郭 煜， 高海英， 朱望純

(1.桂林電子科技大學 電子工程與自動化學院，廣西 桂林 541004；2.桂林電子科技大學 教學實踐部，廣西 桂林 541004)

測試資源的管理與配置是測試程序可執(zhí)行的基礎，在自動測試系統(tǒng)中起到重要作用。當前裝備功能及復雜度不斷增長，測試設備型號繁雜互不通用，導致測試資源管理難度不斷加大。傳統(tǒng)自動測試系統(tǒng)通常根據(jù)面向儀器模式進行研發(fā)，其測試程序和硬件依賴緊密，無法實現(xiàn)測試資源通用化管理，導致儀器可互換難及測試程序不可移植等問題。

傳統(tǒng)面向儀器開發(fā)模式中存在的上述問題已成為ATS由專用型向通用型發(fā)展的主要制約因素。鑒于測試需求的本質是對信號的需求，信號貫穿自動測試系統(tǒng)的各個功能，現(xiàn)提出一種面向信號的資源管理方法。面向信號的資源管理方法通過將各種儀器資源的能力和測試需求以統(tǒng)一的信號模型為出發(fā)點建立描述文檔[1]，測試程序將需求信號建模的屬性信息及其操作方法實例化為信號組件對象，使測試系統(tǒng)資源管理機制實現(xiàn)以信號組件對象為基本任務調度單元，通過信號組件對象與測試資源能力之間的信號匹配來統(tǒng)籌、安排、利用系統(tǒng)測試資源。這樣測試程序就只包含信號信息的處理，不包含具體儀器的操作，解決了傳統(tǒng)面向儀器ATS測試程序嚴重依賴特定硬件的問題，使測試程序跨平臺移植易于實現(xiàn)，是目前實現(xiàn)測試資源通用化管理的最佳解決方案。

1 面向信號的資源管理架構

面向信號的資源管理主要由系統(tǒng)建模、測試程序、信號組件集合、運行時服務4個部分合作完成。首先通過系統(tǒng)建模生成統(tǒng)一規(guī)范的系統(tǒng)資源描述文檔和需求描述文檔，為測試流程中各系統(tǒng)組件間的信息共享與交互提供信息支持；測試程序提取測試需求描述文檔中的需求信號信息實例化為信號組件對象，將信號組件對象作為任務調度單位傳遞給運行時服務；運行時服務(RTS)根據(jù)信號組件對象中的信號屬性，通過遍歷系統(tǒng)資源描述文檔中的儀器能力描述及硬件資源的連接關系，匹配到滿足要求的儀器。面向信號的ATS軟件程序未涉及具體硬件設備信息，在測試執(zhí)行時RTS將匹配到的儀器端口、適配器和開關連接等信息提供給測試程序，并實現(xiàn)信號組件與IVI-Signal接口交互，驅動儀器執(zhí)行測試。這種開發(fā)模式可最大限度實現(xiàn)儀器無關性和測試程序可移植，同時起到簡化軟件系統(tǒng)架構難度、提高系統(tǒng)的可靠性和兼容性的作用。面向信號測試資源管理架構如圖1所示。

圖1 面向信號的資源管理架構

2 面向信號的系統(tǒng)建模

在自動測試系統(tǒng)中，通過測試系統(tǒng)信息描述格式統(tǒng)一，實現(xiàn)系統(tǒng)組件間的信息共享與交互，是系統(tǒng)功能執(zhí)行的必要條件。面向信號的系統(tǒng)建模通過引入統(tǒng)一的信號描述模板，對ATS中測試需求與儀器、測試工作站、UUT等系統(tǒng)資源建模提供標準化的描述格式，將系統(tǒng)信息生成符合自動測試標記語言(ATML)標準的XML描述文檔。其中測試需求描述文檔主要包含由激勵/測量需求信號的描述信息和執(zhí)行序列；系統(tǒng)資源描述文檔中主要內容是圍繞信號能力展開的資源信息描述，而且還包括測試站到適配器、再到UUT的系統(tǒng)連接關系[2]。

