STD在通用自動測試系統領域中的應用

趙強，劉松風

海軍工程大學電子工程學院，湖北 武漢 430033；2.海軍裝備技術研究所,北京 102442）

0 引言

一個完整的自動測試系統（ATS）是由ATE、TPS、測試開發工具和測試運行環境4部分組成。其中，ATE、測試開發工具和測試運行環境構成了電子裝備維修測試的硬軟件平臺[1]；TPS則是在此平臺上將專業技術人員的維修知識和診斷經驗轉化形成的有形產品。

在測試領域，提高測試設備的通用性和測試程序的可移植性是測試工程師一直追求的目標。特別是COTS技術的引入，大量商用貨架產品進入到測試領域，這些商用貨架產品更新換代快，而裝備壽命周期長[2]，由于以前測試設備的通用性和可移植性差導致了當測試設備更新換代時不僅硬件需要換代而且所有的測試程序（TP）都需要重新開發和設計。這樣造成了測試程序集（TPS）的極大的浪費，而TPS 作為知識和經驗的有形產品是提高測試效率和能力，推動測試進步的靈魂，如何提高TPS 的可移植性和重用性是解決目前測試設備通用性差和降低裝備全壽命周期保障費用的關鍵。IEEE1641(STD)作為IEEE推出的關于測試領域的新標準，為我們提供了解決這個問題的方向。

1 IEEE1641簡介

1.1 關于IEEE1641提出的背景

自20世紀60年代開始ATLAS在提供獨立于測試設備的測試需求方面已經在軍事和商業方面取得了巨大的成功，但是它也暴露出了很多問題，例如，基本信號定義模糊、相似信號屬性難以區分、語言結構太死板，不能很好的支持現代面向對象技術和缺少信號分層結構等。另外更為重要的是修訂現有的C/ATLAS標準也非常的困難。IEEE1641正是在這種情況下提出來的，它和C/ ATLAS在地位上是平等的，而且它對信號的描述與用C/ ATLAS標準對信號的描述也是兼容的。

1.2 IEEE1641的層次結構

與ATLAS缺少信號分層結構不一樣，IEEE1641采用了標準的層次結構（見圖1）。在模型中對每個層和它的功能進行了描述，每一層都建立在前一層的基礎之上。這種結構并不要求每一層只能使用與它緊鄰的低層次的內容，但是每一層卻必須根據它的前一層進行全面的定義。它包括信號建模語言層（Signal Modeling Language, SML）,基本信號組件層（Basic Signal Component, BSC），測試信號框架層（Test Signal Framework, TSF)和測試過程語言層( Test Procedure Language, TPL)。

圖1 STD層次結構圖

1.3 IEEE1641的目的

STD提出的目的就在于：提供關于UUT或測試系統全壽命周期內所需信號的標準參考格式。

一個UUT單元從設計，研發，生產，測試到投入使用需要經歷設計工程師，開發工程師和測試工程師3個階段，且各個階段的工作都是圍繞著信號來展開的。然而由于專業和習慣的差異，各個工程師對信號的定義和表達有著自己的習慣和約定，這就導致了開發工程師不能完全理解設計工程師的定義，測試工程師不能完全理解開發工程師的定義，相互之間的信息溝通存在困難[5]，導致了開發效率的低下。STD對于信號的定義，在數學上是嚴格的，在構成基礎上是權威的。也就是說用這個標準定義的任何信號都是一樣的，打破了信息交流中存在的障礙。

在裝備領域傳統的信息只能停留在其中的一個階段，例如設計工程師把設計圖紙和性能指標交給生產工程師時，相互間完成的只是一個交接工作，缺乏的是信息的交流。設計工程師在設計時遇到的難題在生產時也許也會遇到，這樣就造成了重復的開發。STD采用了xml格式的數據極大提高了信號的可讀性與交互性[6]。工程師可以實時的記錄實驗數據，這樣的實驗數據可以在各個過程中流通和重用，同時也擴展了信息的應用范圍。

2 1641在通用ATS中的應用

2.1 理論基礎

提高ATS的可移植性主要是提高TPS的可移植性。TPS可移植面臨的一個問題是，TPS最終的作用效果是要映射到現實資源和UUT單元，這是一個不可更改的事實，而UUT和現實資源的多樣性也是一個不爭的事實，如何解決這兩者的矛盾，本文提出了一個解決方案即回到測試的源頭——信號中去尋找答案。

STD作為信號定義與測試的標準，只要滿足STD標準的信號在任何設備中都是一致的。它在BSC中提供了在數學上嚴格定義的基本信號組件，其主要模塊包括：源（source）、調節器（conditioner）、事件（event）、測量（measurement）、數字（digital）與連接（connection）。另外BSC還定義了擴展機制，對基本信號庫中沒有定義的信號可以按照標準框架將多個BSC模塊進行互聯，這樣就形成了標準的TSF層[3]，如圖2所示，它可以產生任何用戶需要的復雜信號，這就為TPS的移植打下了堅實的“物質”基礎。

