基于1641的面向信息模型ATE应用解决方案

王 军， 刘松风 ， 贺 喆

（1.海军工程大学 电子工程学院，湖北 武汉 430033；2.海军装备技术研究所 北京 102442）

自动测试系统（Automatic Test System，ATS）是指在计算机控制下，能对被测对象自动地进行测量、故障诊断、数据处理、存储、传输，并以适当方式显示或输出测试结果的系统，ATS一般由3大部分组成：自动测试设备（ATE），测试程序集（TPS）和TPS软件开发工具[1]。ATS经历了从专用型向通用型、开放式的发展历程，其中美军的需求起到的非常重要的作用（有数据反映，到上世纪九十年代中，美军在ATS上直接投入是350亿美元，间接投入150亿美元）。美国海军2000年发布的ATE和TPS的采办策略中，明确提出ATS应用就是要借鉴 PC（Personal Computer，PC）工业取得的成就，按照工业标准不同厂家生产的部件集成在一起就能构成一个通用的PC机。

观察ATS的发展历程，可以看出制定开放的工业标准是其主要内容之一，这些工业标准基本上都是用来规范构成ATS各组成部分之间的接口，例如 ，关于硬件总线的VXI、PXI等；关于软件的VISA、IVI等。目前计算机应用技术已经发展到互联网时代，关于计算机应用的工业标准，也从过去制定构成计算机系统

各组成部分接口的标准阶段，发展到制定信息交换标准的阶段。作为计算机技术应用的一个特定领域，ATS的相关标准也在发生着相应变化，开始有了关于ATS应用领域的一些信息交换标准，IEEE-1641就是其中的一种。本文将结合对ATS发展历程中有关标准对ATS应用体系的影响的分析，提出一种基于IEEE-1641的互联网时代ATS应用解决方案。

1 实现ATE软件平台关键技术和实现途径

通用是一个相对的概念，通用软件平台的设计开发，必须详细分析被测对象的具体测试需求[2]。通用软件平台的主要特点是：

1）开放式、标准化的软件体系结构。为集成测试数据、测试策略和需求、测试步骤、测试结构管理和测试系统实现提供了整体系统结构。

2）测试仪器可互换性。ATS的硬件接口和软件接口标准化，满足标准接口要求的仪器设备都能方便地进入系统，仪器型号更换后，不影响原有TPS的使用。

3）TPS可移植性。TPS接口与软件平台接口标准化，实现TPS与具体测试系统的硬件无关，可以在不同的ATS平台间进行传递[3]。

1.1 基于ABBET标准的软件体系结构

ABBET标准由IEEE1226.3-1226.12等一整套测试领域信息接口标准组成，覆盖与测试信息相关的产品设计、生产、维护的各个环节。采用ABBET标准将实现产品设计和测试维护信息的共享和重用，实现测试仪器的可互换性、TPS的可移植性与互操作，使集成诊断测试系统的开发更方便、快捷。

ABBET标准定义了基于框架的模块化测试软件结构，支持软件资源的重用。将测试领域宏观上划分为产品描述层、测试策略和需求层、测试过程层、测试资源管理层、仪器控制层，如图1所示。其核心思想是：将测试软件合理分层配置，实现测试软件与测试系统硬件、软件运行平台的无关性，满足测试软件可移植、重用与互操作的要求。

图1 下一代自动测试系统体系结构框架Fig.1 The next generation of automatic test system architecture framework

1.2 基于IVI技术实现测试仪器可互换性

目前广泛使用的各类总线式测试仪器有几十类、上万种型号，而且产品更新换代快。为了延长测试系统的使用寿命。仪器更换往往是不可避免的。另一方面，随着通用测试系统应用范围的扩大，为适应被测对象测试需求的变化，也要求测试仪器能够方便地升级换代。为了解决仪器型号、种类和生产厂商的不同给仪器更换带来一系列兼容性问题，世界各大仪器公司都在研究和制定统一的标准和规范[4]。

