(1.北京交通大學(xué) 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，北京 100044； 2.北京航天自動控制研究所，北京 100854)

0 引言

隨著我國軍工技術(shù)的快速發(fā)展，裝備單機(jī)和系統(tǒng)的復(fù)雜程度大大提高。自動測試系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍用電子裝備的研制生產(chǎn)以及使用過程中。為了保證軍用電子裝備在未來戰(zhàn)爭中的作戰(zhàn)效能，裝備單機(jī)的測試維護(hù)變得越來越重要，這給自動測試技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求[1]。同時面對武器裝備不斷增長的測試需求，如何對裝備進(jìn)行快速、可靠的測試成為科研和生產(chǎn)單位必須面對的迫切問題。目前，針對具體的測試任務(wù)或者具體的測試對象而設(shè)計制造的專用的自動測試系統(tǒng)不能適應(yīng)目前的發(fā)展要求，其測試信息不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，測試信息不能實現(xiàn)復(fù)用，設(shè)計人員的重復(fù)開發(fā)從而造成了測試成本的增加。大量的測試數(shù)據(jù)和測試程序無法實現(xiàn)信息的共享，并且在測試程序開發(fā)的過程中存在測試儀器互換性差的問題?；谏鲜鰡栴}，自動測試標(biāo)識語言(automatic test markup language，ATML)標(biāo)準(zhǔn)的制定給電子裝備的自動化測試提供了新的思路，ATML的提出，允許自動測試設(shè)備和測試信息在一種可拓展標(biāo)識語言(extensible markup language，XML)這一公共的格式下進(jìn)行信息的交換。實現(xiàn)軟硬件資源以及測試信息復(fù)用，增強自動測試系統(tǒng)各個組件之間的互操作性，減少測試系統(tǒng)的開發(fā)研究成本[2]。

1 ATML標(biāo)準(zhǔn)概述

ATML自動測試標(biāo)識語言，即IEEE Std 1671標(biāo)準(zhǔn)，是一種測試信息存儲和傳遞的標(biāo)準(zhǔn)[3]。它以XML為統(tǒng)一的格式進(jìn)行發(fā)展，是自動測試領(lǐng)域的XML文件模式，即測試領(lǐng)域的XML。ATML是一個詳細(xì)說明設(shè)計數(shù)據(jù)、測試策略和需求、測試程序、測試結(jié)果管理以及測試系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)信息的系列標(biāo)準(zhǔn)的集合[1]。ATML標(biāo)準(zhǔn)的制定目的是在自動測試的環(huán)境當(dāng)中能夠支持測試程序、測試資源以及被測設(shè)備的互用性。ATML標(biāo)準(zhǔn)通過這一標(biāo)準(zhǔn)媒介來實現(xiàn)在測試系統(tǒng)組件之間交換測試信息以及診斷的信息。

ATML標(biāo)準(zhǔn)的運用將有助于實現(xiàn)：

1)減少測試時間；

2)減少檢修周期；

3)提高測試程序集的可互用性和可移植性；

4)提高測試儀器的可互換性;

5)支持可復(fù)用的測試軟件框架結(jié)構(gòu)；

6)使測試軟件和測試軟件開發(fā)工具的開發(fā)、集成和使用更加簡單；

2 ATML框架結(jié)構(gòu)

ATML標(biāo)準(zhǔn)作為自動測試領(lǐng)域的XML標(biāo)準(zhǔn)，其是對自動測試系統(tǒng)的規(guī)范，自動測試通常意義上是指能夠?qū)Ρ粶y對象進(jìn)行自動的功能、性能指標(biāo)測試、故障定位、故障診斷的一類系統(tǒng)統(tǒng)稱，其功能通常包括信號激勵、信號測量、數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果顯示等。ATML框架結(jié)構(gòu)對自動測試系統(tǒng)所必需的元素進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，其標(biāo)準(zhǔn)中所有的外部接口和內(nèi)部模型會參考自動測試系統(tǒng)(automatic test system，ATS)以及被測設(shè)備UUT。圖1為自動測試標(biāo)識語言ATML標(biāo)準(zhǔn)與自動測試系統(tǒng)ATS之間的關(guān)系。

