王伶俐 許炎義 郭 躍 郭 凱

(海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

TPS開發(fā)環(huán)境通用性的研究與設計*

王伶俐 許炎義 郭 躍 郭 凱

(海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

武器維修設備采用自動化測試系統(tǒng)的研制模式的背景下,文章結合TPS開發(fā)環(huán)境通用性的特點提出了四個關鍵技術。這些技術為解決武器裝備維修中存在的問題提供了一個很好的解決途徑。

通用性; 信息共享; 儀器互換性; 可移植性

ClassNumberTP311

1 引言

在科學技術高度發(fā)展的今天,隨著軍事裝備的復雜性的提高,對測試系統(tǒng)提出了越來越高的要求。測試項目和測試范圍不斷擴展,對測試速度和精確度的要求也與日俱增。因此,傳統(tǒng)的人工檢測維護手段已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化武器系統(tǒng)支持保障的要求。在這種背景下,軍用的自動測試系統(tǒng)就應運而生,各國都投入大量的資金和人力進行研究。據(jù)報道,目前測試成本已達到研制裝備成本的50%,有的甚至達70%,而且編制測試程序花費的時間比系統(tǒng)設計所花費的時間長得多。鑒于自動測試系統(tǒng)的開發(fā)成本和時間問題,我國部分武器裝備的維修設備已經(jīng)向通用自動測試系統(tǒng)方向發(fā)展,部分裝備的維修設備已經(jīng)采用“通用測試平臺+專用適配器+TPS(Test Program Set,TPS)程序集”的模式進行研發(fā)。

目前,我軍武器裝備維修還存在一些問題:各級維修單位之間武器裝備測試信息通常不能互聯(lián)互通;各級維修單位交叉測試結構的重復建設和投資相對較大,且不能對武器裝備在不同階段的狀態(tài)進行監(jiān)控;對維修設備的測試與診斷是分開進行的,工作量相對較大;國外先進武器裝備引進數(shù)量增加,這些設備電器結構相對復雜,很難進行實時測控;武器裝備向高數(shù)字化、高集成化方向發(fā)展,傳統(tǒng)的激勵-響應模式的測試信息結構已經(jīng)不能完全適應數(shù)字化設備的測試過程?？紤]到目前武器裝備維修存在的這些問題,我們對TPS開發(fā)環(huán)境的通用性進行了深入的研究,并提出了幾個關鍵技術。

2 TPS開發(fā)環(huán)境通用性的特點

通用性是一個相對的概念,通用的測試環(huán)境的設計開發(fā),必須詳細地分析被測對象的具體測試需求[1]。通用的測試環(huán)境所具有的主要特點是:

1)開放式、標準化的軟件體系結構。為集成測試數(shù)據(jù)、測試策略和需求、測試步驟、測試結果管理和測試系統(tǒng)實現(xiàn)提供了整體系統(tǒng)結構。

2)測試信息共享。測試信息共享包括測試數(shù)據(jù)、測試資源數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等信息的交換與共享。

3)測試儀器可互換性。儀器型號更換或升級后,不影響原有TPS的使用。

4)TPS可移植性。實現(xiàn)TPS與測試儀器無關,可以在不同的ATE平臺間進行傳遞。

3 關鍵技術分析

3.1 基于ABBET標準體系結構

ABBET[2](A Broad Based Environment for Test)是IEEE標準協(xié)調委員會20(SCC20)擬定的用于自動測試系統(tǒng)研制的標準,旨在使自動測試系統(tǒng)的開發(fā)規(guī)范化并降低成本。它所提供的不是一個已做成的軟件系統(tǒng),而是一套完整的、分層次的軟件標準集合,為集成各種設計數(shù)據(jù)、測試策略與需求、測試過程、測試結果管理及測試系統(tǒng)實現(xiàn)而規(guī)范了一個復合環(huán)境。

ABBET是用于產(chǎn)品測試領域的軟件接口標準的集合,其意圖是使從測試信息到測試實現(xiàn)的過渡更為方便。定義這些軟件接口標準,是為了支持軟件組件的可移植性、可重用性、互換性、互操作性,并使之成為測試相關軟件開發(fā)工具的最終目標[3]。ABBET軟件體系標準框架如圖1所示。

圖1 ABBET軟件體系標準框架結構

該體系主要是專注于產(chǎn)品測試領域的標準化框架。標準化框架允許測試應用和工具能夠在實現(xiàn)于ABBET框架服務之上的異構平臺中得到支持。

3.2 基于ATML實現(xiàn)測試信息的共享

ATML(Automatic Test Markup Language)是由IEEE標準委員會下設的測試信息集成分子委員會發(fā)布的自動測試標準語言ATML[4]。ATML標準的作用范圍是:為了在自動測試系統(tǒng)各部分之間共享信息,ATML定義了一個標準的交換中間件。這些共享的信息包括:測試數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),這個中間件即為可擴展標記語言(XML)。ATML通過對多個XML模式進行定義,將TPS相關信息逐類進行分離,如將測試資源信息劃分為被測對象、適配器、工作站、儀器資源、測試描述、測試結果、配置信息、公共信息等幾大部分分別加以描述,每部分都可以導出符合ATML標準的XML文件,這種資源描述和測試過程描述相分離的模式,保持了各類信息的獨立性,實現(xiàn)了測試信息在產(chǎn)品全壽命周期內測試資源共享。

