朱望純，鄧志宏，蔣漢林

(1.桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，廣西 桂林 541004； 2.陸軍裝備部武漢軍代局駐八〇一廠軍代室，廣西 柳州 545012)

基于STD標(biāo)準(zhǔn)的ATS信號(hào)組件研究與設(shè)計(jì)

朱望純1，鄧志宏1，蔣漢林2

(1.桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，廣西 桂林 541004； 2.陸軍裝備部武漢軍代局駐八〇一廠軍代室，廣西 柳州 545012)

信號(hào)與測(cè)試定義(STD)標(biāo)準(zhǔn)從被測(cè)對(duì)象信號(hào)的測(cè)試需求出發(fā)，以信號(hào)的方式描述測(cè)試需求，可以為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)提供更好的程序可移植性；STD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了信號(hào)的定義與描述模型，但沒有提供具體的實(shí)現(xiàn)方法；為了從技術(shù)層面上解決測(cè)試信號(hào)參數(shù)傳遞與測(cè)試需求存儲(chǔ)問題，分析了STD標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出了基于STD標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)組件設(shè)計(jì)方案，并以信號(hào)激勵(lì)產(chǎn)生的過程介紹信號(hào)組件的交互；以交流AC_SIGNAL信號(hào)組件的構(gòu)建為例，對(duì)信號(hào)組件的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證；實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行，可為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究提供參考。

信號(hào)與測(cè)試定義標(biāo)準(zhǔn)；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；信號(hào)組件

0 引言

隨著武器裝備的不斷更新?lián)Q代，大量的新興技術(shù)被引入武器裝備，大大提高了武器的作戰(zhàn)效能，同時(shí)也使得武器裝備的測(cè)試維修工作難度加大。分析我軍武器裝備的保障現(xiàn)狀，軍用裝備ATS平臺(tái)仍然是以面向儀器開發(fā)為主，這種方式的測(cè)試程序需要根據(jù)儀器編寫，當(dāng)更換儀器時(shí)，測(cè)試程序需要重新編寫，存在可移植性差、通用化水平低等問題[1]。

鑒于目前軍用裝備ATS平臺(tái)存上述問題，提出了一種基于STD標(biāo)準(zhǔn)的ATS軟件平臺(tái)。該軟件平臺(tái)以信號(hào)組件為核心，采用組件技術(shù)的模塊化開發(fā)思想，通過各個(gè)信號(hào)組件之間的交互，完成從測(cè)試需求到信號(hào)需求的映射，并將信號(hào)參數(shù)信息傳遞給儀器資源管理器，儀器資源管理器將信號(hào)參數(shù)信息與儀器建模信息進(jìn)行匹配，從而調(diào)用IVI儀器類驅(qū)動(dòng)定位具體儀器完成測(cè)試任務(wù)。信號(hào)是測(cè)試的目標(biāo)，而信號(hào)組件從被測(cè)對(duì)象信號(hào)測(cè)試需求出發(fā)，體現(xiàn)了測(cè)試的實(shí)質(zhì)?；谛盘?hào)組件開發(fā)的測(cè)試程序不涉及具體儀器，滿足測(cè)試通用化的要求，符合武器裝備保障測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)[2]。本文在理論上和工程上對(duì)國(guó)內(nèi)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的意義。

1 基于信號(hào)組件的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心，包括用戶程序、資源管理器、信號(hào)組件集合以及IVI儀器驅(qū)動(dòng)機(jī)制等4個(gè)部分[3]。其中信號(hào)組件采用COM組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以標(biāo)準(zhǔn)化接口的形式被測(cè)試程序調(diào)用，是實(shí)現(xiàn)測(cè)試程序可移植的關(guān)鍵。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 面向信號(hào)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

用戶程序：通過錄入測(cè)試需求信息，從而生成測(cè)試描述XML文件存儲(chǔ)測(cè)試任務(wù)；測(cè)試程序通過解析測(cè)試描述XML文本測(cè)試信息后，將獲取的信號(hào)需求信息傳遞給信號(hào)組件，信號(hào)組件獲取信號(hào)需求信息后與儀器資源管理器進(jìn)行信息交互。

