信息化体系结构ATE软件开发平台设计方法

崔翘楚+魏长安

摘 要： 针对国内外复杂电子设备的自动测试系统测试数据开放性差、远程测试保障能力欠缺、测试效率较低等问题，提出一种自动测试设备（ATE）软件开发平台设计方法。该平台以信息化体系结构中间件为核心，实现分布式的资源应用之间的信息交互，并为信息交互提供数据的安全性保障；同时该软件平台以Access数据库技术为支撑，更加有效地组织管理历史测试数据以及复杂电子设备的各类综合保障信息。利用此开发平台，可通过资源应用快速构建集多节点并行测试、故障诊断、维修保障等于一体的ATE软件，不仅可以缩短ATE软件研发时间，降低ATE软件的研发成本，还可以提高测试效率及保障能力。

关键词： 信息化体系结构； 自动测试； 故障诊断； 复杂电子信息系统

中图分类号： TN958?34； TP391.4 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）22?0029?05

0 引 言

我国现在的复杂电子系统自动测试系统在汽车、医疗等领域有着广泛应用。近年来，由于电子系统种类不断增多，电子系统集成不断加大，传统的ATE已经难以满足当今电子系统快速发展的客观需求，主要不足在于： 测试数据的开放性差、远程测试与保障能力低、测试效率低、并行测试能力欠缺、针对不同型号电子设备系统软件的开发成本高[1]。

测试集成环境（Testing Integrated Architecture，TIA）是一种将分布式交互仿真体系结构[2?3]应用于测试领域的开放体系结构。TIA中间件[4]能够实现分布式资源应用之间的信息交互，并为信息交互提供数据的安全性保障。测试集成环境TIA可以通过添加资源应用的方式快速构建ATE方案，通过配置对象模型、实体及发布订阅关系可针对不同的UUT型号快速配置资源应用之间的信息交互格式，通过ATE软件资源的应用框架快速配置UUT基本信息、测试方案及故障诊断专家库。

1 基于TIA的ATE软件架构

图1为基于TIA的信息化体系结构ATE软件架构的示意图。图1中，TIA软件框架由资源应用（组件）、公共设施和基础工具3部分构成。

资源应用是组成测试方案的基本单位，能够在测试过程中执行相应的功能。用户可以通过使用资源应用的框架快速配置UUT基本信息、测试流程、诊断专家库等信息。方案的运行则依托于中间件，中间件是一个支持建立可互操作的实时分布式应用的分布对象计算中间件，即分布式的资源应用之间可以依托于中间件进行发布订阅，以实现信息交互，并为信息交互提供数据的安全性保障。发布订阅的数据格式为SDO数据包。SDO数据包[5]用于一个资源应用到多个资源应用或一个资源应用到一个资源应用之间的信息交互。它们是在 TIA元对象模型中实例化的，包括的属性有实体名称、实体ID、对象模型类型、订购发布属性和流本身。流由多个“帧”组成，可以有许多类型的帧与单个流关联。因此发布订阅双方的资源应用都必须具有相同的对象模型才可以实现SDO数据包的传递。

公共设施是为实现TIA应用快速建立奠定基础的软件子系统，包含中间件、资源仓库和数据档案。资源仓库[6]负责存储对象模型及资源相关信息，数据档案[7]负责存储与测试系统相关的方案信息。

基础工具负责管理TIA公共设施和资源应用。信息化体系结构ATE软件主要具有如下资源应用：

（1） 虚拟UUT资源应用是信息化体系结构ATE软件的核心资源应用，测试信息录入资源应用、测试结论分析资源应用、故障诊断资源应用、健康趋势分析资源应用、履历管理资源应用等资源应用都必须获取虚拟UUT资源应用数据库中的信息后，才能实现各自的功能。

（2） 故障诊断资源应用可实现编辑故障诊断专家库，并存储到数据库中；选择测试数据源并根据故障诊断专家库进行故障诊断。

（3） 测试信息录入资源应用可实现编辑测试信息，并录入虚拟UUT数据库。

（4） 测试结论分析资源应用可实现选择被分析测试数据源并接收测试数据，进行测试数据分析，并得出测试结论。

（5） 3D显示资源应用可实现编辑UUT型号物理结构并存储，并根据物理结构XML文件显示UUT效果；接收故障诊断结果并显示故障位置的动画，同时可显示维修指导提示动画。

（6） 趋势分析资源应用可实现选择测试数据源并进行数据分析，发送分析结果。

（7） 履历管理资源应用可实现编辑履历、存储履历、根据请求有选择地发送履历信息。

2 ATE软件设计

信息化体系结构ATE软件，通过创建具有不同用途的试验方案实现自动测试、故障诊断、履历管理、训练、维护等功能。

2.1 虚拟UUT资源应用设计

虚拟UUT资源应用是虚拟映射实体的载体，它能够反映出真实UUT的全部信息，包括型号信息、单体UUT状态信息和履历信息。其他资源应用通过中间件来订购发布虚拟UUT资源应用的状态。虚拟UUT资源应用用例图如图2所示。

用户可以使用虚拟UUT资源应用来处理UUT型号信息测试数据和履历信息，其中UUT型号信息的详细分类如图2所示。处理这一行为包括编辑、存储和读取3个子行为。

虚拟UUT资源应用中的各种信息是存储在数据库中的，这里采用Microsoft Access数据库的形式进行存储。数据库详细设计如表1所示。

表1为UUT型号信息表，主键为ID，型号的物理结构存储的是描述UUT型号物理结构的XML文件路径。该XML给3D显示资源应用提供所有的显示信息，使其显示出真实UUT的模拟3D效果图。

