楊為祿，樓紅英

(1.南京國睿安泰信科技股份有限公司，南京 210013;2.南京電子技術(shù)研究所，南京 210039)

0 引言

T/R組件自動測試系統(tǒng)的測試軟件是整個系統(tǒng)控制的靈魂[1]，良好的軟件架構(gòu)既能減少開發(fā)人員的工作量，使軟件做到高內(nèi)聚、低耦合，又能夠在后期維護(hù)中取得優(yōu)勢。T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)需求主要體現(xiàn)在以下三個方面:

1)架構(gòu)的通用、可擴(kuò)展、可維護(hù)

T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件的通用是指軟件在硬件條件滿足的情況下，無需修改或經(jīng)過較少的修改就能夠用于多個型號、多種產(chǎn)品的T/R組件測試。可擴(kuò)展性是指軟件在現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上能夠進(jìn)行功能的擴(kuò)展，以適應(yīng)需求的變化?？删S護(hù)是指軟件易于維護(hù)，功能模塊必須做到高內(nèi)聚、低耦合，也就是說軟件中某個功能模塊的損壞或更改不應(yīng)影響其他功能模塊的運(yùn)行，整個軟件還能正常工作。

2)測試儀器設(shè)備驅(qū)動程序的可互換

儀器設(shè)備中的驅(qū)動程序是測試系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，用來實(shí)現(xiàn)儀器硬件的通信和控制功能[2]，為降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，要求測試系統(tǒng)中的儀器硬件設(shè)備能夠不受生產(chǎn)廠家、型號的限制，通過系統(tǒng)軟件對配置的設(shè)備驅(qū)動程序自適應(yīng)、自匹配實(shí)現(xiàn)硬件的無縫替換與升級。

3)測試程序的可移植性、可復(fù)用

已編制的測試程序能夠移植應(yīng)用到其他測試平臺中進(jìn)行T/R組件的測試，實(shí)現(xiàn)測試程序的重復(fù)利用。

1 插件及插件系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)的系統(tǒng)，在編譯發(fā)布完成之后，系統(tǒng)就不允許或者很難進(jìn)行更改擴(kuò)充，如果要進(jìn)行某個功能的擴(kuò)充，則必須要修改代碼重新編譯發(fā)布。這種傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)給軟件的開發(fā)、測試、維護(hù)等帶來極大困難，往往軟件設(shè)計(jì)階段的耦合性控制不好就會在設(shè)計(jì)期和維護(hù)期遇到巨大的麻煩。通過引入插件技術(shù)能很好地解決該問題。

所謂的插件就是系統(tǒng)的擴(kuò)展功能模塊，這個模塊是以一個獨(dú)立文件的形式出現(xiàn)的，與系統(tǒng)是相對獨(dú)立的。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間并不知道插件的具體功能，僅僅是在系統(tǒng)中為插件留下預(yù)定的接口，系統(tǒng)啟動的時候根據(jù)插件的配置尋找插件，根據(jù)預(yù)定的接口把插件掛接到系統(tǒng)中，基于插件系統(tǒng)構(gòu)建軟件框架，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟件組件的“即插即用”;(2)在二進(jìn)制級上集成軟件，減少大量的軟件重新編譯、發(fā)布麻煩與時間;(3)能夠很好地實(shí)現(xiàn)軟件模塊的分工開發(fā)，能夠大量吸取他人的優(yōu)勢;(4)可較好地實(shí)現(xiàn)代碼隱藏，保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)。

2 SharpDevelop的原理及組成

SharpDevelop是一個使用C#開發(fā)而成的，并為用于開發(fā)C#或者VB.NET項(xiàng)目軟件而設(shè)計(jì)的編輯器軟件，是完全開源的IDE開發(fā)工具。它基于插件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)，完全通過XML配置文件進(jìn)行插接配置，是一個穩(wěn)定、可靠的插件系統(tǒng)。要基于SharpDevelop開發(fā)應(yīng)用程序架構(gòu)必須先清楚其基本組成及基本概念[3]:

1)插件(AddIn)

在SharpDevelop的概念中，插件是包含多個功能模塊的集合，而不是一個功能模塊。在文件的表現(xiàn)形式上，它是一個addin配置文件，在系統(tǒng)中對應(yīng)AddIn類。

2)插件樹(AddInTree)

SharpDevelop中的插件被組織成樹狀結(jié)構(gòu)，成為插件樹。樹的結(jié)構(gòu)是通過擴(kuò)展點(diǎn)(Extension)中定義的路徑(Path)來關(guān)聯(lián)的，類似一個文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中的每一個插件都在配置文件中指定了 Extension，通過Extension中指定的 Path掛到這棵插件樹上。在系統(tǒng)中可以通過 AddTreeSingleton對象來訪問各個插件，以實(shí)現(xiàn)插件之間的互動。

3)擴(kuò)展點(diǎn)(Extension)

SharpDevelop中的每一個插件都會被掛到AddIn-Tree中，而具體掛接到這個插件樹的哪個位置，則是由插件的Extension對象中的Path指定的。在addin配置文件中，對應(yīng)于＜Extension＞。例如下面這個功能模塊的配置:

＜Extension path = ＂/SharpDevelop/Workbench/Ambiences＂＞

＜Class id= ＂.NET＂class= ＂ICSharpCode.Sharp-Develop.Services.NetAmbience＂/＞

＜/Extension＞

指定了擴(kuò)展點(diǎn)路徑為 /SharpDevelop/Workbench/Ambiences，也就是在插件樹中的位置。

4)Codon

Codon的功能是描述(包裝)一個功能模塊(一個功能模塊對應(yīng)一個實(shí)現(xiàn)了具體功能的命令類)。為了方便訪問各個插件中的功能模塊，Codon給各種功能定義了基本的屬性，分別是功能模塊的標(biāo)識(ID)、功能模塊的類型(Name)。這個Name是addin文件定義中Codon的XML結(jié)點(diǎn)的名稱，ID才是真正的名稱，其中，Name可能是類(Class)、菜單項(xiàng)(MenuItem)、面板(Pad)等等。還是以上述定義為例:

＜Extension path = ＂/SharpDevelop/Workbench/Ambiences＂＞＜Class id= ＂.NET＂class= ＂ICSharp-Code.SharpDevelop.Services.NetAmbience＂/＞

＜/Extension＞

＜Extension ...＞ 內(nèi)部定義了一個 Codon，＜Class...＞表示該Codon是一個Class，接著定義了該Codon的 ID和具體實(shí)現(xiàn)該Codon的類名，在該示例中，類名為 ICSharpCode.SharpDevelop.Services.NetAmbience。運(yùn)行期間將通過反射來找到對應(yīng)的類并創(chuàng)建其運(yùn)行對象。

5)命令(Command)

正如前文所述，Codon描述了一個功能模塊，而每個功能模塊都是一個 ICommand的實(shí)現(xiàn)。最基本的Command是AbstractCommand，根據(jù)Codon的不同對應(yīng)了不同的 Command。例如 :MenuItemCodon對應(yīng)MenuItemCommand等等。

6)服務(wù)(Service)

插件系統(tǒng)中，有一些功能是整個系統(tǒng)都要使用的，例如:文件訪問、資源、消息等等。這些功能都作為插件系統(tǒng)的一個基本功能為整個系統(tǒng)提供服務(wù)，我們稱其為“服務(wù)”。為了便于訪問，這些服務(wù)都統(tǒng)一通過ServiceManager來管理。

3 利用SharpDevelop構(gòu)建的T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)

