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1、自动测试系统3.2自动测试系统3.2.1自动测试系统的组成通常把以计算机为核心，在程控指令的控制下，能自动完成某种测试任务而组合起来的测量仪器和其它设备的有机整体称为自动测试系统，简称(AutomaticTestSystem)1。通过应用ATS能够降低设备的维护时间，设备的性能，提高其工作效率，降低成本，并且具有高速度、高精度、能、多参数和宽测量范围等诸多优点。自动测试系统由自动测试设备(ATE,AutomaticTestEquipment)、测试程序集(TPSs,TestProgramSets)和测试环境(TE,TestEnvironment)三个部分组成。其中自动测试设备ATE是整个测试系
2、统的硬件平台，它是一种通过计算机控制进行器件、电路板和子系统测试的设备。通过计算机编程取代人的手工操作，自动地完成测试。ATE的核心是计算机，它包括所有的硬件设备和相应的操作系统软件。ATS采用ATE来控制复杂的测试仪器，例如:数字电压表、信号发生器和开关组件等。这些设备在测试软件的控制下运行，提供被测对象的电路或部件所要求的鼓励，然后测量在不同的引脚、端口或连接点的响应，进而确定该被测对象能否具有规范中规定的功能或性能2。典型的TPS由测试程序软件、测试接口适配器(包括接口装置、固件及电缆)和被测对象测试文档三部分组成。测试环境可包括ATS构造讲明、程序设计和测试描绘语言、编译器、开发工具、
3、描绘UUT(UnitUnderTest)设计需求的标准格式和开发TPS软件的测试策略信息。在自动测试系统中，测试资源定义为系统所使用的自动测试设备和信号调理适配器的相关信息3。其中自动测试设备是测试系统中完成鼓励信号产生和响应信号收集的主要设备，是测试资源的核心。信号调理适配器的功能就是实现将通过接口连接件引出的ATE的信号管脚和UUT的信号管脚对应连接起来，并实现一定的信号调理，如电压的转换。资源管理就是管理自动测试系统中自动测试设备和信号调理适配器相关信息，为TPS的开发者提供必要的数据文件或访问接口4。3.2.2自动测试系统的发展大概情况ATSAutomaticTestSystem，自动
4、测试系统)是指能对被测设备进行自动测试、故障诊断、数据处理、存储、显示的系统1，其发展经历了三个阶段:针对详细测试任务的专用自动测试系统、基于GPIB总线的积木式通用自动测试系统和基于VXI、PXI、LXI等总线的模块化通用自动测试系统2。专用型自动测试系统通常是针对特定被测设备的，测试系统间互不兼容，互操作性低，测试资源利用率低，维护费用高。通用型自动测试系统要求采用公共的测试资源适应不同被测设备的测试需求，具有降低自动测试系统的使用及维护费用、提高测试系统的互操作能力、实现测试信息的分享、提高测试诊断效率和准确性等优势，因而90年代中期以来，通用型自动测试系统的发展成为主流。随着技术的进步
5、，发展，各种测试需求、自动测试系统逐步向着更高的智能化、通用化、模块化测试任务的综合、穿插要求仪器具有更强的互换性，TPS具有更好的可移植性。一般而言，大型自动测试系统面临的被测对象都具有设备种类和数量繁多、信号形式复杂、测试和鼓励信息量大等特点，所以在ATE更换、添加或删除测试资源时，自动测试系统要频繁地修改原有的测试程序来完成测试任务，进而降低了ATE平台的通用性和测试程序的可移植性，使得开发人员做了很多无意义的重复工作，也给测试系统的操作人员带来了不便，并且增加了ATE的开发成本，延长了研制周期，无论是从人力还是财力的角度来讲都造成了宏大的浪费5。不同ATS采用共同的软硬件标准，才能最大