圖1 ATML組件與ATS的關(guān)系

ATML框架以3種不同的方式進(jìn)行定義：外部接口(External interface),內(nèi)部模型(internal models)、服務(wù)(service)[4]。其中，外部接口有測試描述、儀器描述、被測設(shè)備描述、測試配置、測試適配器、測試工作站以及測試結(jié)果。內(nèi)部模型有ATML能力描述以及ATML線纜連接[5]。

在ATML標(biāo)準(zhǔn)中各個組件及相應(yīng)的XML Schema，內(nèi)容如表1所示。

表1 ATML組件標(biāo)準(zhǔn)

3 ATML標(biāo)準(zhǔn)組件分析

ATML組件標(biāo)準(zhǔn)[6]對組件的xml schema做出了標(biāo)準(zhǔn)化的描述，其描述模型[7]如下：

公共元素(Common)其提供公共的類型以及屬性的定義，其作為基礎(chǔ)的模式供其他組件的XML schema進(jìn)行引用。

儀器描述(InstrumentDescription)是對測試儀器能力的描述，一般定義測試儀器的物理接口、儀器的能力與資源、儀器的能力與資源的映射以及資源接口連接到儀器接口。這里主要運用相應(yīng)的端口以及引腳等信息對測試儀器進(jìn)行描述。

被測設(shè)備描述(UUT Description)其構(gòu)架對被測設(shè)備的信息進(jìn)行了描述，其中包括：

1)UUT型號，包括所需的型號名稱、所需的部件或者型號可選的版本信息以及可選的制造商信息；

2)UUT的物理特性規(guī)格。例如尺寸和重量等特性；

3)UUT物理接口描述，包括連接器、引腳、端口以和數(shù)字總線；

4)UUT組件描述(組件的描述細(xì)節(jié)程度取決于測試的相關(guān)要求)；

5)UUT功率操作環(huán)境和校準(zhǔn)要求規(guī)范；

6)UUT可能的故障和故障描述。

測試配置(TestConfiguration)主要用來描述在特定的自動測試平臺上測試被測設(shè)備所需要的儀器設(shè)備資源(如儀器、接口設(shè)備、電纜、輔助設(shè)備)測試程序軟件以及測試文件。

測試適配器(TestAdapter)用來描述測試工作站與UUT之間的測試適配器的測試能力和結(jié)構(gòu)。

測試工作站(TestStation)用來描述一個完整的測試工作站，包括儀器和測試設(shè)備的以及其之間的連接。

自動測試的核心在于產(chǎn)生測試激勵完成對被測設(shè)備的測試，而測試描述(TestDescription)作為ATML標(biāo)準(zhǔn)組件中內(nèi)容最豐富的schema之一，是整個ATML標(biāo)準(zhǔn)的核心組件，與其他組件一起用于開發(fā)TPS測試程序。該標(biāo)準(zhǔn)定義了測試性能、測試條件以及診斷需求，并且對測試被測設(shè)備的流程以及相關(guān)操作進(jìn)行了定義。測試描述的標(biāo)準(zhǔn)的目的是為了方便那些需要共享UUT測試需求的ATS組件之間的互操作性，如在不同的測試平臺中之間共享測試需求。ATML測試描述文檔的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 TestDescription的結(jié)構(gòu)圖

ATML TestDescription中的主要元素有td:UUT、td:InterfaceRequirement、td:DetailedTestInformation以及td:Extension。測試描述文件主要描述UUT、接口需求、信號需求、詳細(xì)測試信息、診斷信息等信息[5]。其中td:UUT中td:Description包含了當(dāng)前實例文檔中指定測試過程中所需要的UUT的描述性信息。

