TPS开发环境通用性的研究与设计*

王伶俐 许炎义 郭 跃 郭 凯

(海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)

TPS开发环境通用性的研究与设计*

王伶俐 许炎义 郭 跃 郭 凯

(海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)

武器维修设备采用自动化测试系统的研制模式的背景下,文章结合TPS开发环境通用性的特点提出了四个关键技术。这些技术为解决武器装备维修中存在的问题提供了一个很好的解决途径。

通用性; 信息共享; 仪器互换性; 可移植性

ClassNumberTP311

1 引言

在科学技术高度发展的今天,随着军事装备的复杂性的提高,对测试系统提出了越来越高的要求。测试项目和测试范围不断扩展,对测试速度和精确度的要求也与日俱增。因此,传统的人工检测维护手段已经无法满足现代化武器系统支持保障的要求。在这种背景下,军用的自动测试系统就应运而生,各国都投入大量的资金和人力进行研究。据报道,目前测试成本已达到研制装备成本的50%,有的甚至达70%,而且编制测试程序花费的时间比系统设计所花费的时间长得多。鉴于自动测试系统的开发成本和时间问题,我国部分武器装备的维修设备已经向通用自动测试系统方向发展,部分装备的维修设备已经采用“通用测试平台+专用适配器+TPS(Test Program Set,TPS)程序集”的模式进行研发。

目前,我军武器装备维修还存在一些问题:各级维修单位之间武器装备测试信息通常不能互联互通;各级维修单位交叉测试结构的重复建设和投资相对较大,且不能对武器装备在不同阶段的状态进行监控;对维修设备的测试与诊断是分开进行的,工作量相对较大;国外先进武器装备引进数量增加,这些设备电器结构相对复杂,很难进行实时测控;武器装备向高数字化、高集成化方向发展,传统的激励-响应模式的测试信息结构已经不能完全适应数字化设备的测试过程。考虑到目前武器装备维修存在的这些问题,我们对TPS开发环境的通用性进行了深入的研究,并提出了几个关键技术。

2 TPS开发环境通用性的特点

通用性是一个相对的概念,通用的测试环境的设计开发,必须详细地分析被测对象的具体测试需求[1]。通用的测试环境所具有的主要特点是:

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、测试结果管理和测试系统实现提供了整体系统结构。

2)测试信息共享。测试信息共享包括测试数据、测试资源数据、诊断数据和历史数据等信息的交换与共享。

3)测试仪器可互换性。仪器型号更换或升级后,不影响原有TPS的使用。

4)TPS可移植性。实现TPS与测试仪器无关,可以在不同的ATE平台间进行传递。

3 关键技术分析

3.1 基于ABBET标准体系结构

ABBET[2](A Broad Based Environment for Test)是IEEE标准协调委员会20(SCC20)拟定的用于自动测试系统研制的标准,旨在使自动测试系统的开发规范化并降低成本。它所提供的不是一个已做成的软件系统,而是一套完整的、分层次的软件标准集合,为集成各种设计数据、测试策略与需求、测试过程、测试结果管理及测试系统实现而规范了一个复合环境。

ABBET是用于产品测试领域的软件接口标准的集合,其意图是使从测试信息到测试实现的过渡更为方便。定义这些软件接口标准,是为了支持软件组件的可移植性、可重用性、互换性、互操作性,并使之成为测试相关软件开发工具的最终目标[3]。ABBET软件体系标准框架如图1所示。

图1 ABBET软件体系标准框架结构

该体系主要是专注于产品测试领域的标准化框架。标准化框架允许测试应用和工具能够在实现于ABBET框架服务之上的异构平台中得到支持。

3.2 基于ATML实现测试信息的共享

ATML(Automatic Test Markup Language)是由IEEE标准委员会下设的测试信息集成分子委员会发布的自动测试标准语言ATML[4]。ATML标准的作用范围是:为了在自动测试系统各部分之间共享信息,ATML定义了一个标准的交换中间件。这些共享的信息包括:测试数据、资源数据、诊断数据和历史数据,这个中间件即为可扩展标记语言(XML)。ATML通过对多个XML模式进行定义,将TPS相关信息逐类进行分离,如将测试资源信息划分为被测对象、适配器、工作站、仪器资源、测试描述、测试结果、配置信息、公共信息等几大部分分别加以描述,每部分都可以导出符合ATML标准的XML文件,这种资源描述和测试过程描述相分离的模式,保持了各类信息的独立性,实现了测试信息在产品全寿命周期内测试资源共享。

