一種面向信號的自動測試系統(tǒng)資源分配方法設計

0 引言

ATS(Automatic Test System,自動測試系統(tǒng))能夠對被測設備進行自動測試、故障診斷。傳統(tǒng)的面向儀器的ATS 中開發(fā)的TPS(Test Program Set,測試程序集)涉及對測試資源的直接訪問，當TPS在不同平臺之間移植或測試儀器資源改變時，測試程序需做大量改動，可移植性和重用性較差。

ATML(Automated Test Markup Language,自動測試標記語言)采用面向信號的結構對ATS進行標準化描述。

ATML將測試需求描述為UUT端口的測量/激勵信號需求，測試資源能力描述為儀器資源端口的信號能力，通過信號匹配實現(xiàn)儀器資源的分配。測試執(zhí)行過程中，測試程序根據(jù)儀器資源分配的結果，調用面向信號的儀器驅動實現(xiàn)測試操作?；贏TML 開發(fā)的TPS中不包含任何針對硬件資源的操作，當TPS在不同平臺之間移植時，資源分配模塊能夠重新為UUT 端口分配測試儀器，提高了TPS的可移植性。

1 儀器能力描述

ATML ATS關系圖如圖1所示。

在ATS 中，儀器的主要功能是產(chǎn)生或測量UUT 端口的需求信號。傳統(tǒng)的測試儀器往往是功能單一的專用儀器，ATS中儀器數(shù)量眾多，隨著被測設備的增加，專用的測試適配器也越來越多，導致通用ATS的規(guī)模越來越龐大。近年來出現(xiàn)了以軟件控制的、以功能組合方式實現(xiàn)的合成儀器技術，如Ai7技術，將7種儀器的功能由一個合成儀器模塊來實現(xiàn)。本單位自主研發(fā)的可重構儀器資源的每個通道可以軟件定義為AD/DA/計數(shù)器/DMM等常用的測試儀器資源，省去資源分配環(huán)節(jié)(信號開關矩陣);同時，可重構儀器具備超寬量程，可以不使用接口適配器進行信號調理。

為了實現(xiàn)面向信號開發(fā)的TPS的靈活重載和儀器的獨立，ATML 不直接利用儀器的物理端口(Ports)，而是在儀器描述文檔內定義信號能力(Capabilities)和邏輯資源(Resources)，通過能力到資源的映射(Capability-Map)和資源到端口的連接(NetworkList)實現(xiàn)不同的信號能力到儀器端口的分配。整個測試系統(tǒng)的能力是測試工作站中所有儀器能力的總和。

以可重構儀器中的萬用表資源為例，其能力、資源和端口的映射關系如圖2所示。

(1)定義儀器的信號能力

儀器的信號能力定義了儀器能夠產(chǎn)生或測量的信號類型信息。儀器的信號能力使用STD 的BSC(BasicSignal Component,基本信號組件)庫和TSF(Test SignalFramework,測試信號框架)庫進行描述，也可以使用BSC 庫和TSF 庫中基本信號的組合自定義測試需要的復雜信號。以直流電壓測量能力為例，幅值范圍為-400~400 V,精度為0.1%,其ATML描述如下：

(2)定義邏輯資源

邏輯資源定義了儀器內部的功能模塊，用于連接儀器的信號能力與物理端口。圖2所示的萬用表資源包含4個邏輯端口：P1、P2、P3、P4.

(3)定義儀器的物理端口

物理端口定義了儀器的外部端口，圖2 中的端口：

HI、LO、Sense_HI、Sense_LO.

(4)將信號能力映射到資源

儀器描述文檔中使用CapabilityMap元素描述信號能力與邏輯資源間的映射關系。其結構為：Capability-Map/Mapping/Map/Node/Path.通過增加Mapping 元素，將多個信號映射到同一個資源，可以描述一個資源能夠產(chǎn)生/測量多個信號，但是同一時刻只能產(chǎn)生/測量其中的一個信號;通過增加Mapping 元素，將一個信號映射到多個資源，可以描述一個信號可以由多個資源產(chǎn)生/測量;通過在同一Mapping元素中將多個信號映射到一個資源，可以描述一個資源能夠同時產(chǎn)生/測量多個信號;通過在同一Mapping 元素中將一個信號映射到多個資源，可以描述一個信號占用多個資源;通過在同一Map-ping元素中添加多個Map元素，可以描述信號與資源間多個端口的連接;通過在同一Map 元素中添加多個Node 元素，可以描述信號與資源間一對多或多對一的連接;Path元素用于描述能力或資源端口在儀器描述文檔中的位置。通過上述搭配組合，可以完成對具體儀器功能間相互依賴或約束等復雜關系的描述。

(5)將資源連接到物理端口

儀器描述文檔中使用NetworkList元素描述邏輯資源與物理端口間的連接關系。其結構為：NetworkList/Network/Node/Path.通過增加Network 元素，描述資源與端口間的多條邏輯連接線路;Path元素用于描述資源端口和物理端口在儀器描述文檔中的位置。

2 測試需求描述

ATML在測試描述文檔中使用STD對測試需求進行了描述，UUT的所有端口和測試點所需的激勵信號或測量信號在元素TestDescription/DetailedTestInformation/Action/Behavior中描述。Behavior元素的結構如圖3所示。

