基于ATML的ATS资源建模与运行时服务研究

(1.西北工业大学 电子信息学院，陕西 西安 710129； 2.空军驻江西地区军事代表室，江西 南昌 330024)

随着时代和科学技术的飞速发展，通用自动测试系统 (Automatic Test System，ATS) 逐渐兴起。在自动测试系统内部，各个组件之间紧密连接，同时进行必要的数据交换，系统资源信息的规范化描述就变得尤为重要，它是保障自动测试系统通用性的前提。

IEEE标准委员会下的测试信息集成(TestInformation Intergration)分委员会发布了自动测试标记语言(Automatic Test Markup Language，ATML)标准集[1，2]，该语言标准的使用可扩展标记语言 (eXtensible Markup Language，XML) 来进行ATS组成单元之间测试信息的标准化交换。

ATML标准的优点体现在3个方面：

① 概括了自动测试系统内部的必要元素；

② 对ATS内部系统资源提供了规范化描述，提高了系统的通用性，便于系统间的数据交换；

③ ATML将系统划分为各个子组件，便于组件建模，同时也可通过XML进行数据交换。

文献[3]提出了以稀疏矩阵和单链表为基础的资源匹配算法；文献[4]提出了一种ATS软件建模技术，实现了兼容ATML标准所需的建模流程设计、模型识别及模型运行流程设计；文献[5]提出了以多属性决策理论研究仪器能力与测点需求的匹配，并建立了匹配函数，量化衡量测点与仪器的匹配优劣；文献[6]利用ATML Schema组件内容及其相互关系的关键XML技术所体现的先进软件工程的思想体现的继承、多态、消息映射等概念开发自定义的测试信息描述Schema；文献[7]介绍了ATML的需求背景、体系组成以及在自动测试系统中的实际应用案例；文献[8]介绍了ATML标准在空空导弹研究中的应用；文献[9]提出了一种运行时服务设计方案，完成了运行时服务功能；文献[10]和文献[11]通过分析资源描述文档来判断测试系统内部仪器是否满足需求；文献[12]提出了利用ATML的关键信息搜索测试通道的方法；文献[13]提出了一种面向信号的自动测试系统资源分配方法，通过信号匹配为UUT端口分配仪器资源。

本文针对ATML标准对ATS系统资源进行分析，将资源划分为6个子组件进行组件建模，并分别设计了建模工具对资源信息进行ATML描述。在此基础上对运行时服务(Runtime Service，RTS)进行功能设计，通过多属性匹配完成虚拟资源映射，并通过广度优先搜索算法完成了路由通道选择。

1 自动测试标记语言

1.1 ATML

ATML标准的出现成功地解决了测试系统资源信息的通用性问题，提高了系统之间信息的共享效率。ATML标准以XML技术为基础，开发符合测试领域适用的XSD格式的系统资源描述文件。

ATML体系结构主要包括三大部分：ATML框架、ATML组件和ATML相关标准[14]。ATML主体框架通过ATML子组件的形式进行定义，其包括了通用信息、测试结果、测试描述、测试配置、仪器描述、测试站描述、测试适配器描述、被测设备(UUT)描述。同时，子组件由3部分组成：标准、XSD文件和实例文档。XSD文件规定了对应XML文件的结构框架和属性，对相应的XML文件的正确性进行判断[5-6]，ATML标准为系统内部硬件资源信息的存储规定了基本结构框架，ATML解析工具可以方便地解析按照ATML标准存储的数据。

1.2 ATS资源

ATS系统由硬件平台和软件平台共同组成。ATML标准主要对系统的软硬件资源进行标准化描述。根据ATML标准对ATS系统资源进行描述，将系统资源分为6个子组件进行建模：测试描述、仪器、UUT、测试适配器、测试站和系统连接关系，各个子组件之间通过标准规范进行数据交换。各模块之间的信息互联如图1所示。

ATML标准与系统资源对应关系如下。

(1) 测试描述(IEEE 1671.1)

图1 模块之间互联关息

测试描述文件对测试信息进行了存储，包括接口信息、测试动作、测试序列、UUT相关信息等。

(2) 仪器描述(IEEE 1671.2)。

仪器描述对测试系统内部仪器资源自身信息进行了定义，主要包括仪器能力、接口和仪器内部端口的连接关系。仪器能力以信号特征描述，符合IEEE 1641的信号标准。

(3) UUT描述(IEEE 1671.3)。

UUT描述对UUT的信息进行了定义，包括UUT对外提供的接口信息、UUT基本信息、引脚的信号需求等。

(4) 测试适配器描述(IEEE 1671.5)

