一种面向信号的自动测试系统资源分配方法设计

0 引言

ATS(Automatic Test System,自动测试系统)能够对被测设备进行自动测试、故障诊断。传统的面向仪器的ATS 中开发的TPS(Test Program Set,测试程序集)涉及对测试资源的直接访问，当TPS在不同平台之间移植或测试仪器资源改变时，测试程序需做大量改动，可移植性和重用性较差。

ATML(Automated Test Markup Language,自动测试标记语言)采用面向信号的结构对ATS进行标准化描述。

ATML将测试需求描述为UUT端口的测量/激励信号需求，测试资源能力描述为仪器资源端口的信号能力，通过信号匹配实现仪器资源的分配。测试执行过程中，测试程序根据仪器资源分配的结果，调用面向信号的仪器驱动实现测试操作。基于ATML 开发的TPS中不包含任何针对硬件资源的操作，当TPS在不同平台之间移植时，资源分配模块能够重新为UUT 端口分配测试仪器，提高了TPS的可移植性。

1 仪器能力描述

ATML ATS关系图如图1所示。

在ATS 中，仪器的主要功能是产生或测量UUT 端口的需求信号。传统的测试仪器往往是功能单一的专用仪器，ATS中仪器数量众多，随着被测设备的增加，专用的测试适配器也越来越多，导致通用ATS的规模越来越庞大。近年来出现了以软件控制的、以功能组合方式实现的合成仪器技术，如Ai7技术，将7种仪器的功能由一个合成仪器模块来实现。本单位自主研发的可重构仪器资源的每个通道可以软件定义为AD/DA/计数器/DMM等常用的测试仪器资源，省去资源分配环节(信号开关矩阵);同时，可重构仪器具备超宽量程，可以不使用接口适配器进行信号调理。

为了实现面向信号开发的TPS的灵活重载和仪器的独立，ATML 不直接利用仪器的物理端口(Ports)，而是在仪器描述文档内定义信号能力(Capabilities)和逻辑资源(Resources)，通过能力到资源的映射(Capability-Map)和资源到端口的连接(NetworkList)实现不同的信号能力到仪器端口的分配。整个测试系统的能力是测试工作站中所有仪器能力的总和。

以可重构仪器中的万用表资源为例，其能力、资源和端口的映射关系如图2所示。

(1)定义仪器的信号能力

仪器的信号能力定义了仪器能够产生或测量的信号类型信息。仪器的信号能力使用STD 的BSC(BasicSignal Component,基本信号组件)库和TSF(Test SignalFramework,测试信号框架)库进行描述，也可以使用BSC 库和TSF 库中基本信号的组合自定义测试需要的复杂信号。以直流电压测量能力为例，幅值范围为-400~400 V,精度为0.1%,其ATML描述如下：

(2)定义逻辑资源

逻辑资源定义了仪器内部的功能模块，用于连接仪器的信号能力与物理端口。图2所示的万用表资源包含4个逻辑端口：P1、P2、P3、P4.

(3)定义仪器的物理端口

物理端口定义了仪器的外部端口，图2 中的端口：

HI、LO、Sense_HI、Sense_LO.

(4)将信号能力映射到资源

仪器描述文档中使用CapabilityMap元素描述信号能力与逻辑资源间的映射关系。其结构为：Capability-Map/Mapping/Map/Node/Path.通过增加Mapping 元素，将多个信号映射到同一个资源，可以描述一个资源能够产生/测量多个信号，但是同一时刻只能产生/测量其中的一个信号;通过增加Mapping 元素，将一个信号映射到多个资源，可以描述一个信号可以由多个资源产生/测量;通过在同一Mapping元素中将多个信号映射到一个资源，可以描述一个资源能够同时产生/测量多个信号;通过在同一Mapping 元素中将一个信号映射到多个资源，可以描述一个信号占用多个资源;通过在同一Map-ping元素中添加多个Map元素，可以描述信号与资源间多个端口的连接;通过在同一Map 元素中添加多个Node 元素，可以描述信号与资源间一对多或多对一的连接;Path元素用于描述能力或资源端口在仪器描述文档中的位置。通过上述搭配组合，可以完成对具体仪器功能间相互依赖或约束等复杂关系的描述。

(5)将资源连接到物理端口

仪器描述文档中使用NetworkList元素描述逻辑资源与物理端口间的连接关系。其结构为：NetworkList/Network/Node/Path.通过增加Network 元素，描述资源与端口间的多条逻辑连接线路;Path元素用于描述资源端口和物理端口在仪器描述文档中的位置。

2 测试需求描述

ATML在测试描述文档中使用STD对测试需求进行了描述，UUT的所有端口和测试点所需的激励信号或测量信号在元素TestDescription/DetailedTestInformation/Action/Behavior中描述。Behavior元素的结构如图3所示。