其中Operations元素和IeeeStd1641元素包含對STD標準的引用。以Operations元素為例，說明ATML 中對測試需求的描述方法。Operations 元素使用17 種預定義類型的操作(Operation)來描述Behavior的行為，其中OperationSetup 類型的操作用于創(chuàng)建需求信號，Opera-tionConnect類型的操作用于將信號連接到UUT的端口或測試點。使用OperationConnect 操作將OperationSet-up 中創(chuàng)建的信號signal1 連接到UUT 的某個端口，可以描述UUT該端口的需求信號為signal1信號。

3 儀器資源分配模塊設計

儀器資源分配模塊通過對測試需求與測試資源能力進行信號匹配，實現(xiàn)儀器資源端口到UUT端口的映射。采用UML(Unified Modeling Language,統(tǒng)一建模語言)描述儀器資源分配模塊的設計方案，其用例圖如圖4所示。

在儀器資源分配模塊中，通過加載測試描述文件、測試工作站描述文件和儀器描述文件，獲取測試需求信息和測試系統(tǒng)能力信息，通過信號匹配實現(xiàn)儀器資源的分配。[!--empirenews.page--]

通過對圖4 的分析，對用例進行抽象，得到儀器資源分配模塊的類圖如圖5所示。

對類圖中涉及到的類簡單介紹如下：

(1)儀器資源管理類：根據(jù)UUT各端口的信號需求及儀器能力列表分配儀器，生成儀器工作方式配置信息，并根據(jù)儀器與測試工作站的連接關系，得到工作站與UUT 的連接關系，最終生成UUT 端口到工作站端口的物理連接信息。

(2)儀器類：加載儀器描述ATML文檔，解析該文檔得到儀器能力、邏輯資源、儀器端口及能力到端口的映射信息;根據(jù)儀器資源分配結果，生成儀器工作方式配置文件。

(3)測試描述類：加載測試描述描述ATML文檔，解析該文檔得到UUT端口、測點及需求信號信息。

(4)測試工作站類：加載測試工作站描述ATML 文檔，解析該文檔得到測試工作站端口、儀器資源信息及儀器與工作站的連接信息。

(5)物理連接類：根據(jù)儀器資源分配結果，生成UUT端口到測試工作站端口的物理連接文件。

通過對儀器資源分配模塊靜態(tài)模型的分析，得出系統(tǒng)對象隨時間交互的序列圖如圖6所示。

由圖6 可知，儀器資源分配的過程為：解析測試描述文件，得到UUT各端口的需求信號;解析測試工作站描述，得到工作站中所有的測試儀器信息及儀器與工作站的連接關系;解析儀器描述文件，得到儀器能力列表及儀器能力到儀器端口的連接信息;根據(jù)UUT 各端口的信號需求及儀器能力列表分配儀器，生成可重構儀器工作方式配置文件，并根據(jù)儀器與工作站的連接關系，得到工作站與UUT 的連接關系，生成UUT 端口到測試工作站端口的物理連接文件。

以活動圖的形式，對分配儀器資源操作進行說明，如圖7所示。

分配儀器資源的過程如下：

(1)查詢UUT 端口需求信號列表，獲取UUT 端口UUT_Port的需求信號R_Signal;若列表空則退出;

(2)查詢信號能力列表，獲取滿足需求信號R_Sig-nal的信號能力A;若失敗則R_Signal未匹配成功，當前測試配置不能滿足測試需求，轉到(1);

(3)查詢CapabilityMap 列表，獲取包含信號A 的映射Mapping;若失敗轉到(2);

(4)由映射Mapping獲取產(chǎn)生/測量信號A的資源R;

(5)由資源列表查詢資源R 是否空閑，若資源R 已使用，轉到(3);若資源R 空閑，轉到(6);若資源R 條件空閑(即資源R能夠同時產(chǎn)生/測量多種信號，且已使用資源R產(chǎn)生/測量其中的一種或多種信號)，轉到(7);

(6)查詢儀器的NetworkList列表，獲取資源R 連接的儀器端口INST_Port;查詢測試工作站的NetworkList列表，獲取INST_Port連接的工作站端口Sta_Port,生成Sta_Port與UUT_Port的連接;測試儀器調用信號能力A對應的面向信號的儀器驅動，由INST_Port端口產(chǎn)生/測量UUT_Port端口的需求信號R_Signal;轉到(1)繼續(xù)匹配下一項;

(7)查詢資源R與儀器端口、工作站、UUT的連接列表，獲取資源R 已連接的UUT 端口R_UUT_Port;比較UUT端口UUT_Port和R_UUT_Port,若二者相同，則使用UUT_Port 已連接的儀器產(chǎn)生/測量信號R_Signal,轉到(1)繼續(xù)匹配下一項;若二者不同，則轉到(3)。

當有多個儀器滿足測試需求時，應以一定的原則將儀器進行排序，確定最終選用的測試儀器。可以參考按照精度最高、按照儀器均衡使用、按照儀器使用習慣等調度方式進行測試。

4 結語

本文研究了ATML 中對測試系統(tǒng)能力和測試需求的面向信號描述方法，并給出具體的描述實例;使用UML詳細設計了儀器資源分配模塊的軟件結構。儀器資源分配模塊通過對測試系統(tǒng)能力和測試需求進行信號匹配，為UUT 的待測端口分配儀器資源。面向信號的資源分配方法提高了ATS中TPS的可移植性，本文提出的方法可以為其他類似研究提供指導。