测试适配器的主要作用就是匹配测试站和UUT，内部包括信号调理电路和连接开关。测试适配器描述主要对其内部连接关系、适配器端口和内部电气特性进行描述。

(5) 测试站描述(IEEE 1671.6)。

测试站作为ATS主要硬件平台，内部含有测试系统中的各种资源。测试站描述主要是对外部接口、内部连接关系、仪器资源进行描述。

(6) 系统连接关系描述

系统连接关系描述定义了测试站与测试适配器、测试适配器和UUT之间的外部连接关系。

2 仪器建模技术

2.1 仪器描述方法

本文以仪器建模为例，对资源建模进行了说明。在自动测试系统中，仪器的主要功能是实现对UUT测点信号需求的产生和测量。仪器资源模型应该全面细致地反映自动测试过程中所需要仪器的各种信息。

仪器信息通过符合ATML标准的XML文件进行存储，保证了仪器在自动测试系统之间的通用性。仪器资源模型主要包括仪器的基本信息、通道信息和能力信息。ATML标准通过Instrument Description.xsd文件对仪器ATML文档进行规范[15]。

仪器描述模式文档通过树形结构层次化地展示了信息间的相互关系，允许用户对仪器信息进行保存，仪器描述文档以InstrumentDescription为根节点，包含了仪器的基本信息、接口信息及其他关键信息。仪器描述文件视图如图2所示。

图2 仪器描述文档逻辑视图

ATML标准最初制定时为了保证资源信息的全面性，描述模式文档的信息冗余量比较大，在应用中，考虑到具体测试任务的需要，开发者可选取所需要的关键信息对资源进行描述。本文选取典型的3个节点对仪器描述文档进行说明。

(1) 接口信息(Interface)。

接口通过Interface元素进行描述。接口信息主要包括连接器(Connectors)和端口(Ports)。Connectors元素描述硬件设备的物理连接信息，主要包含ID、位置、类型和模型名称，在XML文件中采用树形结构，可以很方便地表述多个连接器之间的相互关系。

(2) 内部连接信息(NetworkList)。

内部连接信息描述了与硬件内部各个端口之间的连接关系，它是硬件内部各个端口之间的一种物理连接方式，其通过NetworkList元素来描述。

(3) 能力信息(Capabilities)。

仪器信号能力在Capabilities节点下描述，包括信号能力和资源能力映射。在仪器内部，资源是一种产生信号能力的逻辑实体，包括资源名称和资源端口两部分；而信号能力就是资源能够产生的信号特征的描述。在仪器能力建模时，为了表征仪器某个端口的信号能力，需要完成信号端口到资源端口、资源端口到仪器逻辑端口的映射。

2.2 仪器建模设计

在整个测试系统建模组件的开发中，考虑到建模工具可为用户提供良好的图形交互环境，又考虑到采用面向对象的C++语言可以方便程序的开发，选用Qt5.8开发系统资源建模组件，同时Qt含有QDomDocument和QXmlStreamReader等类库，可以方便地对XML文件进行读写操作。

仪器建模软件旨在通过良好的人机交互界面建立符合ATML标准的仪器描述模型。仪器建模软件根据仪器模式描述文档特点，采用树形结构表征模型，对于描述文档所需元素，其以一定的图元进行表示，并建立子组件。仪器建模软件包含多个子组件，各个子组件分别对不同元素建模，最后根据树形结构进行综合。仪器建模软件中关键模块为模型转换模块，开发人员输入模型数据后，模型转换模块按照ATML模型结构将数据动态转换为ATML文件，实现资源建模。

仪器建模软件通过可视化的界面，将开发人员输入的仪器数据动态转化为符合ATML标准的仪器描述文档，快速实现仪器建模 。通过仪器建模软件，开发人员可以在仅了解所需仪器的性能、接口信息的前提下，实现仪器的ATML描述，减少了自动测试过程中人力资源的投入，使资源建模更加灵活通用。仪器建模软件的工作流程如图3所示。

图3 仪器建模工具工作流程

本文以信号能力和资源建模为例，对组件部分界面的设计进行介绍。资源能力建模主要信息如表2所示。

表2 资源能力建模信息

根据信号能力和资源的必要信息，信号能力建模工具界面设计如图4所示，对仪器信号能力建模过程中，引用STD标准[16-17]对信号属性进行建模。

图4 信号能力建模工具界面

用户通过仪器建模组件，可以方便地对仪器的相关信息进行录入，以生成符合规范的ATML描述文件。例如，在对仪器能力建模过程中，用户可通过界面录入仪器的信号能力属性特征及资源端口，并以XML文件的格式保存在计算机内存中。

3 运行时服务

3.1 运行时服务分析

运行时服务模块是面向信号的测试环境中进行资源管理的关键环节。

本质上来说，测试程序是一系列信号操作的集合，例如创建信号、初始化信号和控制信号。在仪器驱动层上，各种仪器驱动通过IVI-Signal标准封装成COM组件，通过传入信号的具体参数来调用仪器。在这个过程中，运行时服务系统根据具体的测试需求来进行仪器能力的映射，并找到一条最佳的信号通路，完成虚拟资源映射和路由通道选择。