3.3 基于IVI實現(xiàn)測試儀器的互換性

為進一步提高儀器驅動程序的執(zhí)行性能,達到真正的儀器互換性。1998年成立了IVI(Interchangeable Virtual Instruments,可互換式虛擬儀器)基金會,為儀器驅動制定了一套新的儀器驅動程序標準,使應用程序可以實現(xiàn)完全獨立于硬件和接口,提高了儀器驅動程序的執(zhí)行效率。

IVI的核心思想是“互換性”,IVI規(guī)范的核心是設備驅動程序庫。該程序庫將所有設備的驅動程序分成示波器、萬用表、信號源、開關、電源、函數(shù)發(fā)生器、信號源、頻譜分析儀、功率表等八大類,并規(guī)定了與每一類儀器通訊的標準編程接口。因為規(guī)定一個唯一的標準接口來保證所有同類儀器都能正常工作是不現(xiàn)實的。IVI規(guī)范將每類儀器驅動程序分為基本能力和擴展屬性兩部分。前者定義了同類儀器中95%以上的儀器設備所有的能力與屬性,后者則定義了每種儀器的許多特殊的功能與屬性。IVI結構模型如圖2所示。

圖2 IVI結構模型

測試程序通過儀器的邏輯名調用分類驅動程初始化函數(shù)。IVI引擎通過邏輯名稱檢查IVI配置文件,以確定某一具體儀器,動態(tài)地調用具體儀器驅動程序。通過標準COM端口與儀器建立會話連接,并將會話句柄返回給分類驅動程序。分類驅動程序的其他函數(shù)通過該句柄發(fā)送儀器控制命令和接收數(shù)據(jù),這些函數(shù)同樣由IVI引擎映射到具體儀器驅動程序的函數(shù),以完成對硬件儀器的I/O操作[5],通過這個過程實現(xiàn)對可互換儀器的控制。儀器更換后,只要修改配置文件的信息,使程序中的邏輯名指向新的儀器和儀器驅動程序,就可方便地實現(xiàn)儀器可互換需求。

3.4 基于IEEE1641標準實現(xiàn)TPS的可移植性

目前,測試領域內存在兩種不同的測試程序開發(fā)模式:一種是面向儀器的測試,另一種是面向信號的測試。面向儀器的測試由測試程序直接控制儀器的動作來完成測試,是緊耦合開發(fā)模式;面向信號的測試將對測試資源的需求映射成對信號激勵/測量的需求,通過資源管理器的分配和定位,驅動測試儀器完成測試任務,是模塊化,松耦合開發(fā)模式。直接面向虛擬儀器調用測試資源,其缺點是系統(tǒng)往往不能涵蓋所有儀器和新的功能,從而使TPS的可移植性和儀器互換性受到限制;而信號的類型是有限的,可以涵蓋所有儀器,不怕新的儀器種類出現(xiàn),這是它的優(yōu)勢所在。

因此測試信號的分類建模研究顯得猶為重要。一個好的測試信號模型,有利于實現(xiàn)測試系統(tǒng)的“層次化、標準化、模塊化”的要求;有利于從根本上解決TPS的可移植性。

IEEE1641是關于信號與測試定義的標準[6]。它是從ATLAS 2K中脫離出來的,最初的目的是提取出基于IEEE716標準中C/ATLAS中“有用”的信號。實際上IEEE 1641建立的信號描述框架,不但實現(xiàn)了既定目標,而且在信號復用、不同層次的信息描述能力、新技術的支持上表現(xiàn)得更有活力[7]。

圖3是IEEE1641標準的層次結構模型[8],每一層和它的功能都在該段中描述。每一層都建立在上一層所定義的項目上。上層可以使用任何低于該層次中定義的項目,同時每層也不必對其下層中的項目進行完整定義。

圖3 IEEE1641標準的層次結構模型

分析了ATLAS標準中關于信號分類存在的弊端,結合該標準結構層的不同功能,對信號進行重新分類,提出了建立信號模型的基本思想:首先完成基本信號模型的構建,以組件的形式封裝,然后通過對基本組件對象的調用,完成復雜信號建模。基于該標準的信號組件,為開發(fā)基于信號的測試程序奠定了基礎,為TPS可移植性的實現(xiàn)提供了途徑。

