范書義，姜會霞，魏保華，王 成

(軍械工程學院，石家莊 050003)

?

ATML測試資源與測試需求自動匹配方法研究

范書義，姜會霞，魏保華，王 成

(軍械工程學院，石家莊 050003)

基于ATML測試描述文檔自動生成測試程序過程中，關鍵是實現測試資源與測試需求的自動匹配;首先對ATML測試描述文檔中測試能力、測試需求、開關、端口、能力與資源的映射等基本數據元素的表示方法進行分析研究，定義了與其對應的C++數據類型;然后在研究圖論相關理論的基礎上，分析了描述文檔中測試路徑的表示方法，確定了采用鄰接矩陣表示測試路徑的方法;最后，在以上研究的基礎上，提出了以稀疏矩陣和單鏈表為基礎的測試能力與測試需求匹配算法，實現了測試能力與測試需求的自動匹配;該算法在實際測試程序開發(fā)中得到了應用，結果表明該算法能夠實現基于ATML描述文檔的測試資源與測試需求自動匹配，并能極大提供測試程序開發(fā)效率。

ATML；測試資源；測試需求；自動匹配

0 引言

在基于自動測試標記語言(automatic test markup language, ATML)中的測試描述文檔自動生成測試程序過程中，需要判定一個給定的測試系統(tǒng)能否對指定的UUT進行測試。如果測試系統(tǒng)有能力對指定的UUT進行測試，還需要確定具備測試能力的測試儀器與被測UUT的之間是否有正確的線纜連接。

文獻[1]和文獻[2]通過分析UUT Description文檔、Instrument Description文檔、Test Adapter文檔和Test Description文檔，以確定測試系統(tǒng)中配置的儀器是否滿足測試需求。雖然兩篇文獻提供的方法都可以確定測試系統(tǒng)是否具有某種能力，但均未涉及測試能力到被測UUT端口之間的映射，因此不能判斷測試能力與測試需求之間是否存在測試通路，即不能判斷測試能力是否能夠連接到指定的UUT測試端口。

1 ATML中的能力和測試需求描述

1.1 ATML能力

ATML中“能力(Capabilities)”[3]的概念與日常生活中能力概念有所不同，因為它既包含硬件的測試能力，又包含測試需求。實際上可以這樣理解ATML中的能力，它能以某種方式將測試項目映射到測試儀器或測試系統(tǒng)上，使得可以確定一個測試系統(tǒng)是否能執(zhí)行指定的某項測試。為了與日常生活中的概念相一致和便于描述，后面文章中提到的能力僅僅指測試硬件提供的測試能力，而不包含測試需求，而文中提到的測試需求指測試UUT時需要測試系統(tǒng)提供的測試能力。

ATML通過對測試儀器可產生或可測量的信號的描述來表示測試儀器的能力，通過對需施加給UUT的激勵信號或需測量的UUT響應信號的描述來表示測試需求。

描述ATML能力需要的信息包括[4]：

● 需要產生的信號;

● 信號之間的同步;

● 信號施加的位置;

● 測試系統(tǒng)的拓撲結構;

● 測試系統(tǒng)中每種測試儀器可產生的信號的類型、精度;

● 測試系統(tǒng)中每種測試儀器可測量的信號的類型、精度。

1.2 描述能力的主要元素

在描述ATML能力時，用到的主要元素包括連接器(Connector)、針腳(Pin)、端口(Port)、線纜連接(Wire list)和資源(Resource)，為了便于理解，首先對這些概念進行介紹。

連接器指硬件(如UUT、儀器、測試適配器、測試平臺等)的物理實體，如RS232口、D型口等。端口是一個邏輯實體，它指的是可以映射到一個或一組信號的抽象接口，信號可以流入或流出端口，端口只是表示邏輯上的接口和接口信號的存在。連接器、針腳和端口之間的關系如圖1所示。

圖1 連接器、端口和針腳

圖1中J1為連接器，J1包含14個針腳，分為3個端口P1、P2和P3(注意：這里的端口是第二種類型的端口)。

資源指一個邏輯實體，表示儀器的內在能力。在ATML中，儀器能力是通過一組資源來描述的。一個儀器可以包含一個或多個資源，而一個資源也可以對應一個或多個能力。ATML中資源只是作為一個邏輯實體實現信號到端口的映射，并且它還可以定義對信號的約束以及同一個儀器中不同能力之間的關系。

線纜連接用于描述ATS組件間的互連信息，可以提供信號在ATS中的連接路徑。線纜連接除了包含硬件之間的靜態(tài)連接之外，還包括針對每項具體測試的測試路徑線纜連接，利用這些信息可以生成測試圖。