(1) 虚拟资源映射。

在测试描述文档中，用户所需的测试需求通过信号的方式进行描述，体现了当前测试任务对信号能力的需求，系统资源描述文档中的信号能力以信号形式描述，体现了当前仪器所能提供的信号特征，因此RTS要完成测试信号需求与仪器能力的匹配。

(2) 路由通道选择。

完成虚拟资源映射之后，通过系统中资源文件确定UUT被测点以及仪器能力端口，RTS通过加载所有的资源描述文档，存储系统中的引脚连接关系，根据资源连接关系为UUT的被测点确定一条最佳信号通路，即路由通道选择。

3.2 运行时服务设计

系统中具有完善的内部资源描述信息是运行时服务系统正常工作的前提，包括测试站、UUT、测试适配器、仪器和系统连接关系的信息。测试程序执行过程中，RTS通过解析各个资源描述文档并通过信号匹配算法完成虚拟资源映射，RTS引用各个系统资源描述文档如图5所示。

图5 RTS引用系统资源描述文档示意图

3.2.1 虚拟资源映射设计

虚拟资源映射的目的是检查测试系统提供的测试能力是否能够满足测试需求。如果测试系统不能满 足UUT的测试需求，则表示该测试系统不能对指定UUT进行测试，系统应给出相应的提示。运行时服务系统工作时，首先完成虚拟资源映射，将测试信号需求映射到信号能力，得到物理端口信息，通过多属性匹配算法完成资源映射。主要实现步骤如下：

① 提取测试信号需求。通过解析描述文件得到需求信号的特征和信号类型。

② 提取测试站能力。解析测试站描述文档，根据测试站描述文档中Capability元素的子元素Sign-alDescription，获取测试站所有的信号能力和端口。

③ 匹配信号能力。通过信号匹配算法，将测试信号需求和信号能力特征进行匹配，匹配成功则记录对应仪器名称和仪器端口。匹配过程如图6所示。

多属性匹配算法将测试需求信号及测试站能力内部属性进行匹配，算法执行过程中对各类属性进行分类匹配，完全匹配则资源映射成功。基于此匹配方法的测试软件平台能够自行判断系统是否有能力执行一个给定的测试任务，并自动匹配测试仪器。在系统测试程中实现可用仪器的快速查找，保证了资源匹配过程中的有序性和准确性。

图6 多属性匹配过程

3.2.2 路由通道选择设计

路由通道选择的目的是获取能力端口和UUT被测端口之间的最佳通路。在系统内部资源描述文档中，各个硬件设备的端口在Interface元素下的子元素Ports中定义，硬件内部连接关系在NetworkList元素中定义，系统间的连接关系在系统连接描述文档中通过WireList元素定义，测试系统内部端口的连接关系构成关系图，为了方便查找，基于图论的思想，采用图结构对端口间的连接关系进行存储，并通过广度优先搜索算法搜索，主要实现步骤如下：

① 遍历系统资源描述文档，提取端口间的连接关系，并通过图结构进行存储。

② 起点为信号能力端口，终点为UUT被测端口，通过广度优先搜索算法对连接网络图进行遍历。

③ 以最短路径为指标，选择出最佳的信号通路。

自动测试测试系统内部资源端口间连接关系通过连接关系图直观表示，通过图论的思想，路由通道选择模块解析资源描述文件，将连接关系存储在内存中，构建系统端口连接关系图，通过广度优先搜索遍历端口连接图，可准确确定是否存在信号能力端口到UUT被测端口的信号通路，极大缩短了传统方法中频繁解析ATML文件所浪费的时间，提高了测试效率。

假设仪器1自身能够产生两种信号，分别为0～12 V的直流信号和一个幅值为0～16 V，频率为200～1000 Hz的正弦信号，通过两个端口输出。测试系统内部连接关系在此不再赘述。测试信号需求为幅值为6 V的直流信号，该信号被施加在连接器引脚J1-P-in0、J1-Pin1上，对应UUT端口为uut_power，通过RTS虚拟资源映射，对测试需求信号和测试站能力进行多属性匹配，匹配到的测试站中的instrument仪器端口dcpower符合该信号能力，通过路由通道选择找到了仪器端口dcpower到UUT端口uut_ power的最佳信号通路。RTS运行结果如图7所示。

图7 RTS运行结果

4 结束语

ATML标准规定了测试系统内部资源的通用化描述。在ATML标准下，资源信息以规定的格式存储，保证了系统内部的数据交换和系统间的互操作性。本文对系统资源建模进行了分析和建模工具的设计，实现了资源信息的可视化、规范化建模，提高了ATML文件的书写效率；并在已有资源描述文件基础上，提出了一种运行时服务的设计方案，完成了虚拟资源映射和路由通道选择的算法设计，具有一定的实际应用意义。