其中Operations元素和IeeeStd1641元素包含对STD标准的引用。以Operations元素为例，说明ATML 中对测试需求的描述方法。Operations 元素使用17 种预定义类型的操作(Operation)来描述Behavior的行为，其中OperationSetup 类型的操作用于创建需求信号，Opera-tionConnect类型的操作用于将信号连接到UUT的端口或测试点。使用OperationConnect 操作将OperationSet-up 中创建的信号signal1 连接到UUT 的某个端口，可以描述UUT该端口的需求信号为signal1信号。

3 仪器资源分配模块设计

仪器资源分配模块通过对测试需求与测试资源能力进行信号匹配，实现仪器资源端口到UUT端口的映射。采用UML(Unified Modeling Language,统一建模语言)描述仪器资源分配模块的设计方案，其用例图如图4所示。

在仪器资源分配模块中，通过加载测试描述文件、测试工作站描述文件和仪器描述文件，获取测试需求信息和测试系统能力信息，通过信号匹配实现仪器资源的分配。[!--empirenews.page--]

通过对图4 的分析，对用例进行抽象，得到仪器资源分配模块的类图如图5所示。

对类图中涉及到的类简单介绍如下：

(1)仪器资源管理类：根据UUT各端口的信号需求及仪器能力列表分配仪器，生成仪器工作方式配置信息，并根据仪器与测试工作站的连接关系，得到工作站与UUT 的连接关系，最终生成UUT 端口到工作站端口的物理连接信息。

(2)仪器类：加载仪器描述ATML文档，解析该文档得到仪器能力、逻辑资源、仪器端口及能力到端口的映射信息;根据仪器资源分配结果，生成仪器工作方式配置文件。

(3)测试描述类：加载测试描述描述ATML文档，解析该文档得到UUT端口、测点及需求信号信息。

(4)测试工作站类：加载测试工作站描述ATML 文档，解析该文档得到测试工作站端口、仪器资源信息及仪器与工作站的连接信息。

(5)物理连接类：根据仪器资源分配结果，生成UUT端口到测试工作站端口的物理连接文件。

通过对仪器资源分配模块静态模型的分析，得出系统对象随时间交互的序列图如图6所示。

由图6 可知，仪器资源分配的过程为：解析测试描述文件，得到UUT各端口的需求信号;解析测试工作站描述，得到工作站中所有的测试仪器信息及仪器与工作站的连接关系;解析仪器描述文件，得到仪器能力列表及仪器能力到仪器端口的连接信息;根据UUT 各端口的信号需求及仪器能力列表分配仪器，生成可重构仪器工作方式配置文件，并根据仪器与工作站的连接关系，得到工作站与UUT 的连接关系，生成UUT 端口到测试工作站端口的物理连接文件。

以活动图的形式，对分配仪器资源操作进行说明，如图7所示。

分配仪器资源的过程如下：

(1)查询UUT 端口需求信号列表，获取UUT 端口UUT_Port的需求信号R_Signal;若列表空则退出;

(2)查询信号能力列表，获取满足需求信号R_Sig-nal的信号能力A;若失败则R_Signal未匹配成功，当前测试配置不能满足测试需求，转到(1);

(3)查询CapabilityMap 列表，获取包含信号A 的映射Mapping;若失败转到(2);

(4)由映射Mapping获取产生/测量信号A的资源R;

(5)由资源列表查询资源R 是否空闲，若资源R 已使用，转到(3);若资源R 空闲，转到(6);若资源R 条件空闲(即资源R能够同时产生/测量多种信号，且已使用资源R产生/测量其中的一种或多种信号)，转到(7);

(6)查询仪器的NetworkList列表，获取资源R 连接的仪器端口INST_Port;查询测试工作站的NetworkList列表，获取INST_Port连接的工作站端口Sta_Port,生成Sta_Port与UUT_Port的连接;测试仪器调用信号能力A对应的面向信号的仪器驱动，由INST_Port端口产生/测量UUT_Port端口的需求信号R_Signal;转到(1)继续匹配下一项;

(7)查询资源R与仪器端口、工作站、UUT的连接列表，获取资源R 已连接的UUT 端口R_UUT_Port;比较UUT端口UUT_Port和R_UUT_Port,若二者相同，则使用UUT_Port 已连接的仪器产生/测量信号R_Signal,转到(1)继续匹配下一项;若二者不同，则转到(3)。

当有多个仪器满足测试需求时，应以一定的原则将仪器进行排序，确定最终选用的测试仪器。可以参考按照精度最高、按照仪器均衡使用、按照仪器使用习惯等调度方式进行测试。

4 结语

本文研究了ATML 中对测试系统能力和测试需求的面向信号描述方法，并给出具体的描述实例;使用UML详细设计了仪器资源分配模块的软件结构。仪器资源分配模块通过对测试系统能力和测试需求进行信号匹配，为UUT 的待测端口分配仪器资源。面向信号的资源分配方法提高了ATS中TPS的可移植性，本文提出的方法可以为其他类似研究提供指导。