STD在通用自动测试系统领域中的应用

赵强，刘松风

海军工程大学电子工程学院，湖北 武汉 430033；2.海军装备技术研究所,北京 102442）

0 引言

一个完整的自动测试系统（ATS）是由ATE、TPS、测试开发工具和测试运行环境4部分组成。其中，ATE、测试开发工具和测试运行环境构成了电子装备维修测试的硬软件平台[1]；TPS则是在此平台上将专业技术人员的维修知识和诊断经验转化形成的有形产品。

在测试领域，提高测试设备的通用性和测试程序的可移植性是测试工程师一直追求的目标。特别是COTS技术的引入，大量商用货架产品进入到测试领域，这些商用货架产品更新换代快，而装备寿命周期长[2]，由于以前测试设备的通用性和可移植性差导致了当测试设备更新换代时不仅硬件需要换代而且所有的测试程序（TP）都需要重新开发和设计。这样造成了测试程序集（TPS）的极大的浪费，而TPS 作为知识和经验的有形产品是提高测试效率和能力，推动测试进步的灵魂，如何提高TPS 的可移植性和重用性是解决目前测试设备通用性差和降低装备全寿命周期保障费用的关键。IEEE1641(STD)作为IEEE推出的关于测试领域的新标准，为我们提供了解决这个问题的方向。

1 IEEE1641简介

1.1 关于IEEE1641提出的背景

自20世纪60年代开始ATLAS在提供独立于测试设备的测试需求方面已经在军事和商业方面取得了巨大的成功，但是它也暴露出了很多问题，例如，基本信号定义模糊、相似信号属性难以区分、语言结构太死板，不能很好的支持现代面向对象技术和缺少信号分层结构等。另外更为重要的是修订现有的C/ATLAS标准也非常的困难。IEEE1641正是在这种情况下提出来的，它和C/ ATLAS在地位上是平等的，而且它对信号的描述与用C/ ATLAS标准对信号的描述也是兼容的。

1.2 IEEE1641的层次结构

与ATLAS缺少信号分层结构不一样，IEEE1641采用了标准的层次结构（见图1）。在模型中对每个层和它的功能进行了描述，每一层都建立在前一层的基础之上。这种结构并不要求每一层只能使用与它紧邻的低层次的内容，但是每一层却必须根据它的前一层进行全面的定义。它包括信号建模语言层（Signal Modeling Language, SML）,基本信号组件层（Basic Signal Component, BSC），测试信号框架层（Test Signal Framework, TSF)和测试过程语言层( Test Procedure Language, TPL)。

图1 STD层次结构图

1.3 IEEE1641的目的

STD提出的目的就在于：提供关于UUT或测试系统全寿命周期内所需信号的标准参考格式。

一个UUT单元从设计，研发，生产，测试到投入使用需要经历设计工程师，开发工程师和测试工程师3个阶段，且各个阶段的工作都是围绕着信号来展开的。然而由于专业和习惯的差异，各个工程师对信号的定义和表达有着自己的习惯和约定，这就导致了开发工程师不能完全理解设计工程师的定义，测试工程师不能完全理解开发工程师的定义，相互之间的信息沟通存在困难[5]，导致了开发效率的低下。STD对于信号的定义，在数学上是严格的，在构成基础上是权威的。也就是说用这个标准定义的任何信号都是一样的，打破了信息交流中存在的障碍。

在装备领域传统的信息只能停留在其中的一个阶段，例如设计工程师把设计图纸和性能指标交给生产工程师时，相互间完成的只是一个交接工作，缺乏的是信息的交流。设计工程师在设计时遇到的难题在生产时也许也会遇到，这样就造成了重复的开发。STD采用了xml格式的数据极大提高了信号的可读性与交互性[6]。工程师可以实时的记录实验数据，这样的实验数据可以在各个过程中流通和重用，同时也扩展了信息的应用范围。

2 1641在通用ATS中的应用

2.1 理论基础

提高ATS的可移植性主要是提高TPS的可移植性。TPS可移植面临的一个问题是，TPS最终的作用效果是要映射到现实资源和UUT单元，这是一个不可更改的事实，而UUT和现实资源的多样性也是一个不争的事实，如何解决这两者的矛盾，本文提出了一个解决方案即回到测试的源头——信号中去寻找答案。