T/R組件是雷達(dá)的核心，各種參數(shù)的自動化測試至關(guān)重要[4]，T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件通過儀器接口總線發(fā)出各類儀器的操作命令，同時控制被測組件的狀態(tài)切換，并接收系統(tǒng)中所有儀器設(shè)備的測試數(shù)據(jù)信息，對其進(jìn)行分析處理，從而完成T/R組件參數(shù)的測試過程以及后期的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算。

從功能上對系統(tǒng)軟件進(jìn)行劃分，主要包括:(1)系統(tǒng)管理，包括用戶管理、數(shù)據(jù)庫管理和日志管理等;(2)T/R組件測試管理，包括被測件管理、測試參數(shù)管理、測試程序管理、測試結(jié)果管理、儀器驅(qū)動管理以及校準(zhǔn)參數(shù)管理。

經(jīng)過上述分析，利用SharpDevelop插件系統(tǒng)構(gòu)建T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)，其基本框圖見圖1。

圖1 T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)框圖

框架主體包括以下三部分:

1)框架基礎(chǔ)模塊

(1)插件框架核心:該模塊作為整個框架的核心，后臺調(diào)度整個軟件在后臺運(yùn)行，提供各種服務(wù)。

(2)儀器驅(qū)動接口模塊:該模塊抽象出系統(tǒng)中常用的儀器功能接口，作為后期二次開發(fā)或替換時的契約協(xié)議。T/R組件的自動測試常用設(shè)備包括:矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、脈沖發(fā)生器、脈沖調(diào)制器、測試夾具臺等[5];

(3)被測組件管理模塊功能接口;

(4)測試參數(shù)管理功能接口;

(5)測試程序接口:T/R組件的主要參數(shù)包括:接收增益和隔離度、接收輸入輸出駐波、接收幅相一致性、接收相位精度、接收衰減器精度、噪聲系數(shù)、發(fā)射輸出功率、發(fā)射駐波、發(fā)射移相器精度、發(fā)射波形參數(shù)、發(fā)射功率調(diào)節(jié)范圍、發(fā)射電流、相位噪聲、頻譜分析等[6]，按測試參數(shù)進(jìn)行抽象即可完成測試程序接口的定義。

(6)測試結(jié)果數(shù)據(jù)管理接口;

(7)校準(zhǔn)管理接口:可以根據(jù)測試校準(zhǔn)測試抽象出功率校準(zhǔn)、S21校準(zhǔn)、S12校準(zhǔn)、S11校準(zhǔn)、噪聲校準(zhǔn)等。

基礎(chǔ)功能模塊主要用于定義管理功能接口，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要擴(kuò)展不同的基礎(chǔ)功能接口定義。

2)框架主模塊

(1)啟動軟件的框架:包括了軟件的圖片資源等;

(2)軟件的主窗體及相關(guān)應(yīng)用服務(wù);

3)插件模塊

插件模塊是對基礎(chǔ)模塊中所有已經(jīng)抽象定義的功能接口的具體實(shí)現(xiàn)，其作為一個插件存在系統(tǒng)中，可以自由添加、替換，通過配置文件的配置管理，系統(tǒng)軟件在啟動時動態(tài)加載。在T/R組件自動測試系統(tǒng)中，其擴(kuò)展性及通用性主要由插件模塊的不斷更新來體現(xiàn)。

例如:儀器驅(qū)動插件庫中，可以存放管理同為信號源的不同廠家、型號的驅(qū)動庫，以插件形式存在，在需要更換儀器時，只要在配置文件中配置所使用儀器對應(yīng)的驅(qū)動即可，無需更改代碼和編譯程序，從而在框架的頂層設(shè)計(jì)時就保證了系統(tǒng)軟件的通用和可擴(kuò)展。

4 基于SharpDevelop的T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法

基于SharpDevelop構(gòu)建的T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件采用了基于“接口—插件”系統(tǒng)的原理，其開發(fā)過程實(shí)質(zhì)就是各個功能模塊插件的開發(fā)，在該軟件架構(gòu)基礎(chǔ)上開發(fā)T/R組件自動測試系統(tǒng)程序的流程如圖2、圖3所示。