2.1 使用STD標準解決信號的描述

面向信號的測試系統(tǒng)軟件平臺中，實現(xiàn)測試信號需求和儀器信號能力的通用定義和描述，是面向信號的資源管理首要解決的問題。為解決這個問題，在系統(tǒng)建模中引入STD(信號與測試定義)標準，STD對所有基本信號進行嚴格和精確的定義，并提供復雜信號的合成機制，不同設備產生的同一種信號在STD的定義下是嚴格一致的[3]。其信號模型與信號描述結構如圖2所示。

圖2 基于STD的信號描述結構

從圖2可看出，STD信號模型含有Conn、In、Out、Sync、Gate等接口。其中Conn接口用于簡單信號合成復雜信號；In為信號的輸入接口；Out為信號的輸出接口；Gate為信號的門限信號；Sync為信號的同步觸發(fā)信號。信號模型涵蓋了信號信息和相應的操作接口，方便用戶以統(tǒng)一的結構格式來描述需求信號和測試資源能力。

2.2 儀器能力與物理端口的關聯(lián)描述

實現(xiàn)面向信號的測試資源管理，不僅需要將儀器能力以信號的形式進行抽象化描述，使儀器能力描述脫離對儀器物理特征的依賴，而且必須將儀器能力到物理端口的邏輯關系描述并保存。在儀器描述文檔中，通過定義邏輯資源，使其作為物理端口和儀器能力的關聯(lián)中介。每臺儀器可以有多個邏輯資源，而每個邏輯資源可以與多個儀器能力關聯(lián)，某個能力也可對應于多個邏輯資源[4]。邏輯資源的輸出可關聯(lián)到一個或多個物理端口。通過儀器能力到資源邏輯端口的映射和資源邏輯端口到物理端口的關聯(lián)，完成儀器物理端口與儀器功能間約束或依賴等復雜關系的描述。儀器資源能力結構模型如圖3所示。

圖3 儀器能力結構模型

3 信號組件的設計與交互

測試程序解析測試需求描述文檔中的測試信息后，將獲取的信號需求信息實例化為信號組件對象。信號組件的本質是信號屬性特征的存儲體，以COM組件的形式存在，對信號的狀態(tài)操作函數(shù)進行了封裝。作為測試需求描述中信號特征信息的載體，信號組件對象在測試資源分配和信號產生過程中起到重要作用：信號組件對象承載信號需求信息后，設置信號特征信息并與儀器資源管理模塊進行信息交互；信號產生時，測試程序調用信號組件對象中的狀態(tài)操作函數(shù)，為IVI-Signal驅動的調用傳入具體參數(shù)。信號組件主要由資源管理類、信號功能類和信號控制類等組成。信號組件類圖如圖4所示。

圖4 信號組件類圖

3.1 信號組件設計

資源管理器(IResourceManager)接口是為測試程序申請信號組件對象提供的唯一接口，對應的實現(xiàn)類是ResourceManager類。在程序中要創(chuàng)建一個與測試需求信號對應的信號對象時，要通ResourceManager類的Require方法判斷作為參數(shù)的信號描述符，從而相應地產生需要的信號對象[5]。

信號功能類(ISignalFunction)提供了對信號需求的類名稱、類型、屬性和行為進行詳細描述的方法，對測試需求信號進行實例化，不包含對具體測試儀器的操作和控制。根據(jù)信號的功能狀態(tài)不同，信號功能類又可細分為激勵信號功能類和測量信號功能類。信號功能類以信號物理類(IPhysical)的形式記載包括信號值、量級、單位、精度等信號屬性值。根據(jù)信號功能類的屬性在系統(tǒng)運行時生成相應的信號控制類。信號組件提供可重用的、形式化描述的信號功能類，在信號復用、不同層次的信息描述能力中表現(xiàn)得更有活力。

信號控制類(ISignal)作用是管理信號的狀態(tài)，主要由信號功能屬性和信號狀態(tài)屬性2個部分組成。信號控制類對外提供標準功能接口，通過對信號狀態(tài)的改變實現(xiàn)對各種測試資源的一系列操作。一種信號通常包含3種狀態(tài)，分別為Running、Stopped、Paused，它們屬于ISignal類的state屬性[6]。表1為信號狀態(tài)描述的詳細說明。

