、各類程控技術(shù)等耦合度極高

自動(dòng)測(cè)試的實(shí)質(zhì)是激勵(lì)與測(cè)量，激勵(lì)與測(cè)量的主體則是UUT(被測(cè)對(duì)象：Unit Under Test)的各類信號(hào)，自動(dòng)測(cè)試過(guò)程中ATE的資源配置與使用等各環(huán)節(jié)的工作都是圍繞信號(hào)來(lái)展開的。如果自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)以分層方式進(jìn)行分解,將位于此結(jié)構(gòu)最上層的TPS編程對(duì)象變?yōu)閁UT的輸入輸出信號(hào)，TPS與ATE的無(wú)關(guān)性就可以實(shí)現(xiàn)，即TPS與測(cè)試資源及所采用的對(duì)應(yīng)測(cè)控技術(shù)相互隔離[8-10]。

進(jìn)一步，我們可以基于信號(hào)建立一套完整、有效的測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)，此平臺(tái)以信號(hào)接口的形式對(duì)外提供測(cè)試服務(wù)，將ATE的測(cè)試資源進(jìn)行了模型化處理。通過(guò)測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)，TPS只描述被測(cè)對(duì)象的信號(hào)特征及測(cè)試流程,對(duì)測(cè)試功能的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了虛擬化處理,不包含對(duì)各類測(cè)試資源的操作和控制,因此當(dāng)ATE變化時(shí)測(cè)試程序不需要任何修改,滿足了測(cè)試程序重用性要求，為TPS的可移植性提供了前提條件。平臺(tái)對(duì)外的開放性信號(hào)服務(wù)接口更使其適合于通用ATS的開發(fā)，可有效地縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)、維護(hù)費(fèi)用。另一方面，測(cè)試資源在測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)的統(tǒng)一控制也使測(cè)試資源的信息化集中管理成為可能。

1.2 通用支持平臺(tái)設(shè)計(jì)原則

基于以往ATE軟件模塊庫(kù)開發(fā)的成果及經(jīng)驗(yàn)做繼承性開發(fā)，調(diào)用其較為成熟的模塊化非直接耦合軟構(gòu)件進(jìn)行更高層級(jí)的平臺(tái)設(shè)計(jì)。作為實(shí)現(xiàn)TPS與ATE無(wú)關(guān)的關(guān)鍵性技術(shù)，平臺(tái)開發(fā)過(guò)程中應(yīng)充分保證其可擴(kuò)充性和內(nèi)部組件的可替換性，最終使平臺(tái)支撐未來(lái)面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化[11-12]。

1)平臺(tái)設(shè)計(jì)原則

實(shí)用性：采用參數(shù)化、服務(wù)化等技術(shù)，支持靈活多變的功能需求；平臺(tái)充分考慮使用人員的使用習(xí)慣，為其提供靈活的功能服務(wù)；提供實(shí)用、合理的服務(wù)功能塊，平臺(tái)做到實(shí)用化，靈活方便；

可靠性：從多方面進(jìn)行可靠性的考慮。平臺(tái)使用集中的管理模塊和集中的數(shù)據(jù)處理，對(duì)平臺(tái)的整體管理和可靠進(jìn)行控制，這種機(jī)制不僅能定義數(shù)據(jù)的可靠性，而且能定義應(yīng)用級(jí)的穩(wěn)定性；

高效性：整個(gè)平臺(tái)必須具有較高的運(yùn)行效率，針對(duì)不同的處理邏輯采用相應(yīng)技術(shù)和不同的優(yōu)化策略；

可配置性：慎重考慮平臺(tái)將來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，針對(duì)平臺(tái)將來(lái)的維護(hù)和擴(kuò)展需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于將來(lái)的平臺(tái)維護(hù)和擴(kuò)展，盡量做到滿足2/8原則，即80%的維護(hù)需求由配置完成，20%的維護(hù)需求由定制完成；