1.3 儀器能力和ATML測試需求描述

ATML對儀器能力的描述是通過以下步驟實現的：

1)定義儀器物理接口；

2)定義儀器能力，主要部分為信號定義；

3)定義資源；

4)將能力映射到資源；

5)將資源接口連接到儀器接口。

通過以上步驟就可以將儀器的物理接口與信號連接在一起。

ATML提供了TestDescription.xsd模式文檔來描述測試需求。ATML中的測試需求的主要部分是在ATML測試描述文檔中利用IEEE Std 1641中定義的信號描述的。ATML支持以下測試需求信息的描述：

● 信號類型，如AC_SIGNAL；

● 信號角色，包括Source、Sensor或Monitor；

● 測量、監(jiān)視或控制的信號屬性，如直流電壓等；

● 信號屬性值的范圍、分辨率、精度；

● 信號同步關系；

● 與UUT針腳的信號連接。

2 ATML測試資源能力與測試需求的匹配算法

2.1 測試設備與UUT間的互連

要實現ATE對特定UUT的測試，需要將UUT連接到測試系統(tǒng)中，大多數情況下還需要使用ITA來匹配ATE和UUT的連接。ATE、ITA和UUT的連接示例如圖2所示。

圖2 ATE、ITA和UUT之間的互連

圖2中的UUT有兩個連接器J1和J2，這兩個連接器及其針腳信息在ATML UUT描述文檔中定義。ITA有3個連接器J1、J2和J3，這3個連接器及其針腳信息在ATML測試適配器描述文檔中定義。ATE有一個連接器J1，它在測試平臺描述文檔中定義。連接ITA和UUT的兩根電纜，以及ATE、ITA和UUT的連接都是在ATML的WireLists描述文檔中定義的。

此外，WireLists模式文檔中還定義了元素TestWireList，該元素用于定義TestDescription文檔描述的每項測試的信號激勵和測量路徑[5]。該元素可用于生成測試程序的測試圖，測試圖可以提供從測試平臺儀器到UUT端口的完整路徑。

2.2 基本數據結構定義

根據ATML能力描述，可以判斷ATML描述的測試系統(tǒng)是否能夠對UUT進行測試，其中包含對測試路徑的判斷。但ATML文檔作為一種半結構化的數據表示方式，檢索非常不方便且處理速度慢。而在匹配ATML資源能力與測試需求時，需要用到大量的檢索操作，所以直接訪問XML格式的ATML文檔顯然不是一個合理的選擇。所以需要將它們換成計算機方便檢索的數據存儲結構，以方便計算機處理。

2.2.1 連接器、端口、資源、針腳和物理接口

連接器、端口、資源、針腳和物理接口是具有關聯(lián)關系的，根據這些數據描述文檔的特點，宜采用struct類型表示，它們的定義及其關系如圖3所示(篇幅所限，圖中沒有給出每個struct類型的數據域名稱和類型)。

圖3 連接器、端口、資源、針腳和物理接口

2.2.2 信號和能力

ATML中的能力表示采用了IEEE Std 1641中定義的信號。IEEE Std 1641中基本信號組件庫(BSC)和測試信號框架庫(TSF)中Signal元素的定義分別如圖4和圖5所示。

圖4 BSC中的信號定義

圖5 TSF中的信號定義

比較兩圖可以看出，這兩個庫中信號的結構類似，所以可以定義一個統(tǒng)一的信號類型Signal表示這兩個庫中的信號，通過綜合分析各種數據類型的特點和程序開發(fā)要求，將其定義為union類型比較合適，這樣可以將所有信號統(tǒng)一用一個union類型定義即可，簡化了數據類型的種類，方便了使用。

這些類型之間的關系如圖6所示。無論是描述儀器、測試平臺或測試適配器的能力，還是描述測試需求中的信號需求描述，只要是符合IEEE Std 1641規(guī)范，都可以采用上面定義的能力類型來表示。

2.2.3 能力、資源和儀器端口間的映射

能力、資源和儀器端口間的映射關系也需要相應的數據結構表示，由于能力和資源之間、資源和儀器端口之間是多對多的映射關系，并且能力和資源之間的映射可以有多種含義，因此數據結構不但要表示能力與資源之間的關聯(lián)，還要表示關系的具體含義。

圖6 信號類型和能力類型

刺葡萄（Vitis davidii Foex.）[1]是一種野生葡萄，屬于被子植物門（Magnoliphyta），雙子葉植物綱（Dicotyledoneae），葡萄目 （Vitales），葡萄科 （Vitaleae，Vine Family），葡萄屬 （Vitis），真葡萄亞屬（EuVitis），東亞種群。刺葡萄是福建省寧德市福安市的特產，是國家農產品地理標志保護產品。福安市穆云畬族鄉(xiāng)葡萄產業(yè)帶以溪塔刺葡萄溝為主產地，遍及虎頭、玉林、高嶺等16個村，面積400多hm2，年產量逾7 500多t，是農業(yè)三大主導產業(yè)之一[2]。