6、限度地实现软件的跨平台操作及UUT的跨平台测试。因而，在开发自动测试系统软件时，测试资源管理的设计是非常重要的。设计人员必须在对被测设备有充分了解的基础上，综合分析各种被测设备的测试需求，并结合各个测试资源的功能和性能特点，根据最佳的测试通道选择方式，最终选定知足系统测试任务的最优配置方案。通用型自动测试系统的通用性体如今软、硬件两方面3。自动测试系统的硬件通用性表现为测试系统接口的标准化、测试仪器资源的可互换、测试通道可配置等。自动测试系统的软件通用性主要表现为TPS的可移植性和重用性。当测试仪器更换或者测试系统升级换代时，TPS应能够不加改动的移植到新平台中，进而降低自动测试系统的开发及维
7、护成本。为了实现仪器的可互换性，1998年成立了IVI(InterchangeableVirtualInstrument，可互换虚拟仪器)基金会，制定了一系列规范，将仪器根据功能分为数字万用表类(DMM)、示波器类(Scope)、直流电源类(DCPwr)等十余种类别，在同类仪器之间定义一样的函数形式和参数，实现了同类仪器的互换机制4。然而，IVI规范并不能包含所有的仪器种类，并且只能实现同类仪器的互换5，存在一定的局限性。测试软件的开发分为面向仪器、面向应用和面向信号三种类型，其中面向信号的测试软件中不包含任何针对真实硬件资源的操作，从根本上实现了自动测试系统中仪器资源的互换性和TPS的移植性
8、6。面向信号的软件构造将测试需求描绘为UUT的测量/鼓励信号需求，测试资源能力描绘为仪器资源具有的信号能力7，通过信号匹配实现虚拟信号资源到真实仪器资源的映射，进而调用面向信号的仪器驱动函数实现测试操作。ATLAS(AbbreviatedTestLanguageforAvionicsSystem，标准测试描绘语言)是一种广泛应用的面向信号的测试描绘语言，测试语句不涉及对详细仪器的操作，具有良好的可移植性8。然而，ATLAS体系庞大，语言过于冗余，信号定义模糊，开发工具昂贵，限制了其进一步发展。针对ATLAS中存在的问题，SCC20(StandardsCoordinationCommittee2
9、0,IEEE标准协调委员会)制定了STD(SignalandTestDefinitionStandard,信号与测试定义标准)标准9。STD采用面向对象的设计思想及COM组件技术，使用XMLCExtensibleMarkupLanguage，可扩展标记语言)、IDLCInterfaceDefinitionLanguage，接口描绘语言)等描绘信号。STD定义了一套基本信号组件库，并且提供了由基本信号自定义测试需要的复杂信号的机制，具有良好的通用性及可扩展性。STD能够与其他标准结合，开发面向信号的测试程序。ATML(AutomatedTestMarkupLanguage，自动测试标记语言)由S
10、CC20从2002年开场组织制定，是一种以XML标准为基础的测试描绘语言，定义了自动测试系统中测试策略和需求、测试资源、测试结果等信息的描绘格式l0。ATML继承了XML的自描绘能力强以及良好的可扩展性、通用性、跨平台特性等优势。ATML使用STD描绘测试信号，具有面向信号的测试系统描绘构造。当测试信息跨平台移植时，能够通过原有的ATML描绘文件重新生成测试程序，从根本上实现TPS的可移植性和互操作性l1。ATML标准的应用能够实现测试系统的信息分享和通用性，是自动测试系统领域的研究热门。3.2.3ATE资源管理概述完好的自动测试系统如图1所示，自动测试设备包括系统中的鼓励仪器和测量仪器，资源
11、分配开关负责连接仪器和被测对象UUT，信号调理适配器对鼓励信号或测量信号进行一些信号调理。图1自动测试系统的组成ATE中的资源分配开关一般是矩阵开关，它是ATS的信号枢纽，负责将被测设备的测试点连接到自动测试设备的仪器上，起到了桥梁的作用8。在以往的TPS设计中，需要综合考虑仪器资源、UUT与各类开关的连接关系并统一描绘它们，以实现测试通道的快速、自动建立，这些问题贯穿TPS开发经过的始终，管理不善不仅影响TPS开发质量，甚至会造成设备不必要的损坏，降低开发效率9。因而，在资源管理中就对开关资源进行规划，建立通用的测试途径模型，实现最佳测试途径自动搜索将是解决上述问题特别有效的途径。目前，AT