可替換性：平臺(tái)所包含的子系統(tǒng)間、各模塊間，應(yīng)當(dāng)具備高內(nèi)聚、非直接耦合的特點(diǎn)，平臺(tái)將采用分層架構(gòu)模型，將視圖、邏輯、數(shù)據(jù)分開，對(duì)各個(gè)層次的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行屏蔽，有利于平臺(tái)在各個(gè)層次上的分別替換，同時(shí)采用相關(guān)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作進(jìn)行封裝，屏蔽具體數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，有利于降低數(shù)據(jù)庫(kù)替換時(shí)的工作量；

規(guī)范性和統(tǒng)一性：平臺(tái)滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

2)接口設(shè)計(jì)原則[13-14]

為了保證整個(gè)平臺(tái)內(nèi)部以及今后平臺(tái)與外部方便、可靠地連接，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的規(guī)范性、開放性、擴(kuò)展性、功能獨(dú)立性，接口定義遵循如下原則：

①使用簡(jiǎn)單、快捷的方式實(shí)現(xiàn)接口；

②充分考慮接口所涉及的自動(dòng)測(cè)試各種應(yīng)用擴(kuò)展情況，使之能靈活滿足各種功能服務(wù)需求；

③接口數(shù)據(jù)傳輸控制策略可靠且完善；

④具有可靠的接口數(shù)據(jù)出錯(cuò)處理機(jī)制。

⑤應(yīng)充分考慮可靠性、適用性，不影響平臺(tái)整體性能。

2 測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 通用支持平臺(tái)的建模

測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)是未來(lái)自動(dòng)測(cè)試軟件分層架構(gòu)中的核心部分，它對(duì)測(cè)試資源編程接口進(jìn)行“二次封裝”,將帶有信號(hào)產(chǎn)生/測(cè)量功能的信號(hào)代理封裝成一個(gè)COM組件，對(duì)外是一個(gè)可通過(guò)圖形化配置的抽象測(cè)試資源服務(wù)層。它把信號(hào)產(chǎn)生/測(cè)量功能作為基本抽象化單位,隱含了具體測(cè)試資源的操作和控制，幾乎所有的編程開發(fā)環(huán)境都可通過(guò)其開放的資源服務(wù)接口，僅與測(cè)試流程有關(guān)的面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試程序開發(fā)。平臺(tái)的信號(hào)代理組件對(duì)外隔離了測(cè)試資源頻繁訪問(wèn)與控制的過(guò)程細(xì)節(jié)，隱藏了相關(guān)測(cè)控技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)了TPS與具體ATE的無(wú)關(guān)性，從而降低了自動(dòng)測(cè)試程序的開發(fā)難度，增強(qiáng)了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的健壯性和可重用性[15-16]。測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)模型及功能定位如圖 2所示。

圖2 平臺(tái)模型及功能定位Fig.2 Platform model and functional orientation

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)根據(jù)資源配置（激勵(lì)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)的邏輯名、相關(guān)儀器資源能力或具體型號(hào)、儀器設(shè)備的初始化狀態(tài)、接插面板及儀器設(shè)備的連接信息等）進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試資源裝配，測(cè)試程序集對(duì)激勵(lì)信號(hào)或被測(cè)信號(hào)的屬性和行為更改映射到抽象的測(cè)試資源服務(wù)層，就是隱藏的高效率儀器設(shè)備程控、開關(guān)切換以及接口數(shù)據(jù)采集處理。對(duì)相應(yīng)測(cè)試資源的每一次操作，資源控制模塊自動(dòng)向資源管理模塊動(dòng)態(tài)匯報(bào)，方便其他信息系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)查詢各類測(cè)試資源狀態(tài)。測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)品測(cè)試指標(biāo)報(bào)錯(cuò)時(shí)，可方便地調(diào)用故障診斷資源把當(dāng)前信號(hào)送入故障推理機(jī)，在知識(shí)經(jīng)驗(yàn)庫(kù)匹配故障現(xiàn)象與解決措施，直接指導(dǎo)生產(chǎn)線員工進(jìn)行調(diào)試。全部測(cè)試完畢后，通過(guò)測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)資源，自動(dòng)將報(bào)表文檔統(tǒng)一上傳至過(guò)程文檔數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 平臺(tái)組成與構(gòu)造