ATML中能力、資源和儀器端口之間的映射采用了XML的XPath表達式，XPath采用類似于Window操作系統(tǒng)文件目錄的表示方式。能力與資源之間的映射可以采用鄰接矩陣[6]的方式進行存儲，矩陣中值為1的位置表示對應的能力和資源有關聯(lián)關系。典型萬用表的各種能力和對應的萬用表資源的鄰接矩陣如表1所示。

從表1可以看出，表中的許多元素都為空，表明該矩陣是稀疏矩陣，這也說明一個能力端口只和一個或少數幾個資源端口之間有關聯(lián)關系，對于稀疏矩陣來說，沒有哪一種存儲結構是最好的，應結合稀疏矩陣的具體情況來選擇存儲結構[7-8]。結合測試系統(tǒng)實際應用情況，選擇CSR存儲需要19個存儲單元，如下所示：

存儲A中值為1的元素的列坐標數組C={1,3,9,11,2,4,5,7,10,12,6,8,13,14}。

存儲A中每一行在數組C中起始元素序號的數組R={1,5,11,14,14}。

為了表示關聯(lián)之間的具體含義，需要將表示矩陣的數組元素定義為struct類型，利用其中的數據域指明能力和資源之間的關系。實際上，只需區(qū)分當一種能力對應多種資源時，能力是否占用資源即可。

與此類似，資源與儀器端口之間的映射，測試平臺、適配器內部線纜連接，ATE、ITA和UUT間的連接及測試項目的測試通路同樣適宜采用稀疏矩陣進行存儲。

2.2.4 開關

自動測試系統(tǒng)中，為了復用測試儀器，不可避免地要使用開關。開關拓撲可根據復雜程度分成三類：簡單繼電器開關、多路開關和矩陣開關[9]。

無論對于哪種類型的開關，其針腳數量和可能的連接數量都是不確定的，所以定義的開關數據結構應能適應這種要求。因此，可以采用C++支持的標準模板庫(standard template library，STL)中的vector容器來存儲針腳和可能的連接。最終定義的兩種開關數據結構的類C++代碼如下所示。

表1 能力、資源鄰接矩陣

typedef struct _switch_pin_conn{//定義開關兩針腳的連接結構

string conn_description; //連接說明

string pin_from;

string pin_to;

}switch_pin_conn;

typedef struct _switch{ //簡單繼電器開關

vector pin;

vector pins_conn; //存儲開關節(jié)點的連接狀態(tài)

……

}switch;

矩陣開關有可以是單線或多線矩陣開關，可將多線矩陣開關看作是多個單線矩陣開關。有的多路開關模塊可以配置成多種模式，如果在測試系統(tǒng)中使用了多種配置方式，應將不同的配置方式看作是不同的資源。

typedef struct _matrix_switch{//矩陣開關

vector rows;

vector cols;

vector pins_conn; //存儲當前開關節(jié)點的連接狀態(tài)

……

}matrix_switch;

2.3 能力與測試需求匹配算法

定義數據結構之后，還要根據數據結構設計合適的算法來實現ATML中描述的能力與測試需求之間匹配。能力與測試需求之間匹配的目的是要檢查測試系統(tǒng)提供的測試能力是否能夠滿足測試需求。如果測試系統(tǒng)不能滿足UUT的測試需求，則表示該測試系統(tǒng)不能對指定UUT進行測試，系統(tǒng)應給出相應的提示，并停止測試程序的生成過程。

能力與測試需求的匹配包含兩方面的內容，一是能力的判斷，即測試系統(tǒng)提供的測試能力是否滿足UUT的測試需求。二是路徑的判斷，即滿足UUT測試需求的能力與測試需求之間是否存在線纜連接。如果能力不能滿足測試需求或不存在測試路徑，則表明測試系統(tǒng)提供的測試能力與UUT的測試需求不匹配，否則表示測試系統(tǒng)提供的測試能力與UUT的測試需求匹配，測試系統(tǒng)能夠對指定的UUT進行測試。

能力與測試需求匹配算法描述如下：

步驟1：檢查測試系統(tǒng)的ATML描述文檔是否完整，如不完整，則提示并退出程序；

步驟2：建立表示測試能力與資源、資源與儀器端口或測試設備端口之間映射關系的鄰接矩陣。從測試平臺描述文檔、測試適配器描述文檔、儀器描述文檔、儀器實例文檔中提取這些信息；