T/R組件自動測試系統(tǒng)中常用的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的驅(qū)動程序的開發(fā)過程如下:

在系統(tǒng)軟件的框架基礎(chǔ)模塊中已定義矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀驅(qū)動接口InetWorkAnalysis，則新開發(fā)驅(qū)動的過程為:

1)以插件開發(fā)的方式，添加一個儀器驅(qū)動的類庫。如:

public class NetworkAnalyzerZNB8:DeviceDriver-Base.InetworkAnalyzerDriver，在此類庫中完成矢網(wǎng)驅(qū)動控制功能的實(shí)現(xiàn)后，將其編譯生成應(yīng)用程序可調(diào)用的驅(qū)動文件，其格式為動態(tài)鏈接庫，將其命名為“NetworkAnalyzerZNB8.dll”。

2)添加或修改系統(tǒng)軟件中的儀器驅(qū)動描述配置文件，其示例代碼如下:

＜Path name= ＂/Workspace/DeviceDriver/＂＞

＜DeviceDriver id= ＂NetworkAnalyzerZNB8＂

label=＂RS ZNB8 DriverModule＂version=＂1.0＂type=＂10＂description=＂create by gratten on 2014-04-27＂

class= ＂NetworkAnalyzerZNB8.NetworkAnalyzerZNB8＂/＞

＜/Path＞

在示例中，type表示的是儀器的ID號，分別代表不同類型的儀器，如電源“1”、信號源“2”、頻譜儀“3”等，以此類推。

3)系統(tǒng)軟件中調(diào)用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的驅(qū)動

T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件中驅(qū)動的調(diào)用代碼如下:

InetworkAnalyzerDriver_handlerNA;

_handlerNA=DeviceDriverSession.Instance().Get-DriverInstance(InsIDService.Ins_NetowrkAnalyzer_ID.ToString())as InetworkAnalyzerDirver;

if(_handlerNA!=null)

{

_handlerNA.Initialize();

}

else

{

MessageService.ShowError(NetworkAnalyzerDriver Initialize Faild);

return;

}

在調(diào)用過程中，對儀器驅(qū)動通過儀器ID主鍵來識別，這個ID主鍵來源于外配置文件。也就是說，軟件調(diào)用什么驅(qū)動完全取決于外部配置內(nèi)容而不是內(nèi)部代碼，這樣就很好地保證了儀器替換的有效實(shí)現(xiàn)。同理，T/R組件測試軟件的其他諸如參數(shù)測試、系統(tǒng)校準(zhǔn)等功能模塊都可以通過同樣的機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

基于SharpDevelop構(gòu)建的T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件在架構(gòu)上保證了通用、可擴(kuò)展、可維護(hù)，同時也提供了T/R組件自動測試系統(tǒng)中儀器設(shè)備替換、測試程序復(fù)用的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。雷達(dá)T/R組件自動測試程序應(yīng)用實(shí)例如圖4所示。

圖4 基于SharpDevelop開發(fā)的T/R組件自動測試系統(tǒng)軟件

5 結(jié)束語

本文參考開源IDE軟件SharpDevelop的原理及組成，介紹了如何以SharpDevelop軟件框架為基礎(chǔ)來構(gòu)建軟件的架構(gòu)，并以T/R組件自動測試系統(tǒng)程序開發(fā)流程為例，說明在此架構(gòu)下構(gòu)建的自動測試系統(tǒng)軟件程序具有更好的通用性及擴(kuò)展性。

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[2]方 鵬，趙秀才.自動測試系統(tǒng)中儀器可互換技術(shù)及其應(yīng)用[J].儀器儀表學(xué)報，2007，28(4):70-73.Fang Peng，Zhao Xiucai.Instruments exchangeability technique and its application in ATS[J].Chinese Journal of Scientific Instrument，2007，28(4):70-73.

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