1）IVI（Interchangeability Virtual Instrumentation）规 范 作为美国国防部公布的下一代自动测试系统的关键技术，是实现真正意义的仪器可互换的关键。IVI规范对仪器进行了分类，每一类仪器具有统一的基本功能，同时定义了扩展功能，并支持仪器特定的功能调用，应用程序中对仪器的控制操作调用类驱动程序，类驱动程序通过IVI引擎和配置信息调用具体仪器驱动程序来控制实际的仪器。因此，测试系统的具体仪器改变，只需要改变配置信息，不用修改应用程序，理论上实现了同类仪器的互换性，实现了同类仪器驱动器函数形式和参数的完全统一，使最终用户不再被束缚于特定厂家的特定型号的仪器设备。

2）1999年HP公司（现为Agilent公司）提出了 IVI—MSS（IVI Measurement and Stimulus Subsystem）规范，IVI—MSS 规范扩充了IVI规范的仪器可交换能力。在仪器驱动与测试应用之间加入了中间层，形成针对特定应用的新的编程接口。而中间层又提供了插入特定代码的位置，用来补偿因仪器互换造成的测试结果的差异，这样就实现了“鲁棒性”的仪器互换机制，并能够支持不同类型仪器的互换及多仪器组合的互换，还可实现面向应用的复杂测试／激励模型的重用。

3）新的 IVI信号接口（IVI—Signal Interface）规范包含了信号基本操作方法，如复位、建立、变化、捕获，允许应用程序控制生成和测量一个物理的信号，这个信号可以是一个或多个信号，IVI信号接口组件调用IVI仪器驱动器VISA或SCPI命令来控制仪器。它还提供应用程序使用资源信息模型的途径，以支持ATS根据信号自动分配仪器资源。

1.3 基于1641标准实现TPS可移植

TPS可移植和互操作技术是实现测试软件可重用、扩大测试系统的应用范围、提高开发效率和降低测试开发成本的关键。实现测试软件可移植与互操作的两个基本条件是：1）测试系统信号接口的标准化；2）测试程序与具体测试资源硬件的无关化。

测试软件从结构上可分为：面向仪器、面向应用和面向信号3种形式，而面向信号的开发是测试软件互操作的前提。面向信号的开发使测试需求反映为针对UUT端口的测量／激励信号要求，TPS中不包含任何针对真实物理资源的控制操作。当测试资源模型也是围绕“信号”而建立时，则只要通过建立虚拟信号资源向真实信号资源的映射机制.就可以实现TPS在不同配置的测试系统上运行。

IEEE 1641标准是关于测试和信号定义的技术标准，他保持了ATLAS面向UUT基于信号的原则，但以API代替了ATLAS这一专门的测试语言，是ATLAS面向信号测试语言发展的顶峰，能真正满足TPS可移植的要求。STD已经不再是一种测试描述语言，而主要是一套信号组件库，并且能够方便地与其他标准（比如IVI信号接口标准）结合形成面向信号的测试应用开发，该标准为用户提供了描述和控制信号的能力，并允许用户选用自己的操作系统和编程语言。用户可以通过信号定义来描述测试需求和测试资源，而不必考虑使用哪一种编程语言[5]。图2是STD标准的层次结构图[6]。

图2 1641标准层状模型图Fig.2 1641 standard layered model diagram

2 信息模型在测试领域的应用

2.1 互联网领域的信息模型概念

“语义层”通用自动测试系统提出了“信息模型”的概念。而信息模型概括的讲就是一种用来定义信息标准表示方式的方法。主要是通过对信息的内容、相互关联关系、数据流图和相应操作的研究构建出的开放可扩展的标准模型，这样的标准模型标准化了信息的类型、属性等固有特性。通过使用这样的信息标准模型，我们可以实现使用不同的应用程序对所管理的信息数据进行重用，变更以及分享等功能。其实“语义层”通用自动测试系统在本质上就是借鉴了互联网技术利用信息模型在信息处理上的成功经验，其中最典型的一个例子便是超文本标记语言 （Hyper Text Markup Language，HTML），HTML标准本质上就是一个表达信息的标准模型。符合HTML规范的信息可以在不同PC硬件、操作系统和浏览器之间进行相同的显示，完全不必考虑计算机硬件和软件的影响。

