面向信号的ATS测试软件结构及相关模型

王怡苹，汪定国，吴忠德

（海军航空工程学院科研部，山东烟台264001）

面向信号的自动测试是通用自动测试系统（Automatic Test System，ATS）的发展趋势[1]，其优点是在测试程序中只包含针对被测对象端口的信号描述，而无须进行通道的转接和仪器的指定。它真正实现了测试程序与仪器的无关性，解决了测试程序的跨平台可移植问题[2-3]。

规模和复杂程度已成为制约自动测试系统软件开发的突出问题。实现测试软件的规范化描述，并在此基础上实现软件模型的无缝集成，是解决该问题的关键。在面向信号的自动测试软件平台中，信号是其组成的基本组件。采用以信号模型为基础，建立统一的仪器模型和测试任务模型，可解决测试软件平台中各层间的标准化集成问题，并能充分发挥面向信号的测试软件平台的优势。

1 测试软件分层模型

面向信号的测试软件平台采用分层化的模型设计，各层次间的接口遵循通用的标准和规范。各层次间、模块间以及与外部之间的接口都按照一定的通用标准进行数据交换和信息共享，以保证测试程序与测试系统软、硬件平台的无关性，满足测试程序可移植和可重用的要求[4]。

系统的各功能模块具有良好的可重用性，有利于系统将来的裁减和扩充。IEEE 1641 标准[5-6]，将测试软件平台分为4个层次，建立了平台的总体模型，如图1所示。

信号建模语言层（Signal Modeling Language，SML）为基本信号组件层提供数学定义。这些数学基础使得用基本信号组件层定义的信号能够在功能上进行比较和仿真。SML 层信号定义是信号重用的基础，而信号重用正是IEEE 1641标准扩展的实质。

图1 面向信号的测试软件分层模型

基本信号组件层（Basic Signal Component，BSC）提供可重用的、形式化描述的基本信号类。BSC类是IEEE 1641标准中信号构成的最小单元。每个BSC都有它的类名称、类类型、特性和默认值、XML模板定义（XSDs）、接口定义语言（IDL）描述和SML 信号定义。每个BSC既可作为信号接口提供给测试需求层使用，也可作为基本信号，将多个BSC 信号进行组合，构建成复杂信号，满足测试需求层的要求[7]。

测试信号框架层（Test Signal Framework，TSF）确定了可重用的、格式化描述的信号类库是如何定义的。TSF 库的内容是某一领域信号定义的集合，这些信号定义是由其他TSF 信号和BSC 信号组合而成的。TSF 层提供TSF 库，这些信号类库形成了信号接口的扩展机制，即允许创建其他的信号类定义。一个TSF库中的每一个TSF类都用它的类名、类类型、特性和默认值、XML 描述（包括XML 形式的接口定义、静态信号模型定义，以及能够得到的IDL接口和XSD的文本化描述）来定义。TSF 信号类的制定必须建立在SML和BSC层的基础之上。

测试需求层（Test Requirement Layer，TRL）是用结合信号特征，且满足载体语言要求的描述方式来形式化地描述测试需求（例如测试需求、测试过程和测试程序）。在测试需求层中可直接调用IEEE 1641 标准特有的测试过程语言（Test Procedure Language，TPL）。TPL语言是为在面向信号机制下，采用文本化方式编写测试程序提供的一种语言规范[8]。IEEE 1641 标准为TPL 语言定义了10 个表征测试行为的动词，用于描述面向信号的机制下信号测试和控制过程，但它没有像C/ATLAS语言那般提供了全部的编程语言定义。因此，在编写实际可执行的测试程序时，需要将TPL语句嵌套在其他标准编程语言（即载体语言）之中，比如C 语言等，以混合编程的方式来实现。具体嵌套在何种标准编程语言之中，并没有限制，允许用户选择自己熟悉的编程语言。

2 面向信号的ATS测试软件相关模型

面向信号的测试，就是将测试需求中所需的虚拟信号与组成测试系统硬件平台的仪器所具有的真实信号间建立连接，并使仪器产生控制、激励或测量信号，完成被测对象的测试。因此，信号是面向信号软件平台的基本组件。研究面向信号的软件平台，首先必须对信号的模型进行分析与研究，在此基础上再进行仪器模型和测试任务模型的研究。

2.1 信号模型

本文以IEEE 1641标准中BSC层和TSF层信号为基础，给出了信号模型，如图2所示。

由图2可看出，无论是基本信号还是扩展信号，其描述都应包含信号类型、角色、名称、属性（含属性名称、范围、误差范围和精度）、同步信号和门信号等。其中，输出测量值表示指定的测量属性所对应的测量值。若该信号没有测量属性，则该信号也不具有输出测量值。