這部分描述信息可以通過打包數(shù)據(jù)通過元素td：TestDescription/td:UUT/td:Description/td:DescriptionDocumentReference來參考一個UUT的文件。

除了上述UUT的信息以外還有額外的UUT測試數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過td:UUT/td:TestData元素進(jìn)行表示，但是這些數(shù)據(jù)的描述不被UUT的ATML組件標(biāo)準(zhǔn)所定義，但是這寫數(shù)據(jù)可能被用于開發(fā)測試需求以及測試程序。其主要包括以下的數(shù)據(jù)類別：

1)AC或DC電源，在測試UUT的過程中給設(shè)備供電；

2)UUT操作的人員及設(shè)備保護(hù)所需要的時間；

3)測試UUT所需的特殊的元器件以及專用的工具清單。

對于測試過程中的所需要的必需的固定裝置等適配器信息td:InterfaceRequirement中進(jìn)行相關(guān)的信息描述，其相關(guān)信息可以通過td:InterfaceRequirement/td:Fixtures/td:Fixture/td:DescriptionDocumentReference進(jìn)行打包。

td:DetailedTestInformation作為ATML測試描述文檔中測試程序的描述主要元素,該元素詳細(xì)的描述了UUT測試過程中所需要的測試條件以及測試要求，其主要對測試程序結(jié)構(gòu)以及測試過程中的控制流程、數(shù)據(jù)和相應(yīng)的測試行為進(jìn)行規(guī)范描述。元素td:DetailedTestInformation的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 DetailedTestInformation結(jié)構(gòu)圖

ATML TestDescription XMLSchema對整個測試描述進(jìn)行了冗余的設(shè)計，用來滿足大部分自動測試系統(tǒng)中相關(guān)信息的描述，用戶可以根據(jù)自己實際的需求對構(gòu)架進(jìn)行精簡。以下是元素td:DetailedTestInformation的子元素描述信息。

其中td:TsfLibraies是對實例文檔中引用的測試信號框架庫TSF(test signal framework)的引用,這些TSF描述了測試描述實例文檔中使用IEEE Std 1641信號的接口以及行為。

元素td:EnterPoints是在測試的過程中，ATE操作人員能夠在執(zhí)行程序開始的時候選擇測試的入口點，自動測試軟件根據(jù)此項的信息自動去選擇測試的入口點，測試描述的實例描述文件中可以指定單個或者多個測試入口。當(dāng)有多個入口點時，必須指定其中一個是其被指定為“主要”的入口點，這樣在沒有入口點選擇的情況下會選擇主入口測試點。其屬性值為TestGroupID，可以通過其屬性值對測試組進(jìn)行引用。

元素td:TestGroups表示在測試過程中在UUT上執(zhí)行的一系列測試，在TestGroups中不直接對Test進(jìn)行詳細(xì)描述，這里只是描述一系列測試的步驟，這種間接允許從多個測試中引用特定的測試組，這種方式促進(jìn)了可復(fù)用的測試程序開發(fā)。TestGroups中其測試步驟的順序的子節(jié)點可以被分成以下td:Sequence、td:Serial、td:Parallel、td:Unspecified、td:DiagnosticModel分別代表測試組中測試步驟的執(zhí)行結(jié)果執(zhí)行(類似于故障樹模型)、先后順序執(zhí)行、測試步驟并行執(zhí)行、測試步驟任意順序執(zhí)行以及按照測試過程中的診斷推理進(jìn)行決定。

元素td:GlobalVariables對測試描述中所有的全局變量進(jìn)行描述，實現(xiàn)在測試描述文件中的引用。

元素td:SignalRequirements描述被測設(shè)備所有的信號需求。

元素td:Faults包含了特定UUT的故障列表。元素td:Failures包含UUT定義的故障列表。

元素td:AutoMaticGeneration確定用于生成測試程序的自動測試程序生成工具。

元素td:Frames應(yīng)包含通過UUT的數(shù)字總線交換的所有幀列表。

元素td:Tests作為測試描述中最重要的一部分，其詳細(xì)的規(guī)定了每一個測試用例的程序結(jié)構(gòu)并對測試過程的動作、信號需求等信息進(jìn)行描述。td:Tests元素的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 Tests的結(jié)構(gòu)圖