儀器資源管理器：作為連接用戶程序與IVI儀器類驅(qū)動(dòng)的橋梁，通過檢索儀器信號(hào)能力XML文件后，根據(jù)信號(hào)需求信息匹配合適的儀器驅(qū)動(dòng)，完成測(cè)試信號(hào)到具體測(cè)試儀器的映射[4]。

信號(hào)組件集合：一方面通過基類信號(hào)組件完成具體信號(hào)組件對(duì)象實(shí)例的創(chuàng)建、初始化等操作，存儲(chǔ)客戶程序的信號(hào)需求信息，結(jié)合IVI儀器類驅(qū)動(dòng)完成信號(hào)需求到測(cè)試儀器的映射；另一方面記錄測(cè)試結(jié)果，供應(yīng)用程序調(diào)用[5]。

IVI儀器驅(qū)動(dòng)機(jī)制：測(cè)試的具體實(shí)現(xiàn)者，通過對(duì)底層儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)進(jìn)行封裝，對(duì)外提供IVI儀器類驅(qū)動(dòng)接口，與信號(hào)組件交互共同完成具體儀器測(cè)試功能[6]。

2 信號(hào)組件結(jié)構(gòu)

STD標(biāo)準(zhǔn)不僅定義了基本信號(hào)的靜態(tài)模型以及信號(hào)組件的動(dòng)態(tài)交互模型，還對(duì)這些基本信號(hào)根據(jù)功能分成源、調(diào)理器、事件、測(cè)試、控制器、數(shù)字信號(hào)與連接器等七類信號(hào)。信號(hào)組件開發(fā)是基于信號(hào)的靜態(tài)模型以及信號(hào)組件的動(dòng)態(tài)模型完成的。下面將詳細(xì)說明信號(hào)的靜態(tài)模型以及信號(hào)組件動(dòng)態(tài)交互模型。

2.1 信號(hào)的靜態(tài)模型

信號(hào)的靜態(tài)模型描述了基本信號(hào)的共有特征，是信號(hào)組件的設(shè)計(jì)原型[7]?；拘盘?hào)靜態(tài)模型反映了信號(hào)的名稱、類型、屬性、多個(gè)控制接口等特征，是作為信號(hào)組件對(duì)象實(shí)例化和動(dòng)態(tài)描述模型正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。圖2為STD信號(hào)靜態(tài)模型。

圖2 STD信號(hào)靜態(tài)模型

從靜態(tài)模型可以看出信號(hào)受到Conn、In、Sync、Gate等接口控制。其中Conn用于多個(gè)BSC信號(hào)連接，是合成TSF復(fù)雜信號(hào)的關(guān)鍵。In表示信號(hào)的輸入接口。Gate表示信號(hào)的門限信號(hào)。Sync表示信號(hào)的同步觸發(fā)信號(hào)。Out表示為信號(hào)的輸出接口。

模型中的屬性為信號(hào)的可配置屬性，例如交流信號(hào)中的幅度、頻率與偏置電壓。模型中得值用于保存測(cè)量信號(hào)的結(jié)果。

STD標(biāo)準(zhǔn)不僅對(duì)基本信號(hào)靜態(tài)模型有明確的定義，而且還提供了由基本信號(hào)組件合成復(fù)雜信號(hào)組件的方法[8]。用戶就可以根據(jù)實(shí)際測(cè)試需求構(gòu)建所需要的復(fù)雜信號(hào)并開發(fā)復(fù)雜信號(hào)組件，完成測(cè)試任務(wù)。

2.2 基本信號(hào)組件的動(dòng)態(tài)模型

在信號(hào)靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上，STD標(biāo)準(zhǔn)定義了BSC基本信號(hào)組件與TSF信號(hào)組件的動(dòng)態(tài)交互過程和通過使用編程語言編寫控制接口組件的方法。動(dòng)態(tài)模型描述了信號(hào)組件對(duì)象間的交互以及信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。