圖2 TSF模型圖

STD還定義了面向信號測試的COM庫，提供了一種使其在任何面向對象的編程語言中對信號進行控制和運用的機制。這樣就可以解決開發和運行平臺的問題。

另外STD還為用戶提供了描述和控制信號的能力。因此對于測試程序開發者來說，可以按照自己的習慣和開發方式來進行TPS的開發，提高了程序集的開發效率。

更為重要的是STD的提出為TPS與儀器驅動和硬件之間建立了一個信號層，隔離了TPS與儀器驅動和硬件之間的關系，如圖（3）所示。例如測試程序需要測量一個UUT某端口輸出信號的某個參數，只需要調用測量（measurement）函數就可以了，它可以不用去考慮具體是怎樣實現從執行指令，選擇儀器到驅動儀器完成測量（measurement）這個動作的（儀器的選擇是將儀器能力和測試需求標準化后由測試軟件或運行環境自動實現的）。這樣就使得測試程序只需要考慮對于UUT端口的信號激勵和測試要求的處理，從而實現面向信號的編程。對于從UUT中采集到的信號，通過轉換為符合STD標準定義的信號后可以方便的與TPS 進行交互。信號層的存在，使得傳統的面向儀器TPS開發變為面向信號開發，而不需考慮硬件因素。這樣，對于TPS的開發來說，由于隔離了硬件的因素，直接面向信號進行編程,而所有的信號都是滿足STD標準的標準信號，因此大大提高了TPS在不同被測設備之間的可移植性避免了重復開發。另外對于測試設備來說，當今儀器驅動最新技術的IVI信號接口也是基于COM技術的。它提供了面向信號的方法，如Reset，Steup，Initiate，Fetch，Connect等,這些方法執行從信號和開關操作到儀器命令或具體儀器驅動調用的轉換[7]。當更換了測試儀器后，由于IVI信號接口的標準化，因此只要提供滿足該接口標準的測試儀器就可以通過IVI來驅動調用，因此通過IVI與STD的結合也提高了測試儀器的可互換性和TPS在測試儀器中的可移植性。

圖3 面向儀器和面向信號開發方式比較圖

2.2 實際應用

圖4是用ATML系列標準和STD標準創建的測試程序。在本測試程序中，通過使用STD信號將UUT信號與測試程序的關系隔離開來，另外通過OperationConnect中的定義將用戶定義管腳與UUT管腳隔離開來，使得用戶在開發測試程序時不需要考慮與UUT管腳的現實對應關系，通過兩部分的作用使得UUT與測試程序無關。另外在儀器驅動方面，ATML中專門對儀器的描述進行了規范化，通過STD信號與ID（儀器描述）中能力（Capability）的匹配調用相應的儀器IVI驅動對UUT進行測量，這樣實現完成了測試程序的面向信號開發，實現了測試程序的可移植性。

綜上所述，STD的發布使得TPS的可移植性和通用性得到了極大的加強，基本上解決了目前TPS移植所面臨的問題，為通用ATE的開發奠定了基礎。

圖4 基于ATML標準的測試程序

3 結論

通用測試設備的開發可以極大降低裝備全壽命周期內的維護費用，同時也是一個急需研究的問題。STD的提出為硬件與軟件的隔離提供了理論基礎，為面向信號編程提供了條件。使TPS的通用性和可移植性有了極大的擴展。但是目前我國只限于理論上的研究，而國外已經開發出了商業化的產品[8]，因此嚴格按照STD標準開發出具有我國自主知識產權的信號對象庫、信號合成軟件和測試策略設計軟件將會是將來的主要工作。

[1] 李行善，左毅，孫杰.自動測試系統集成技術[M].北京：電子工業出版社，2004.

[2] 王遠達，盧永吉. ATE通用平臺研究[J]. 航空兵器,2007(5):33-36.

[3] IEEE. IEEE Guide for the Use of IEEE Std 1641[S],2006.

[4] IEEE. IEEE1641-2004 Standard for Signal & Test Definition(STD)[S]. 2004.

[5] Chris Goringe Terry Coles. IEEE1641 SIGNAL MODELLING AS A LEARNING AID[J]. Autotestcon, 2007 IEEE. 728-734.

[6] 嚴英強，楊鎖昌. IEEE1641標準及發展[J]. 儀表技術,2007(7). 57-58.

[7] 鐘建林，何友，齊玉東. 基于IEEE1641標準的自動測試系統體系結構[J]. 計算機測量與控制, 2009(5).854-856.

[8] Hulme, A. Nsah,K. Implementing IEEE 1641-using a complement system[J]. Autotestcon, IEEE,2008:301-307.