元素td:Test中屬性主要有名稱、ID、類型等信息的描述，其中td:Description元素對測試用例進(jìn)行自由文本的描述。元素td:Outcome描述了測試可能出現(xiàn)的所有結(jié)果，其元素屬性包括“ID”以及“value”值以及“qualifier”限定符，這里的結(jié)果值有“Passed”“Failed”“Done”和“Aborted”。其限定符在需要的時候進(jìn)行描述。例如與上限和下線值進(jìn)行比較：

1)value=“Passed”

2)value=“Failed”, qualifier =“High”

3)value=“Failed”, qualifier =“Low”

元素td:TsetResults是測試返回的測試結(jié)果，是可以被測量值、計算值或是通過參數(shù)和變量接受的值。其子元素td:TestResult/td:ValueDescription用來描述測試結(jié)果的值，該描述表示數(shù)據(jù)類型，單位和可選的標(biāo)稱值，而不會指定實際的數(shù)據(jù)，實際的數(shù)據(jù)值在測試的過程中產(chǎn)生。必要時可以通過元素td:Limit對測試結(jié)果進(jìn)行限制或者對其期望值進(jìn)行描述。元素td:Parameters是對測試的參數(shù)化描述來增加測試在測試描述或者跨多個測試描述的重復(fù)使用。元素td:Condition是在測試UUT的過程中必需滿足一定的條件，有前置條件和后置條件之分。

元素td:Behavior是td:Test中最重要的元素，此元素詳細(xì)的描述了當(dāng)前測試行為執(zhí)行過程中采取的詳細(xì)的動作步驟。通常情況下，測試行為的描述包括施加在UUT上的測試激勵，測試UUT的測試回應(yīng)以及對測量值與限制或者期望值之間的比較。在ATML TestDescription的XML schema中支持以下描述測試行為：通過自由的文本格式、指定單獨的測試組、預(yù)定義面向信號的操作序列、引用XML格式的測試定義的專門操作。這些測試行再為td:Behavior中進(jìn)行定義描述。圖5為Behavior的結(jié)構(gòu)圖。

圖5 Behavior的結(jié)構(gòu)圖

在元素td:Behavior/td:Operations中表示測試行為被指定為預(yù)定義的序列操作其包含18類子元素。子元素描述的操作應(yīng)該按實例文檔的操作順序依次執(zhí)行。ATML標(biāo)準(zhǔn)預(yù)定義了信號操作、定時操作和控制流操作，通過預(yù)設(shè)定的能夠描述復(fù)雜的測試操作，便于文件的解析以及自動測試程序的生成。這里列舉作為最通用的信號5種類型的操作動作：

1)OperationSetup描述信號(信號源或傳感器)的實例化和配置；

2)OperationConnect描述信號與UUT接口上的端口連接或者UUT的端口互聯(lián)；

3)OperationChange描述信號的重新配置；

4)OperationRead描述模擬傳感器信號的測量；

5)OperationDisconnect描述連接信號或互連UUT接口的斷開；

6)OperationReset描述信號的復(fù)位，通常使信號處于靜止?fàn)顟B(tài)。

上文對ATML標(biāo)準(zhǔn)中測試描述XMLschema進(jìn)行了描述，通過對典型的測試程序結(jié)構(gòu)的進(jìn)行描述，實現(xiàn)對測試程序集的開發(fā)的具有指導(dǎo)意義。

4 基于ATML的測試信息描述在自動測試系統(tǒng)中的應(yīng)用

構(gòu)建滿足ATML標(biāo)準(zhǔn)體系的自動測試系統(tǒng)是測試系統(tǒng)發(fā)展的方向，本文以自動測試系統(tǒng)生成測試激勵為例，簡要說明ATML各組件在自動測試系統(tǒng)中的應(yīng)用。