步驟3：建立表示ATE、ITA和UUT之間連接關系的鄰接矩陣，以及測試項目測試通路鄰接矩陣。從WireLists描述文檔中提取這些信息；

步驟4：建立測試系統(tǒng)能力鏈表capLists和UUT測試需求鏈表reqLists。從測試平臺描述文檔、測試適配器描述文檔、儀器描述文檔、儀器實例文檔、測試描述文檔中提取這些信息；

步驟5：對于reqLists中的每一個測試需求req，根據線纜連接中測試項目線纜連接查找鏈表capLists中對應的測試能力cap；

步驟6：如果不能找到滿足當前req的測試能力，則返回匹配不成功，程序退出；

步驟7：如果找到了滿足當前測試需求req的測試能力cap，則返回匹配成功，程序退出。

以上步驟中關鍵的兩點是判斷測試能力能否滿足測試需求和查找能力映射到的物理端口與測試需求物理端口之間的物理通路。

測試能力能否滿足測試需求的判斷比較簡單，此處不再贅述。能力映射到的物理端口與測試需求物理端口之間的物理通路實際上構成了一個圖，所以可以應用離散數學中圖論[10]的相關知識來考察測試能力到測試需求間的可達路徑。文獻11討論了幾種常見的由鄰接矩陣求圖的可達矩陣[10]算法，也就是圖中任意兩個頂點之間是否存在通路的算法，其中效率最高的是Warshall算法。

3 結論

本文結合ATML測試描述文檔及測試程序自動生成的相關要求，定義了ATML文檔中相應元素的數據存儲結構。在此基礎上，結合圖論相關知識設計了測試能力與測試需求的匹配算法。該算法在我院研制的通用機電檢測平臺測試程序自動生成過程中得到了應用，節(jié)約測試程序開發(fā)時間成本達70%，體現出了巨大優(yōu)勢，證明了算法的有效性和正確性。本文提出的匹配算法也可以為其它類似研究提供方法指導。

[1] John Ralph.A proposed comprehensive architecture utilizing the automatic test Markup language (IEEE 1671 and 1636.1)[A].IEEE AutoTestCon[C]. 2007：179-185.

[2] Pirker-Frühauf A.A knowledge-based test program following the ATML Standard [A]. IEEE AutoTestCon.[C]. 2009：195-199.

[3] IEEE Std 1671-2010.Standard for Automatic Test Markup Language (ATML) for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML[S].2011,01.

[4] IEEE Std 1671.2.Trial-Use Standard for Automatic Test Markup Language (ATML) for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML: Exchanging Instrument Descriptions[S]. 2008,12.

[5] IEEE Std 1671.5.Trial-Use Standard for Automatic Test Markup Language (ATML) for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML, Exchanging Test Adapter Information[S]. 2008,12.

[6] 嚴蔚敏,吳偉民.數據結構(C語言版)[M].北京：清華大學出版社,2007.

[7] 張永杰,孫 秦.稀疏矩陣存儲技術[J].長春工業(yè)大學學報,2006,29(3)：38-41.

[8] Smailbegovic F, Georgi N. Vassiliadis G S.Sparse matrix storage format [J]. Journal of Signal Processing Systems,2005(4)：445-448.

[9] 測試系統(tǒng)信號開關[EB/OL]. http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/988-8627CHCN.pdf. 2005.

[10] 耿素云,屈婉玲.離散數學[M].北京：北京大學出版社,2003.

[11] 王欣欣,李金保.關于由鄰接矩陣求可達性矩陣的方法[J].吉林化工學院學報,2005,22(4)：89-93.

Study of Test Resources and Test Requirements Automatic Matching Method in ATML

Fan Shuyi, Jiang Huixia, Wei Baohua, Wang Cheng

(Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

In the process of test program automatic generation based on ATML test description documents, the key is to realize the automatic matching of test resources and test requirements. Firstly, the basic data elements, such as ATML test ability, test requirement, switch, port, capability and resource mapping, are analyzed, and the corresponding C++ data types are defined. Then, based on the theory of graph theory, the representation method of the test path is analyzed, and the adjacency matrix is used to represent the test path. Finally, on the basis of above research, a test capabilities and test requirements matching algorithm based on sparse matrix and single linked list is proposed. The automatic matching of test capabilities and test requirements is realized. The algorithm has been applied to the development of real test program. The result shows that the algorithm can realize the automatic matching of test resource and test requirements based on ATML description documents. It also can greatly improve the efficiency of the test program development.

ATML, test resource, test requirements, automatic matching

2015-11-19；

2015-12-14。

國家自然科學基金青年科學基金項目(61501493)。

范書義(1974-)，男，河北靈壽人，博士，講師，主要從事自動測試系統(tǒng)方向的研究。

1671-4598(2016)06-0008-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.06.002

TP391

A