4 一種通用TPS開發(fā)環(huán)境的設計與實現(xiàn)方案

以下介紹一種面向信號的通用TPS開發(fā)環(huán)境的設計方案,用于某型武器系統(tǒng)中修設備自動測試和診斷維修的需要。

通用測試環(huán)境的設計與測試標準體系的建設相輔相成。按照ABBET標準體系架構,TPS開發(fā)環(huán)境主體框架設計如圖4所示。其中資源管理器和具體儀器信號驅動均為標準接口定義下的COM組件[9],而信號組件是獨立的COM組件。

· 資源需求與策略:提供了測試的策略、需求和測試設備數(shù)據(jù)等信息,目的是產(chǎn)生高效的測試程序和可靠的數(shù)據(jù),進行故障診斷推理和建立測試診斷知識庫。

· 信號組件庫[10]:每個信號組件對應一種信號,信號類型定義參考STD標準和工程實踐,其功能是存儲客戶程序輸入的信號信息,供具體儀器信號驅動調用;存儲測試結果,供應用程序調用。

· 接口標準:定義面向信號儀器驅動各接口標準,供其他組件調用。

· 資源管理器:應用程序和具體儀器信號驅動的中間層,用于檢索儀器信號描述XML文件,查找合適的儀器,創(chuàng)建具體儀器信號驅動。

· 儀器信號驅動:測試功能的實現(xiàn)者,通過封裝底層儀器驅動函數(shù),完成具體儀器信號測試功能。

基于某型武器系統(tǒng)的TPS開發(fā)測試流程如下:

1)首先獲取被測對象的資料,然后對其功能、性能指標進行分析,總結出被測對象的測試信息需求。

2)測試程序輸入信號需求,信號組件存儲輸入的信號信息。

3)測試程序與測試接口進行連調。資源分配器訪問每臺儀器的XML文件,將測試程序輸入的信號信息與儀器信號能力相比較,檢索得到所需測試儀器。

4)資源管理器根據(jù)檢索到的儀器創(chuàng)建具體儀器信號驅動。

5)儀器信號驅動器控制儀器,完成測試功能。

5 結語

實踐證明,通過采用ABBET標準體系結構、ATML技術實現(xiàn)資源共享、IVI實現(xiàn)儀器互換、1641標準實現(xiàn)TPS可移植性所構建的TPS開發(fā)環(huán)境可以從根本上改善測試儀器的可互換性,有效地提高TPS的可移植性?；谠摐y試環(huán)境所構建的自動測試系統(tǒng)可以有效地提高裝備維修保障的效率和維修保障的標準化、自動化水平,節(jié)省了維修時間和經(jīng)費,具有顯著的軍事價值和經(jīng)濟效益。

[1]沈震,戴英俠,楊江平.自動測試設備軟件平臺通用性的研究與設計[J].計工程與應用,2005(9):229-232.

[2]袁銳.基于ABBET的通用自動測試系統(tǒng)軟件平臺研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學,2007,6:34-36.

[3]IEEE Standards Coordinating Conunittee20. IEEE Trial-Use Standard for Abroad — Based Environment for Test(ABBET)[S]. IEEE,1999:14-15.

[4]IEEE. IEEE St d 1671. IEEE Trial-Use Standard for Automatic Test Markup Language(A TML)for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML[S].2006.

[5]李毓輝,郭群山,周雄偉.一種自動測試系統(tǒng)軟件平臺的設計[J].微計算機信息,2005,21(5):143-144.

[6]IEEE Std 1641. Signal & Test Definition[S]. IEEE,2004.

[7]芶新禹,肖明清,夏銳.面向自動信號測試系統(tǒng)資源適配器接口設計研究[J].電測與儀表,2007(9):52-55.

[8]嚴英強,楊鎖昌.IEEE1641標準及發(fā)展[J].儀表技術,2007(7):57-58.

[9]潘愛民.COM原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2005.

[10]戴豪民,牛雙誠,張光軼.面向信號自動測試系統(tǒng)信號組件的設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術,2009(4):60-62.

GeneralityAboatTPSDevelopmentEnvironment

WANG Lingli XU Yanyi GUO Yue GUO Kai

(School of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

In the context of the development mode aboat weapons and equipment maintenance using automated test system, the characteristics of TPS development environment is combined to present four key technologies. These technologies provide a good solution for solving the problems existing in weapon equipments maintenance.

generality, information sharing, instrument interchangeability, transferability

2013年10月21日,

:2013年11月30日

王伶俐,女,碩士研究生,研究方向:海軍電子裝備的管理與使用。許炎義,男,教授,碩士生導師,研究方向:海軍電子裝備的綜合保障。郭躍,男,碩士研究生,研究方向:海軍電子裝備的綜合保障展。郭凱,男,碩士研究生,研究方向:信號與信息處理。

TP311DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.04.042