3.3 基于IVI实现测试仪器的互换性

为进一步提高仪器驱动程序的执行性能,达到真正的仪器互换性。1998年成立了IVI(Interchangeable Virtual Instruments,可互换式虚拟仪器)基金会,为仪器驱动制定了一套新的仪器驱动程序标准,使应用程序可以实现完全独立于硬件和接口,提高了仪器驱动程序的执行效率。

IVI的核心思想是“互换性”,IVI规范的核心是设备驱动程序库。该程序库将所有设备的驱动程序分成示波器、万用表、信号源、开关、电源、函数发生器、信号源、频谱分析仪、功率表等八大类,并规定了与每一类仪器通讯的标准编程接口。因为规定一个唯一的标准接口来保证所有同类仪器都能正常工作是不现实的。IVI规范将每类仪器驱动程序分为基本能力和扩展属性两部分。前者定义了同类仪器中95%以上的仪器设备所有的能力与属性,后者则定义了每种仪器的许多特殊的功能与属性。IVI结构模型如图2所示。

图2 IVI结构模型

测试程序通过仪器的逻辑名调用分类驱动程初始化函数。IVI引擎通过逻辑名称检查IVI配置文件,以确定某一具体仪器,动态地调用具体仪器驱动程序。通过标准COM端口与仪器建立会话连接,并将会话句柄返回给分类驱动程序。分类驱动程序的其他函数通过该句柄发送仪器控制命令和接收数据,这些函数同样由IVI引擎映射到具体仪器驱动程序的函数,以完成对硬件仪器的I/O操作[5],通过这个过程实现对可互换仪器的控制。仪器更换后,只要修改配置文件的信息,使程序中的逻辑名指向新的仪器和仪器驱动程序,就可方便地实现仪器可互换需求。

3.4 基于IEEE1641标准实现TPS的可移植性

目前,测试领域内存在两种不同的测试程序开发模式:一种是面向仪器的测试,另一种是面向信号的测试。面向仪器的测试由测试程序直接控制仪器的动作来完成测试,是紧耦合开发模式;面向信号的测试将对测试资源的需求映射成对信号激励/测量的需求,通过资源管理器的分配和定位,驱动测试仪器完成测试任务,是模块化,松耦合开发模式。直接面向虚拟仪器调用测试资源,其缺点是系统往往不能涵盖所有仪器和新的功能,从而使TPS的可移植性和仪器互换性受到限制;而信号的类型是有限的,可以涵盖所有仪器,不怕新的仪器种类出现,这是它的优势所在。

因此测试信号的分类建模研究显得犹为重要。一个好的测试信号模型,有利于实现测试系统的“层次化、标准化、模块化”的要求;有利于从根本上解决TPS的可移植性。

IEEE1641是关于信号与测试定义的标准[6]。它是从ATLAS 2K中脱离出来的,最初的目的是提取出基于IEEE716标准中C/ATLAS中“有用”的信号。实际上IEEE 1641建立的信号描述框架,不但实现了既定目标,而且在信号复用、不同层次的信息描述能力、新技术的支持上表现得更有活力[7]。

图3是IEEE1641标准的层次结构模型[8],每一层和它的功能都在该段中描述。每一层都建立在上一层所定义的项目上。上层可以使用任何低于该层次中定义的项目,同时每层也不必对其下层中的项目进行完整定义。

图3 IEEE1641标准的层次结构模型

分析了ATLAS标准中关于信号分类存在的弊端,结合该标准结构层的不同功能,对信号进行重新分类,提出了建立信号模型的基本思想:首先完成基本信号模型的构建,以组件的形式封装,然后通过对基本组件对象的调用,完成复杂信号建模。基于该标准的信号组件,为开发基于信号的测试程序奠定了基础,为TPS可移植性的实现提供了途径。