STD標(biāo)準(zhǔn)中定義了基本信號(hào)組件由資源管理器IResourceManager、信號(hào)功能組件ISignalFunction、物理參數(shù)IPhysical、信號(hào)狀態(tài)組件ISignal、數(shù)字脈沖串PulseDefn構(gòu)成。其中資源管理器IResourceManager類是一個(gè)抽象的信號(hào)對(duì)象工廠類，用于創(chuàng)建信號(hào)功能組件對(duì)象以及連接器組件對(duì)象；信號(hào)功能組件ISignalFunction，用于設(shè)置信號(hào)對(duì)象的具體信號(hào)特征信息；物理參數(shù)IPhysical定義了一個(gè)信號(hào)物理量的集合；信號(hào)狀態(tài)組件ISignal描述了信號(hào)組件狀態(tài)的轉(zhuǎn)換[9]。

STD標(biāo)準(zhǔn)中還使用了接口描述語言IDL描述信號(hào)組件，但是STD標(biāo)準(zhǔn)只給出了信號(hào)接口方法和屬性的定義，需要開發(fā)者在研究這些定義的基礎(chǔ)上，在工程應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。

2.2.1 組件對(duì)象間的交互過程

信號(hào)組件對(duì)象交互過程描述了信號(hào)對(duì)象的創(chuàng)建、初始化等按照時(shí)間順序的對(duì)象調(diào)用和配置過程。以激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生過程為例，在測(cè)試過程中IResourceManager接口通過Require方法創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)對(duì)象實(shí)例，從而獲得ISignalFunction接口并根據(jù)信號(hào)需求信息設(shè)置信號(hào)實(shí)例對(duì)象；接著ISignalFunction接口與IPhysical接口進(jìn)行交互，設(shè)置信號(hào)特征信息；然后IResourceManager接口通過Require方法創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)連接器對(duì)象實(shí)例，設(shè)置信號(hào)對(duì)應(yīng)到被測(cè)對(duì)象UUT的連接引腳，獲得這個(gè)連接器的ISignalFunction接口。連接器ISignalFunction接口與ISignal接口交互，調(diào)用Run、Stop、Change方法與運(yùn)行時(shí)引擎進(jìn)行交互[10]。激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生過程信號(hào)組件對(duì)象交互過程如圖3所示。

圖3 信號(hào)組件交互過程圖

2.2.2 信號(hào)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作

信號(hào)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作分別是ISignal接口提供的屬性和方法，一方面用于將測(cè)試需求配置信息傳遞給信號(hào)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)測(cè)試需求信號(hào)到具體儀器的映射，從而控制對(duì)應(yīng)測(cè)試儀器完成測(cè)試任務(wù)；另一方面指明輸出信號(hào)處于信號(hào)對(duì)象對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。信號(hào)具有基本的3個(gè)狀態(tài)，需要調(diào)用相關(guān)的方法請(qǐng)求信號(hào)狀態(tài)改變。

3個(gè)狀態(tài)是指Stopped、Paused、Running。其中Stopped狀態(tài)表示信號(hào)處于停止態(tài)，是所有信號(hào)的初態(tài)；Paused狀態(tài)表示信號(hào)處于就緒態(tài)，等待外部的觸發(fā)事件即可進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)。Running 狀態(tài)表示信號(hào)處于執(zhí)行態(tài)，已經(jīng)產(chǎn)生信號(hào).