2.2 自动测试领域信息模型概念

在自动测试领域，由于测试仪器硬件不同，测试平台不同和测试程序运行环境不同，严重的制约了TPS的可移植性和ATE的互操作性。因此为了解决这个问题，借鉴互联网技术的成功经验，信息技术领域有了更加通用的（HTML只适合描述展现在屏幕上的信息模型），与信息生成、处理和应用方式无关的信息描述技术——可扩展标记语言 （XML）。在此XML技术下，工业界对ATE通用化有了最新的解决方案，自动测试标记语言（Automatic Test Markup Language，ATML）就是国际电气与电子工程师协会（IEEE），采用XML定义的一个系列标准，它规范了所有与ATE相关的信息描述标准，该标准描述的信息与信息产生的方式无关、与信息处理的方式无关，因此为ATE各组成部分之间，以及ATE之间提供了一种信息交换媒介。

3 基于1641标准的互联网时代的解决方案

图3是文中提出的基于1641标准的测试程序在不同ATE中移植并运行的原理框图，其核心是借鉴互联网的HTML模型解析思想，利用XML信息模型表达进行传递，由于XML具有数据重用、数据和表示分离、可扩展性以及结构化集成数据等特点，用XML存储的测试内容与具体的测试仪器无关，而与被测对象（UUT）所需的激励和测量信号有关，这样的信息模型能被不同的基于1641标准RTS解析并运行。从而实现基于1641标准的测试程序移植性。

XML具有如下的优势：

1）数据重用

XML是被设计用来存储、携带和交换数据的，一个存储数据的XML文档，可以被程序解析，把里面的数据提取出来加以利用，还可以通过网络传输到另一台计算机上被解析使用。

2）数据和表示分离

XML的优势在于，它保持了用户界面和结构数据之间的分离。HTML指定如何在浏览器中显示数据，而XML则定义显示内容。在不使用XML时，HTML用于显示数据，数据必须存储在HTML文件之内；使用XML，数据就可以存放在分离的XML文档中。

图3 基于1641标准的ATE互操作模型Fig.3 ATE interoperability model based on the 1641 standard

3）可扩展性

XML是设计标记语言的元语言，而不是HTML这样的只有一个固定标记集的特定的标记语言。可扩展性是至关重要的，企业可以用XML为电子商务和供应链集成等定义自己的标记语言，甚至特定的行业可以一起来定义该领域的特殊的标记语言，作为该领域信息共享数据交换的基础。

4）结构化集成数据

使用XML之后，一方面简化了复杂数据结构的描述和操作，另一方面在一定程度上改善了软件的通用性。XML的这种特性对信息的存储、交换和显示都带来了一些益处，值得大家关注。XML的主要优势在于它提供了一种简洁的描述复杂数据的方式[7]。

4 结束语

文中对ATS的开放性和通用性做了简单的介绍，并对通用自动测试系统的发展做了论述。提出了在自动测试领域要借鉴互联网络中信息模型的概念，得出IEEE-1641标准才是解决TPS可移植的重要手段和途径。并提出了该标准在ATS中的一种解决方案，为今后推广该标准并将其用在测试领域方面并实现ATE的互操作和TPS的可移植奠定了坚实的基础。

[1]李行善，左毅，孙杰.自动测试系统集成技术[M].北 京：电子工业出版社，2004.

[2]沈震，戴英侠，杨江平.自动测试设备软件平台通用性的研究与设计[J].计算机工程与应用，2005（9）:229-232.SHEN Zhen，DAI Ying-xia，YANG Jiang-ping.Research and design of ATE software platform versatility[J].Computer Engineering and Applications，2005（9）:229-232.

[3]吕晓峰，马羚，冯小南.ATS软件平台的通用性研究与设计[J].计算机测量与控制，2012，20（2）:538-540.LV Xiao-feng，MA Ling，FENG Xiao-nan，ATS software platform versatility and design[J].Computer Measurement&Control，2012，20（2）:538-540.

[4]黄建军，杨江平，彭飞.通用自动测试系统（ATS）体系结构及关键技术[J].火力与指挥控制，2009.HUANG Jian-jun，YANG Jiang-ping，PENG Fei.General ATS architecture and key technologies[J].Firepower and command and control，2009.

[5]IEEE Standards Coordinating Committee 20.IEEE Standard for Signal and Test Definition[S].IEEE STD 1641TM-2010（Revision of IEEE Std 1641-2004）， 3 Park Avenue New York， NY 10016-5997，USA.17 September 2010.

[6]路辉.自动测试系统测试描述语言[M].北京：机械工业出版社，2011.

[7]孙晓非，冯冠，张银鹤，等.XML基础教程与实验指导[M].北京：清华大学出版社，2008.