4 一种通用TPS开发环境的设计与实现方案

以下介绍一种面向信号的通用TPS开发环境的设计方案,用于某型武器系统中修设备自动测试和诊断维修的需要。

通用测试环境的设计与测试标准体系的建设相辅相成。按照ABBET标准体系架构,TPS开发环境主体框架设计如图4所示。其中资源管理器和具体仪器信号驱动均为标准接口定义下的COM组件[9],而信号组件是独立的COM组件。

· 资源需求与策略:提供了测试的策略、需求和测试设备数据等信息,目的是产生高效的测试程序和可靠的数据,进行故障诊断推理和建立测试诊断知识库。

· 信号组件库[10]:每个信号组件对应一种信号,信号类型定义参考STD标准和工程实践,其功能是存储客户程序输入的信号信息,供具体仪器信号驱动调用;存储测试结果,供应用程序调用。

· 接口标准:定义面向信号仪器驱动各接口标准,供其他组件调用。

· 资源管理器:应用程序和具体仪器信号驱动的中间层,用于检索仪器信号描述XML文件,查找合适的仪器,创建具体仪器信号驱动。

· 仪器信号驱动:测试功能的实现者,通过封装底层仪器驱动函数,完成具体仪器信号测试功能。

基于某型武器系统的TPS开发测试流程如下:

1)首先获取被测对象的资料,然后对其功能、性能指标进行分析,总结出被测对象的测试信息需求。

2)测试程序输入信号需求,信号组件存储输入的信号信息。

3)测试程序与测试接口进行连调。资源分配器访问每台仪器的XML文件,将测试程序输入的信号信息与仪器信号能力相比较,检索得到所需测试仪器。

4)资源管理器根据检索到的仪器创建具体仪器信号驱动。

5)仪器信号驱动器控制仪器,完成测试功能。

5 结语

实践证明,通过采用ABBET标准体系结构、ATML技术实现资源共享、IVI实现仪器互换、1641标准实现TPS可移植性所构建的TPS开发环境可以从根本上改善测试仪器的可互换性,有效地提高TPS的可移植性。基于该测试环境所构建的自动测试系统可以有效地提高装备维修保障的效率和维修保障的标准化、自动化水平,节省了维修时间和经费,具有显著的军事价值和经济效益。

[1]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].计工程与应用,2005(9):229-232.

[2]袁锐.基于ABBET的通用自动测试系统软件平台研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2007,6:34-36.

[3]IEEE Standards Coordinating Conunittee20. IEEE Trial-Use Standard for Abroad — Based Environment for Test(ABBET)[S]. IEEE,1999:14-15.

[4]IEEE. IEEE St d 1671. IEEE Trial-Use Standard for Automatic Test Markup Language(A TML)for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML[S].2006.

[5]李毓辉,郭群山,周雄伟.一种自动测试系统软件平台的设计[J].微计算机信息,2005,21(5):143-144.

[6]IEEE Std 1641. Signal & Test Definition[S]. IEEE,2004.

[7]芶新禹,肖明清,夏锐.面向自动信号测试系统资源适配器接口设计研究[J].电测与仪表,2007(9):52-55.

[8]严英强,杨锁昌.IEEE1641标准及发展[J].仪表技术,2007(7):57-58.

[9]潘爱民.COM原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2005.

[10]戴豪民,牛双诚,张光轶.面向信号自动测试系统信号组件的设计与实现[J].现代电子技术,2009(4):60-62.

GeneralityAboatTPSDevelopmentEnvironment

WANG Lingli XU Yanyi GUO Yue GUO Kai

(School of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

In the context of the development mode aboat weapons and equipment maintenance using automated test system, the characteristics of TPS development environment is combined to present four key technologies. These technologies provide a good solution for solving the problems existing in weapon equipments maintenance.

generality, information sharing, instrument interchangeability, transferability

2013年10月21日,

:2013年11月30日

王伶俐,女,硕士研究生,研究方向:海军电子装备的管理与使用。许炎义,男,教授,硕士生导师,研究方向:海军电子装备的综合保障。郭跃,男,硕士研究生,研究方向:海军电子装备的综合保障展。郭凯,男,硕士研究生,研究方向:信号与信息处理。

TP311DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.04.042