3種方法是指Stop、Change、Run。其中Stop方法保持停止?fàn)顟B(tài)不變或使信號(hào)從其他狀態(tài)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，并釋放信號(hào)占用的儀器資源；Change方法重置信號(hào)的設(shè)置，用于改變信號(hào)的輸出；Run方法使信號(hào)進(jìn)入就緒態(tài)，等到外部觸發(fā)后進(jìn)入執(zhí)行態(tài)，獲取儀器資源從而完成測(cè)試任務(wù)。

可以通過上述原理繪制信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖4所示。

圖4 信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

STD標(biāo)準(zhǔn)定義該信號(hào)狀態(tài)控制機(jī)制有效減少測(cè)試執(zhí)行的時(shí)間。由于以前進(jìn)行ATS操作時(shí)，每次配置一臺(tái)測(cè)試儀器發(fā)送信號(hào)是都需要頻繁調(diào)用儀器的初始化函數(shù)，然后調(diào)用相關(guān)配置比如創(chuàng)建儀器句柄、儀器通道、配置設(shè)備、運(yùn)行儀器等；而改變儀器輸出過程與關(guān)閉儀器過程也需要調(diào)用一系列的相關(guān)儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)。這3個(gè)過程，儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)的重疊度大，浪費(fèi)測(cè)試執(zhí)行時(shí)間，所以STD標(biāo)準(zhǔn)提出了這種狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制，有效縮短測(cè)試執(zhí)行的時(shí)間，提高測(cè)試執(zhí)行效率。

3 信號(hào)組件詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

在面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)組件模型中，IResourceManager資源管理器、ISignalFunction信號(hào)功能組件、IPhysical物理參數(shù)、ISignal信號(hào)狀態(tài)組件和Engine運(yùn)行時(shí)服務(wù)是測(cè)試的關(guān)鍵，下面就以IResourceManager資源管理器組件開發(fā)為例進(jìn)行說明。

采用微軟ATL技術(shù)對(duì)組件進(jìn)行開發(fā)[11]。IResourceManager資源管理器組件是唯一能夠創(chuàng)建信號(hào)接口實(shí)例的組件，僅具有Require方法，創(chuàng)建信號(hào)功能組件ISignalFunction。當(dāng)信號(hào)組件升級(jí)或改變時(shí)，只需要修改資源管理器接口實(shí)現(xiàn)，測(cè)試程序不需要改動(dòng)即可使用，提高了測(cè)試程序的可移植性。STD標(biāo)準(zhǔn)中資源管理器組件接口的IDL描述如下：

interface IResourceManager : IDispatch

{ [id(1), helpstring("method Require obtains a SignalFunction Interface")]

HRESULT Require([in]BSTRSignalDescripto,

[in,defaultvalue(0)]VARIANTUniqueId,

[out, retval] SignalFunction *pVal); };

Require方法的程序流程圖：

圖5 Require方法程序流程圖

所有的具體信號(hào)組件都是由資源管理器組件的Require方法產(chǎn)生的，Require方法通過將轉(zhuǎn)換的信號(hào)描述符與信號(hào)標(biāo)識(shí)UUID進(jìn)行比較，聲明對(duì)應(yīng)的信號(hào)接口指針，該指針實(shí)例化信號(hào)接口對(duì)象并返回接口指針從而完成信號(hào)組件對(duì)象實(shí)例化。其余信號(hào)組件的接口實(shí)現(xiàn)和上述過程類似，不再贅述。

4 信號(hào)組件設(shè)計(jì)驗(yàn)證

COM組件是一種不需要編譯，可直接被測(cè)試程序調(diào)用的二進(jìn)制可執(zhí)行程序。測(cè)試人員在編寫信號(hào)組件測(cè)試程序的時(shí)候，可以選擇自己熟悉的編程語言進(jìn)行開發(fā)，提高開發(fā)的效率。開發(fā)好的信號(hào)組件可以被多種編程語言開發(fā)的測(cè)試程序調(diào)用，例如從C++開發(fā)的測(cè)試程序移植到C#開發(fā)的測(cè)試程序，信號(hào)組件不需要做任何修改，提高了測(cè)試程序的可移植性。

圖6給出了一個(gè)實(shí)際工程應(yīng)用的信號(hào)組件模型，在某一被測(cè)對(duì)象UUT測(cè)試節(jié)點(diǎn)P1-1，P1-2上施加一個(gè)AC_Signal激勵(lì)信號(hào)UML序列圖。