測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)由信號(hào)代理模塊、資源控制模塊、資源管理模塊、故障診斷模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)模塊、平臺(tái)維護(hù)管理模塊組成，其中信號(hào)代理模塊與資源管理模塊決定了系統(tǒng)中各種軟構(gòu)件間如何相互作用，實(shí)現(xiàn)信號(hào)代理到資源控制的映射，對(duì)外屏蔽了系統(tǒng)對(duì)象間關(guān)系的復(fù)雜性。信號(hào)代理模塊為自動(dòng)測(cè)試程序開發(fā)人員提供了基于測(cè)試流程的面向信號(hào)的編程接口。資源控制模塊是“即插即用”資源，封裝了對(duì)各種儀器設(shè)備、故障診斷資源及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)資源的控制，它對(duì)信號(hào)代理模塊提供服務(wù)接口。

1)信號(hào)代理模塊

信號(hào)代理模塊對(duì)自動(dòng)測(cè)試軟件開發(fā)人員提供易用的編程接口，不涉及任何具體測(cè)試資源操作。信號(hào)代理模塊為用戶提供了對(duì)激勵(lì)信號(hào)或被測(cè)信號(hào)的屬性和行為進(jìn)行詳細(xì)描述的方法，包括信號(hào)類型、值范圍、精度、屬性等。根據(jù)這些信息，信號(hào)代理模塊利用資源管理模塊在運(yùn)行時(shí)刻獲得可提供相應(yīng)服務(wù)的資源控制模塊，并調(diào)用資源控制模塊服務(wù)完成一系列測(cè)試操作或診斷。其中信號(hào)產(chǎn)生組件有信號(hào)設(shè)置函數(shù)、信號(hào)生成函數(shù)等;信號(hào)測(cè)量組件有測(cè)量設(shè)置函數(shù)、信號(hào)測(cè)量函數(shù)、獲取測(cè)量值函數(shù)等。

2)資源控制模塊

資源控制模塊對(duì)儀器設(shè)備、開關(guān)矩陣、故障診斷資源、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)等軟硬件測(cè)試資源進(jìn)行控制操作，是基于驅(qū)動(dòng)對(duì)資源服務(wù)功能的軟件封裝。資源控制模塊對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)功能接口，通過(guò)對(duì)各種測(cè)試資源的一系列操作實(shí)現(xiàn)對(duì)一種或數(shù)種信號(hào)的激勵(lì)、測(cè)試、診斷過(guò)程。

3)資源管理模塊

資源管理模塊對(duì)外提供可視化配置工具，對(duì)UUT各類信號(hào)及其路徑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的描述。方便用戶設(shè)置激勵(lì)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)的邏輯名、相關(guān)儀器資源能力或具體型號(hào)、儀器設(shè)備的初始化狀態(tài)、接插面板及儀器設(shè)備的連接信息、路徑衰減補(bǔ)償?shù)?。其中，信?hào)邏輯名是信號(hào)的外部別名，方便軟件開發(fā)人員通過(guò)測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)進(jìn)行面向信號(hào)的程序編寫。最終生成的配置文件將指導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試資源裝配及內(nèi)部映射機(jī)制。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，資源管理模塊統(tǒng)一動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)收集所使用的各類測(cè)試資源的狀態(tài)，使得其它信息系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)開放接口，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)儀器設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與記錄查詢統(tǒng)計(jì)的功能。

4)故障診斷模塊

故障診斷模塊為調(diào)試人員提供各種信號(hào)監(jiān)測(cè)、處理、分析工具，方便生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品故障分析與定位。故障現(xiàn)象及對(duì)應(yīng)處理措施統(tǒng)一匯總于知識(shí)經(jīng)驗(yàn)庫(kù)，為故障診斷推理機(jī)提供故障判別基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，匹配的解決措施直接指導(dǎo)生產(chǎn)線員工進(jìn)行調(diào)試。