图2 信号模型

信号的描述方式有SML 定义、IDL 描述和XML描述等[9]。不同的信号描述方式有不同的侧重点和应用目的，如SML定义主要从数学模型的角度描述基本信号类的行为，对其参数进行定义，它位于层状信号模型的最底层，同时也是信号模型定义、仿真和验证的根基；IDL描述主要针对信号类的接口进行定义，规范化地描述信号类的属性和方法，是信号组件开发的基础；XML 对信号模型进行描述，主要用于ATS 软件模块之间规范化的信息描述和传递。

2.2 仪器模型

仪器是构成测试系统硬件的一个重要组成部分。面向信号的自动测试系统中所包含的信号都来源于构成这个自动测试系统的仪器。因此，分析一个自动测试系统所具有的信号能力，就需对组成系统的每台仪器进行分析。在对每台仪器进行分析之前，首先需建立一个仪器模型，以保证对仪器的描述有统一的规范，见图3。从信号的角度讲，仪器就是由若干不同类型的信号组成，这些信号分别流经仪器的输入或输出端口。它包含了每个仪器的基本信息、功能信号和端口信息等内容。

图3 仪器模型

仪器的基本信息是每个仪器的固有信息，它包含仪器的名称、总线控制方式（如PXI、VXI、PCI、PCIe、GPIB、LAN等）、总线地址和驱动程序名称等信息。

端口信息中列出了仪器的所有端口，每个端口对应于一个接线类型（Connection），也称为线型，如TwoWire（双线）、TwoWireComp（双线差分）和Three-WireComp（三线差分）等。有关Connection 中的连接类型详见文献[5]。

功能信息列出了仪器所有的功能，每个信号模型代表一个功能，每个功能与一个端口相对应。每个功能中又包含了信号的类型、角色、属性、同步信号、门信号和测量属性（只有当角色类型为sensor时，才具有测量属性）等。

2.3 测试任务模型

测试需求层是将测试任务形式化地描述为结合信号特征且满足载体语言要求的测试需求[10]。因此，结合IEEE 1641 标准中列出的测试行为动词，给出被测对象的测试任务描述模型，对于实现被测对象的面向信号测试具有重大指导意义。本文结合IEEE 1641标准列出的10个表征测试行为的动词，给出了测试任务模型。IEEE 1641 标准为测试需求层所使用的TPL语言定义了10 个表征测试行为的动词，如表1 所示。使用这10个TPL测试行为动词，可对被测对象完成测试任务的实施。

表1 TPL语言中表征测试行为的动词

本节给出的面向信号的测试任务模型如图4 所示。在一个测试任务中，实线框表示的模块可出现n次(n≥1)，虚线框表示的模块可出现m次(m≥0)。每个模块对应于一个或多个TPL测试行为动词。

申请虚拟信号表示申请完成一个测试任务所需的信号，由行为动词Setup完成的。

信号连接是建立已申请的虚拟信号与被测对象的某一个或多个针脚间的连接，由Connection完成。

图4 测试任务模型

使能事件是指若申请的信号与某个事件相关，则需要调用行为动词Enable，激活该事件。

等待是指等候某固定时间，使信号的输出稳定或达到被测对象的工作状态，由行为动词Waitfor完成。

信号状态改变是指更改某个已申请信号的属性值，由行为动词Change完成。

禁止事件是指停止已激活事件，由Disable完成。

结果判断是指获取被测对象的当前状态值，并与期望值相比较，从而判断被测对象当前的工作状态。获取测试结果和结果判断分别由行为动词Read 和Compare完成。

信号复位是指在完成测试任务的情况下，将已建立起的通路连接断开，已申请的信号释放，保证后续测试任务的正常进行。由行为动词Disconnection 和Reset完成。

2.4 模型之间的关系

本文的开始给出了测试软件的分层模型，接着给出了信号模型，并在此基础上创建了仪器模型和测试任务模型。这4 个模型都是建立在信号的基础之上的，图5 给出了这4 个模型之间的关联关系。测试软件分为4 层：SML 层、BSC 层、TSF 层和TRL 层，TRL层可调用TSF 层的信号，也可直接调用BSC 层的信息。信号模型是在BSC层和TSF的基础上，归纳出的模型。仪器模型是在信号模型的基础之上，再结合仪器的基本信息和端口信息等内容构成的。测试任务模型也是建立在信号模型的基础之上的，但其是针对软件平台的TRL层制定的，用于描述被测对象的测试需求或测试过程。

图5 模型间关系

3 结束语

本文首先对测试软件平台的各层功能进行了说明；在BSC 层和TSF 层信号的基础上，给出了信号模型；在这信号模型的基础上，又给出了仪器模型和测试任务模型；最后给出了各模型间的关系。这些模型结合在一起，实现了面向信号的ATS测试软件的规范化描述，保证了面向信号软件平台与仪器的无关性，以及测试程序跨平台移植的实现。

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