12、E资源管理一方面管理系统中的仪器设备和测试通道，例如管理图1中的仪器类型、名称、数量，建立测试通道等内容，另一方面资源管理为TPS的开发者访问测试资源提供必要的接口或文件。研究测试资源管理的目的就是实现测试系统软件的可移植性和仪器的互换性，并实现测试通道的优化分配，最终提高测试效率和降低测试成本。ATE资源管理一般能够分为两大类，一种是面向仪器的管理方法，另一种是面向信号的管理方法。面向仪器的管理方法出现的比拟早，而且大多数是基于互换性的管理，目的是提供硬件无关的测试资源访问接口，实现测试资源管理方法的通用性;而面向信号的资源管理向用户提供经过抽象以后的通用信号产生接口，TPS开发者只考虑测试
13、所需要的测试信号的类型，而测试信号到底使用什么测试仪器实现是不必关心的。面向仪器的资源管理导致TPS在一定程序上的通用性与可移植性低，其测试需求、测试策略以及测试资源的描绘直接与仪器、设备相关，TPS代码直接与仪器相关，并且测试系统相关信息难以被计算机程序直接读取【川。因而，要ABBET是SEE提出的测试环境框架，目的是提供通用自动测试系统开发标准。其中的EE1226.3-1998标准，即ABBET资源管理软件接口，涵盖了访问和管理自动测试系统资源相关描绘信息所需的服务。这些信息包括关于自动测试设备、开关和测试主体适配器的数据【5。标准对测试资源的管理分为:虚拟资源管理服务组、物理资源管理服务
14、组和测试设备配置管理服务组。各组又分为几个大类，每个类定义了一系列标准接口以实现对资源的管理。该规范没有涉及接口的详细实现，只规定了接口的属性和方法。最核心服务是帮助实现虚拟资源、物理资源的标准配置，并通过测试设备配置管理服务组进行虚实映射，定位详细物理资源和途径【i62.3国内外研究现状自动测试系统的发展经历了从专用型向通用型发展的经过。从早期仅侧重于ATE研究，到今天的建立整个自动测试系统体系构造，同时注重ATE研制和TPS开发及可移植，以及人工智能在自动测试系统中的应用，集中型的ATS正向着分布式的集成诊断测试系统发展，资源管理也由最开场的完全依靠于仪器，分裂成今天的面向仪器、面向信号两
15、大阵营各自发展。面向仪器的资源管理起步较早，自第二代自动测试系统开场，就体现出资源管理的重要性，以及在自动测试系统中的核心地位，从某种角度上讲，资源管理研究的发展关键在于仪器互换程度的发展。在20世纪70年代，美国就将“面向信号的测试程序开发作为测试技术的重要分支20oATLASCAbbreviatedTestLanguageforAllSystems)语言是这一时期的产物，广泛地应用在了多个领域。但是由于ATLAS语言形式僵化，对鼓励信号或测量信号进行一些信号调理。在文献中提出：理论上讲,任何信号都可由不同频率、不同种类的其它常见信号复合生成3,然而实际应用中,ATE的现有资源是有限的,因此
16、必须选择几种适宜的“基本信号以合成新的复合信号2.在Cher-fas的文章中阐述了基于ATLAS标准4,利用“理想基本信号来构建合成信号的方法.理想基本信号:这些信号本身并不含有真实世界中的噪声、失真或其他干扰存在.其中,非周期信号有直流常量信号、阶跃、脉冲、衰减正弦等;周期信号有三角波、方波及正弦波等.但是,由于使用ATLAS语言设计的TPS(测试程序集)必须经过代码移植才能同一些商用软件平台(如LabWindowsCVI,HPVEE)相集成5,以到达使用商用技术COTS(CommercialOffTheShelf)6的目的,因而,降低了TPS的移植率;并且,由于ATLAS是基于非面向对象方法的一个标准,因此将来ATE系统的扩展就遭到了限制.使用基于“面向对象分析方法(OOA)7来构建适宜的信号模型,则会克制这样的困难,并且利用通用的面向对象语言可以以很好地同其它平台相集成。