圖6 AC_Signal信號(hào)UML序列圖

測(cè)試流程如圖7所示。

通過資源管理器組件的Require方法實(shí)例化IPysical組件對(duì)象并保存AC_Signal信號(hào)的參數(shù)信息，實(shí)例化IAC_Signal組件對(duì)象獲取IPhysical組件對(duì)象保存的信號(hào)參數(shù)信息，實(shí)例化ISignal對(duì)象并將對(duì)象賦給IAC_Signal對(duì)象的Out屬性。使用Out屬性的ISignal對(duì)象獲取ITwoWire對(duì)象中被測(cè)對(duì)象

圖7 測(cè)試程序流程圖

引腳信息。并調(diào)用ISignal接口對(duì)象的Run方法匹配相應(yīng)的儀器驅(qū)動(dòng)從而控制儀器進(jìn)行測(cè)試。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，AC_SIGNAL信號(hào)組件對(duì)象實(shí)例化后可以有效保存信號(hào)參數(shù)并將信號(hào)參數(shù)傳遞給IVI儀器驅(qū)動(dòng)機(jī)制。IVI儀器驅(qū)動(dòng)機(jī)制根據(jù)AC_SIGNAL信號(hào)組件對(duì)象解析信號(hào)類型、信號(hào)參數(shù)等信息，并根據(jù)解析的信號(hào)信息調(diào)用相應(yīng)的儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)，從而控制儀器進(jìn)行相應(yīng)操作。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，信號(hào)組件能有效保存信號(hào)參數(shù)信息并且通過IVI儀器驅(qū)動(dòng)機(jī)制解析信號(hào)信息，從而控制相應(yīng)儀器驅(qū)動(dòng)，證明該信號(hào)組件設(shè)計(jì)模型可行,為解決信號(hào)參數(shù)傳遞與測(cè)試需求存儲(chǔ)提供了技術(shù)支持。

6 結(jié)束語

本文在STD標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，研究信號(hào)組件靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型，給出信號(hào)組件的設(shè)計(jì)方案。以某激勵(lì)信號(hào)為例，調(diào)用所設(shè)計(jì)的信號(hào)組件進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，達(dá)到了預(yù)期測(cè)試效果。該模型將COM組件技術(shù)有效地應(yīng)用在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)中，以標(biāo)準(zhǔn)化接口的形式為測(cè)試程序提供服務(wù)。當(dāng)信號(hào)組件升級(jí)時(shí)，只需要修改信號(hào)組件的接口實(shí)現(xiàn)，測(cè)試程序不需要做任何修改，提高測(cè)試程序可移植性。

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Research and Design of Signal Component for Signal-Oriented Automatic Test System

Zhu Wangchun1,Deng Zhihong1,Jiang Hanlin2

(1.School of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China；2.Army Equipment Department Office Stationed in Factory No.801, Liuzhou 545012, China)

The Signal and Test Definition (STD) standard takes the test requirements of the measured object signal as a starting point and describe the test requirements in a signal manner, which can provide better program portability for the automatic test system. STD standard defines the signal definition and description model, but did not provide a specific method of implementation. In order to solve the storage problem of test signal parameter and test requirement from the technical level, this article analyzes STD standard, designs the signals according to the standard, give out the signal component design scheme of the automatic test system based on STD standard and describes the interaction of signal components with the process of signal excitation. The design of the AC_SIGNAL signal component is taken as an example to validate the design of the signal component. Experimental results show that the design is feasible and can be a reference for the automatic test system.

STD standard;automatic test System; signal component

2016-12-30；

2017-02-27。

朱望純(1976-)，男，副教授，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事自動(dòng)測(cè)試總線VXI、PXI，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)及軟件，虛擬儀器及可互換式虛擬儀器(IVI)方向的研究。

1671-4598(2017)07-0025-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.07.006

TP302

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