5)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)模塊對(duì)外隱藏復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，簡(jiǎn)化統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)資源操作。它提供文檔存儲(chǔ)功能服務(wù)接口，方便自動(dòng)測(cè)試報(bào)表等產(chǎn)品過(guò)程文檔快速上傳與調(diào)閱。其中，可通過(guò)瀏覽器在線瀏覽這些文檔將是它的一個(gè)功能亮點(diǎn)。

6)平臺(tái)維護(hù)管理模塊

維護(hù)、管理測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)。

3 平臺(tái)測(cè)試效果

測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)上線后，自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域有如下改善：

今后的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)將有一個(gè)統(tǒng)一規(guī)范的軟件開發(fā)分層架構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了自動(dòng)測(cè)試軟件開發(fā)，并提高了軟件的可靠性與質(zhì)量。平臺(tái)對(duì)外的開放性信號(hào)服務(wù)接口更使其適合于通用ATS的開發(fā)，可有效地縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)、維護(hù)費(fèi)用；

儀器設(shè)備類型、接口連接關(guān)系的變更不需要改變自動(dòng)測(cè)試程序本身，通過(guò)平臺(tái)可視化工具適當(dāng)修改測(cè)試資源配置即可；

隨著測(cè)控技術(shù)的不斷發(fā)展，替換“即插即用”的資源驅(qū)動(dòng)即可適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)全新的軟硬件環(huán)境。老自動(dòng)測(cè)試程序不需更改就可具備新技術(shù)的注入能力，一定程度保障了以往測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)的資金投入；

與各類儀器設(shè)備及通信接口有關(guān)的測(cè)試技術(shù)日新月異，對(duì)應(yīng)的編程方式也不斷更新?lián)Q代。自動(dòng)測(cè)試軟件開發(fā)人員仍然是面向信號(hào)的編程，并不需要都去花費(fèi)精力理解新的理念、掌握新的開發(fā)模式，簡(jiǎn)便、快速開發(fā)出一類產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)才是他們工作的第一要?jiǎng)?wù)；

由于自動(dòng)測(cè)試程序沒(méi)有粘連測(cè)試資源的控制過(guò)程，僅與激勵(lì)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)有關(guān)，很容易實(shí)現(xiàn)TPS的復(fù)用、重構(gòu)、擴(kuò)充和裁減；

隨著知識(shí)經(jīng)驗(yàn)庫(kù)的不斷積累，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，將不僅僅提供性能指標(biāo)測(cè)試和合格判斷，將有能力進(jìn)一步集成產(chǎn)品故障診斷功能，直接指導(dǎo)生產(chǎn)線員工進(jìn)行調(diào)試；

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具備將測(cè)試報(bào)表上傳至統(tǒng)一的過(guò)程文檔數(shù)據(jù)庫(kù)的能力，使得上層信息系統(tǒng)能夠在線調(diào)閱測(cè)試數(shù)據(jù)，滿足對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)可查及歷史可追溯的需求；

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，統(tǒng)一將所使用的各類測(cè)試資源的狀態(tài)進(jìn)行反饋，使得今后的信息化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)儀器設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與記錄查詢統(tǒng)計(jì)的功能。

4 結(jié)論

通過(guò)本文提出的測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)，TPS只需描述被測(cè)對(duì)象的信號(hào)特征及測(cè)試流程,其對(duì)信號(hào)產(chǎn)生與測(cè)量的具體資源層實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了虛擬化處理,實(shí)現(xiàn)了TPS與具體ATE的無(wú)關(guān)性，測(cè)試資源的統(tǒng)一控制也使各類資源的信息化集中管理成為可能。該平臺(tái)可以為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建提供了一種較大粒度二進(jìn)制可重用信號(hào)服務(wù)部件，同時(shí)也是一個(gè)系統(tǒng)集成構(gòu)架，用于各種支持COM技術(shù)的軟件開發(fā)環(huán)境。平臺(tái)對(duì)外的開放性信號(hào)服務(wù)接口更使其適合于通用ATS的開發(fā)，可有效地縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)、維護(hù)費(fèi)用。

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