物理结构XML文件层次如表2所示。

若被测设备由n个部件构成，则物理结构XML文件根节点下就有n个子节点，这n个子节点下又分别具有部件ID号、部件大小、部件位置、部件旋转角度、部件颜色这几个子节点。

表3为单体UUT状态表，主键为ID，测试时间为字符串类型，格式为“1999?2?2 12：12：12”。测试数据集合字段下存储的是经SDO数据包转化后的OLE格式。如上所述，SDO数据包和相应的对象模型[5，8]结构一致，对象模型文件的格式为XML，其基本结构如图3所示。

表3 单体UUT状态表

如图3所示，一个对象模型中可以包含多个属性，每个属性下面还可以包含任一层的子属性。

表4为履历信息表，主键为ID，数据类型是字符串，格式为“1999?2?2 12：12：12”，单体UUT状态表示某一序列号UUT的当前状态，如：“正常”、“故障”、“检修中”、“运输中”等。

表4 履历信息表

2.2 故障诊断资源应用设计

故障诊断资源应用能够实现让用户针对不同型号的UUT快速配置故障诊断方案和对故障诊断进行运行控制，同时用户可以使用故障诊断组件查看故障诊断结果。

如图4所示，用户可以在方案设计阶段对故障诊断专家库和故障诊断结果的维修指导进行快速配置。配置的故障诊断专家库和维修指引都将存储在数据库中。

数据库的详细设计如下：

故障诊断专家库如表5所示，主键为ID。故障部件字段下的内容应与UUT物理结构XML文件中描述的部件名称相一致。判断条件字段下的内容格式为由若干个属性名称和“与”、“或”、“非”逻辑符号组成的判断条件表达式。

例如：！A1：：A11&&A2||A3：：A31。

表示在A1属性下的子属性A11不超限且A2属性超限的情况或者A3属性下的子属性A31超限的情况下，该判断条件对应的部件发生故障。

可以根据维修指引信息ID到维修索引表中查找具体维修指引信息。

维修索引表如表6所示，主键为ID，与故障诊断专家库下的维修指引信息ID信息相对应。维修指引文字信息为用户提供维修指引的文字提示，维修指引3D显示信息字段下的内容为需要更换的部件名称，应与UUT物理结构XML文件中描述的部件名称相一致。

3 ATE软件开发方法

ATE软件的功能实现分为方案设计和方案运行两个阶段，在方案设计阶段，基于TIA的ATE软件构件图如图5所示。

基于TIA结构和中间件具有自动测试、故障诊断、履历管理等功能的资源应用是实现信息化体系结构ATE软件功能的核心构件。用户通过操控门户启动方案设计工具来编辑试验方案和测试流程，并配置相关资源应用的参数，将其存储在数据档案中。

在方案运行阶段，基于TIA的ATE软件构件图如图6所示。操控门户通过启动TIA运行平台控制方案，在方案运行过程中，TIA运行平台依赖资源仓库加载功能资源应用（实体和对象模型），依赖中间件实现发布订阅服务。

自动测试功能是信息化体系结构ATE软件的核心功能，其实现过程分为方案自动测试方案设计和自动测试方案运行两个阶段。

在平台方案编辑界面中拖入所需要的资源应用配置好其他资源应用的各种参数。第一次配置方案时，用户可以根据不同类型的UUT快速设置他们的型号信息，如型号名称、定检周期、物理结构信息（需使用3D显示资源应用配置），同时还须给各个资源应用配置好对象模型及实体信息以及发布订阅关系。若方案设计者配置的信息都是正确的，则配置信息将存入虚拟UUT资源应用数据库、资源仓库和数据档案中。

方案运行阶段序列图如图7所示。

图7 自动测试方案运行阶段序列图

在自动测试方案运行阶段，TIA集成测试环境可以根据方案设计阶段已经设置好的实体及对象模型信息结合测试流程和仪器资源进行自动测试。仪器资源应用通过中间件订阅到流程资源应用发布的测试流程以驱动硬件资源采集测试数据，并将采集到的测试数据包通过中间件发布到虚拟UUT资源应用中，最后存储到数据库中。

4 结 语

信息化体系结构ATE软件以测试集成环境和中间件为支撑，实现了分布式的资源应用之间的信息交互，提高了测试数据的开放性和远程测试保障能力；同时，多节点的并行测试也使测试效率大大提高。以数据库技术为核心，更加有效地组织管理了历史测试数据和复杂电子设备的各类综合保障信息，并实现了针对不同型号的电子系统用户可通过快速的参数配置实现ATE的测试、训练、维护等功能，可降低ATE软件的研发成本，缩短了研发时间。

参考文献

[1] 杜里，张其善.电子装备自动测试系统发展综述[J].计算机测量与控制，2008（8）：1019?1021.

[2] POCH K. Joint range systems interoperability achieved through the implementation of the test and training enabling architecture （TENA）， AIAA 2004?6875 [R]. USA： AIAA， 2004..

[3] HUDGINS G. The test and training enabling architecture （TENA） overview briefing [EB/OL]. [2012?01?22]. http：//www.fi2010.org.

[4] 冯润明，王国玉，黄柯棣.TENA中间件的设计与实现[J].系统仿真学报，2004（11）：2373?2377.

[5] 孔勇，杜新宇.TENA 对象模型的研究[J].计算机与现代化，2013（2）：85?89.

[6] 马跃.试验训练体系结构资源仓库开发[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.

[7] 冯润明，王国玉，黄柯棣.试验与训练使能体系结构（TENA）研究[J].系统仿真学报，2004（10）：2280?2284.

[8] NOSEWORTHY J R. Developing distributed applications rapidly and reliably using the TENA middleware [C]// Proceedings of 2015 IEEE Military Communications Conference. Atlantic City， NJ： IEEE， 2015： 1507?1513.