3.2 信號組件中的對象交互過程

信號組件對象的初始化和配置是測試需求的實例化過程。測試程序根據(jù)測試需求描述文檔內需求信號的名稱和屬性信息，調用資源管理類通過Require方法創(chuàng)建一個信號功能對象實例。根據(jù)信號功能類中的屬性創(chuàng)建信號物理類，并根據(jù)測試需求設置信號特征信息，完成信號物理類的初始化。測試程序調用資源管理模塊為信號功能類匹配到適用的儀器，并根據(jù)信號功能類和RTS匹配到的儀器信息生成信號控制類；等到信號的測試序列來到時，信號控制類的狀態(tài)由Stopped改為Running，測試程序根據(jù)匹配到的儀器以及儀器配置信息調用IVI-Signal驅動初始化儀器，根據(jù)信號功能類的信息產生相應信號。信號功能匹配與信號操作的分階段實現(xiàn)為完成測試程序生成、調用與執(zhí)行提供開放式的結構標準，實現(xiàn)測試程序與底層儀器驅動的隔離，保障測試程序的可移植，同時提高測試執(zhí)行效率[7]。

表1 信號狀態(tài)描述的詳細說明

4 運行時服務對資源的管理與調度

根據(jù)信號需求的信息，運行時服務(RTS)進行資源管理和調度，是ATS軟件平臺中必不可少的重要組成部分。RTS根據(jù)信號組件對象中的信號屬性，為其匹配滿足要求的儀器。IVI-Signal驅動借鑒STD標準提供的信號操作接口，對底層驅動的進行再次封裝，對外提供面向信號測試功能的接口。在測試執(zhí)行時RTS將匹配信息提供給測試程序，使其與IVI-Signal驅動接口交互——測試程序將信號組件對象中的信號信息和RTS匹配儀器的信息傳遞給IVI-Signal驅動就可以控制儀器完成測試任務。在該方式下，不論將反映同樣測試需求的測試程序移植到何種符合標準的軟件平臺上，只要存在相關的執(zhí)行組件，均是可通用的[9]。

4.1 運行時服務總體設計

RTS主要包含2方面的內容：1)通過檢索系統(tǒng)資源描述文檔的能力信息、接口信息和連接信息，查找與測試需求信號能力匹配的儀器；2)查詢從儀器能力端口到UUT被測端口之間的最佳信號通路。運行時服務功能的實現(xiàn)是建立在引用資源描述文檔信息的基礎上，具體如圖5所示。

圖5 RTS引用系統(tǒng)建模文檔流程圖

RTS根據(jù)測試需求描述文檔和已匹配儀器信息生成測試配置文檔，確定儀器相關參數(shù)配置及儀器端口到UUT端口的測試通道路徑信息，為軟件平臺控制實際儀器提供有效信息[10]。測試資源管理由測試程序配合RTS完成，具體的工作步驟如下：

1)測試程序啟動測試資源管理類，讀取測試項中的信號需求—虛擬信號及其屬性設置對象，并初始化為信號組件對象。

2)RTS根據(jù)信號的角色選取系統(tǒng)中具有產生相應角色信號能力的儀器。

3)完成虛擬信號與空閑物理資源之間的匹配，需要綜合考慮所有虛擬信號和儀器資源信號能力的符合性及端口的可達性。RTS根據(jù)虛擬信號能力需求，利用儀器設備模型的信息匹配符合要求的能力，判斷儀器產生信號的端口是否空閑[8]；根據(jù)虛擬信號連接需求，利用系統(tǒng)資源間的連接關系、路由和信號之間的兼容性匹配符合需求的測試路徑。當以上條件都滿足時，根據(jù)適宜的調度方法分配資源。

4)資源分配成功時，調用測試儀器IVI-Signal驅動，初始化儀器，將物理資源的信號產生函數(shù)接口與信號組件對象的句柄綁定并返回給軟件程序，更新物理資源的狀態(tài)。若資源分配不成功，則返回錯誤信息。