針對上文對ATML標(biāo)準(zhǔn)以及各組件簡要分析，以ATML標(biāo)準(zhǔn)中各個組件的關(guān)系為基礎(chǔ)，測試開發(fā)人員通過配置保存相應(yīng)ATML測試描述實例文檔，并且對自動測試系統(tǒng)中的資源信息進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架下的描述，為測試程序的執(zhí)行提供相應(yīng)的信息?；贏TML的自動測試系統(tǒng)的測試激勵運行原理如圖6所示[8-9]，實現(xiàn)了包括測試需求信息(信號)的解析、信號能力的匹配以及相應(yīng)的儀器驅(qū)動等以信號激勵為測試的過程。

1)當(dāng)測試開發(fā)人員通過對UUT的組件以及功能結(jié)構(gòu)分析，制定出正確的測試策略，開發(fā)配置出基于ATML標(biāo)準(zhǔn)的測試描述實例文檔，軟件平臺通過對測試需求信息的解析，遍歷XML樹形結(jié)構(gòu)中相應(yīng)存儲測試需求信息的元素節(jié)點并確定相應(yīng)的主測試組。再從測試組相關(guān)測試中提取需求信號信息、測試對象信息和測試流程信息；

2)根據(jù)測試需求信息中的信號特征信息創(chuàng)建實例化信號組件對象，并傳遞給RTS運行系統(tǒng)，RTS觸發(fā)相應(yīng)的儀器匹配函數(shù)，匹配相應(yīng)的具有需求信息能力的測試儀器(激勵、測試等)。同時RTS運行時服務(wù)系統(tǒng)解析儀器描述實例文檔確定測試儀器的測試能力[10]，解析被測設(shè)備UUT、測試工作站以及測試適配器描述文件的實例文檔，確定物理連接路徑及儀器名稱、儀器地址。將匹配到的儀器根據(jù)測試需求信號產(chǎn)生對應(yīng)的信號[11]，最后測試程序根據(jù)測試資源描述信息選擇相應(yīng)的信號通路，產(chǎn)生測試激勵施加給被測設(shè)備UUT。下圖是基于ATML測試激勵產(chǎn)生的框圖：

圖6 基于ATML測試激勵產(chǎn)生框圖

ATML標(biāo)準(zhǔn)對自動測試系統(tǒng)ATS中各個部分進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化描述[12-13]，其相應(yīng)的XML實例文檔存儲了各類的測試信息，基于ATML描述測試信息應(yīng)用于某型信息處理系統(tǒng)的功能測試，解決了自動測試系統(tǒng)以下問題：

1)針對專用測試系統(tǒng)通用性差的問題，ATML標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用提高了測試程序的可移植，通過對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化描述，還可以實現(xiàn)對測試程序信息進(jìn)行擴(kuò)展，使得基于ATML標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的自動測試系統(tǒng)通用性更強。

2)測試描述中通過對測試需求信號的描述以及相關(guān)測試儀器能力、資源、接口以及相互映射關(guān)系的描述，為面向信號的自動測試系統(tǒng)的設(shè)計提供支撐，有效地解決測試過程中儀器可互換的問題。

3)XML文檔存儲的各類測試信息，能夠有效地解決測試開發(fā)環(huán)境中信息的交換，大大縮短系統(tǒng)開發(fā)運行的時間，極大提高測試數(shù)據(jù)共享交互的通用性。

5 結(jié)束語

測試信息的標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)自動測試系統(tǒng)信息交換的關(guān)鍵，ATML標(biāo)準(zhǔn)測試信息描述在下一代自動測試系統(tǒng)中具有顯著的作用,特別是在軍用測試領(lǐng)域。本文首先分析了ATML標(biāo)準(zhǔn)的框架、組件描述信息、以及測試描述的詳細(xì)介紹，為測試程序集的開發(fā)以及測試激勵的產(chǎn)生方法提供了參考。