STD作为信号定义与测试的标准，只要满足STD标准的信号在任何设备中都是一致的。它在BSC中提供了在数学上严格定义的基本信号组件，其主要模块包括：源（source）、调节器（conditioner）、事件（event）、测量（measurement）、数字（digital）与连接（connection）。另外BSC还定义了扩展机制，对基本信号库中没有定义的信号可以按照标准框架将多个BSC模块进行互联，这样就形成了标准的TSF层[3]，如图2所示，它可以产生任何用户需要的复杂信号，这就为TPS的移植打下了坚实的“物质”基础。

图2 TSF模型图

STD还定义了面向信号测试的COM库，提供了一种使其在任何面向对象的编程语言中对信号进行控制和运用的机制。这样就可以解决开发和运行平台的问题。

另外STD还为用户提供了描述和控制信号的能力。因此对于测试程序开发者来说，可以按照自己的习惯和开发方式来进行TPS的开发，提高了程序集的开发效率。

更为重要的是STD的提出为TPS与仪器驱动和硬件之间建立了一个信号层，隔离了TPS与仪器驱动和硬件之间的关系，如图（3）所示。例如测试程序需要测量一个UUT某端口输出信号的某个参数，只需要调用测量（measurement）函数就可以了，它可以不用去考虑具体是怎样实现从执行指令，选择仪器到驱动仪器完成测量（measurement）这个动作的（仪器的选择是将仪器能力和测试需求标准化后由测试软件或运行环境自动实现的）。这样就使得测试程序只需要考虑对于UUT端口的信号激励和测试要求的处理，从而实现面向信号的编程。对于从UUT中采集到的信号，通过转换为符合STD标准定义的信号后可以方便的与TPS 进行交互。信号层的存在，使得传统的面向仪器TPS开发变为面向信号开发，而不需考虑硬件因素。这样，对于TPS的开发来说，由于隔离了硬件的因素，直接面向信号进行编程,而所有的信号都是满足STD标准的标准信号，因此大大提高了TPS在不同被测设备之间的可移植性避免了重复开发。另外对于测试设备来说，当今仪器驱动最新技术的IVI信号接口也是基于COM技术的。它提供了面向信号的方法，如Reset，Steup，Initiate，Fetch，Connect等,这些方法执行从信号和开关操作到仪器命令或具体仪器驱动调用的转换[7]。当更换了测试仪器后，由于IVI信号接口的标准化，因此只要提供满足该接口标准的测试仪器就可以通过IVI来驱动调用，因此通过IVI与STD的结合也提高了测试仪器的可互换性和TPS在测试仪器中的可移植性。

图3 面向仪器和面向信号开发方式比较图

2.2 实际应用

图4是用ATML系列标准和STD标准创建的测试程序。在本测试程序中，通过使用STD信号将UUT信号与测试程序的关系隔离开来，另外通过OperationConnect中的定义将用户定义管脚与UUT管脚隔离开来，使得用户在开发测试程序时不需要考虑与UUT管脚的现实对应关系，通过两部分的作用使得UUT与测试程序无关。另外在仪器驱动方面，ATML中专门对仪器的描述进行了规范化，通过STD信号与ID（仪器描述）中能力（Capability）的匹配调用相应的仪器IVI驱动对UUT进行测量，这样实现完成了测试程序的面向信号开发，实现了测试程序的可移植性。

综上所述，STD的发布使得TPS的可移植性和通用性得到了极大的加强，基本上解决了目前TPS移植所面临的问题，为通用ATE的开发奠定了基础。

图4 基于ATML标准的测试程序

3 结论

通用测试设备的开发可以极大降低装备全寿命周期内的维护费用，同时也是一个急需研究的问题。STD的提出为硬件与软件的隔离提供了理论基础，为面向信号编程提供了条件。使TPS的通用性和可移植性有了极大的扩展。但是目前我国只限于理论上的研究，而国外已经开发出了商业化的产品[8]，因此严格按照STD标准开发出具有我国自主知识产权的信号对象库、信号合成软件和测试策略设计软件将会是将来的主要工作。

[1] 李行善，左毅，孙杰.自动测试系统集成技术[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2] 王远达，卢永吉. ATE通用平台研究[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] 严英强，杨锁昌. IEEE1641标准及发展[J]. 仪表技术,2007(7). 57-58.

[7] 钟建林，何友，齐玉东. 基于IEEE1641标准的自动测试系统体系结构[J]. 计算机测量与控制, 2009(5).854-856.

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