5)測試程序釋放信號組件對象的句柄后，將測試儀器恢復為默認設置，并標記使用過的物理資源為空閑狀態(tài)。

4.2 需求信號與儀器能力的匹配過程

實現(xiàn)需求信號和儀器能力的匹配是面向信號資源管理的基礎，具體過程如圖6所示。

圖6 信號匹配過程

RTS獲取根據(jù)測試需求信息創(chuàng)建的信號組件對象，然后按照測試組中測試信號的執(zhí)行序列，依據(jù)相應的信號特征匹配儀器能力。信號的特性主要包括信號類型、信號名稱、屬性值，只有當所有特性都滿足需求時，才能說明儀器能力滿足虛擬信號[11]。信號能力的匹配過程按照一定的順序進行。以產生激勵正弦信號產生過程為例，首先獲取測試項的角色類型，訪問測試站描述文檔中所有測試儀器的信息，得到具有產生激勵信號能力的全部儀器；然后匹配信號的類型，即遍歷儀器中的所有能力選擇能產生相同真實信號種類的能力；最后匹配信號的屬性，根據(jù)STD信號庫中的定義，分別對相應信號類型的所有屬性進行匹配，包括屬性值和誤差范圍。

4.3 儀器資源調度方法

若出現(xiàn)有多個儀器匹配測試需求信號的情況，則需要根據(jù)系統(tǒng)運行的實際情況，設計不同的調度方式，對儀器進行優(yōu)先選擇。某測試序列中測試項信號描述如表2所示。

表2 某個測試序列中的測試項信號描述

在考慮測試習慣的基礎上，設計2種不同的儀器選擇排序方式：最高精度匹配和最小測試儀器集匹配。

4.3.1 儀器最高精度匹配方法

一般情況下，最佳的儀器匹配方法往往要求精度最高，此外考慮到實際中需求值越靠近屬性值的中值，信號的輸出特性越好。設計信號匹配系數(shù)公式為：

其中：n為信號的屬性個數(shù)；V為屬性需求值；Rmin和Rmax分別為儀器屬性最小值和最大值；rE為儀器屬性精度；vE為需求精度。表3描述了系統(tǒng)測試站內對一個測試序列中的測試項匹配的儀器能力。

表3 測試站中滿足需求的儀器能力表

當測試對儀器的精度有較高要求，并且測試時限較大時選擇最高精度儀器匹配方法，此方法選擇測量系數(shù)最高的儀器，所選的儀器如表4所示。

表4 最高精度儀器匹配結果

4.3.2 最小測試儀器集匹配方法

當滿足測試項的儀器存在多個，且對測試結果的精度不做太高要求時，若每次都采用精度最高的儀器測量，容易因為頻繁使用造成儀器壽命減少等。同時，如果選擇的儀器數(shù)量過多，在測試過程會經過多次不同儀器間的開關路由的轉換，過多儀器的初始化時間會延長測試組的測試時限。這種要考慮防止高精度儀器的過度使用，減少測試時間的情況下，選取儀器集最小的匹配的方法，結果如表5所示。

表5 測試儀器集最小匹配結果

5 結束語

面向信號的自動測試系統(tǒng)參照ATML標準定義系統(tǒng)運行過程中信息的內容和保存格式，引入STD標準對信號與測試信息進行規(guī)范，并通過設計信號組件用以實例化測試需求信號，使測試系統(tǒng)資源管理機制以信號組件對象為基本任務調度單元實現(xiàn)。RTS配合測試程序調用信號組件對象與系統(tǒng)資源文檔交互，完成從測試信號需求到實際測試資源的映射，并根據(jù)實際工程的測試用例，提出2種不同的儀器分配方法。經過實例驗證表明，面向信號的資源管理方法中儀器匹配過程不涉及對具體儀器的操作，該方法滿足測試資源通用化的要求，為通用測試系統(tǒng)中可移植性測試程序的開發(fā)提供了技術支持。