單位:北京航天測控技術開發公司 作者:于功敬 馬好東等
測試技術是貫穿于產品全壽命周期各階段的唯一的一項工程技術，測試的核心技術又是軟件，是實現貨架產品（Commercial Off-The-Shelf，COTS）的關鍵。自動測試設備(Automatic Test Equipment)的軟件平臺應以 “互連、互通、互操作”原則作為基本要求，實現測試和診斷信息的融合和共享。
虛擬儀器測試環境（Visual Instrument Test Environment, VITE）是支持IEEE 1226廣域測試環境(A Broad –Based Environment for Test)標準的開放式通用測試軟件平臺產品，它采用軟總線（對象總線）的結構形式，利用對象模型驅動的原理，在各個對象模型組件之間，以及組件的使用者和提供者之間，建立透明的通信通道。其目的是實現自動測試系統測試程序集（Test Program Set）開發與硬件平臺無關性，體現系統設計的方便性、靈活性、安全性和先進性。在軟件信息模型的設計上，強調系統重構或重組，能夠根據被測對象或測試流程的不同而動態地進行重組，降低系統重組的費用。
一、VITE標準體系結構分析
虛擬儀器測試環境VITE采用開放式的對象模型驅動結構（Model Driven Architecture），全面支持產品測試領域的各種軟件接口標準，以實現軟件組件的可移植性、可重用性、互換性、互操作性。標準體系見圖1。
圖1 虛擬儀器測試環境標準框架
在整個標準體系中，根據產品測試的特征，劃分為兩個層次的框架，即信息框架和系統框架，所有相關的組件標準以即插即用的功能模塊形式掛在框架軟總線上。
產品測試過程中的各種信息處理圍繞著信息框架展開，分別包括測試需求建模數據、測試程序文檔、機內測試數據、診斷和維護數據、儀器資源數據和數據交換格式數據等。其關鍵是IEEE 1226標準中定義的核心測試信息模型（Core Test Information Model），充分描述了測試、測試說明、測試需求和其它的廣域測試領域的信息實體。各個組件標準都是基于CTIM的，并根據各自的特點完成對CTIM的擴展，從而將其定制到不同應用領域。
具體的測試實現則圍繞著系統框架展開，包括各種的資源管理服務、運行時服務、儀器驅動、診斷處理服務等。
系統框架負責向信息框架提供信息來源，是信息的提供者。而信息框架根據產品測試要求，向系統框架發出信息采集命令，并接收和處理信息。
所謂框架實質上是為簡化特殊應用領域的應用開發和系統管理而設計的軟件環境。從另外一個視角看這個標準框架，框架在軟件層次中是一種中間件，它位于操作系統之上，具體的測試應用之下。圖2顯示了ABBET測試基本框架（Test Foundation Framework）中的標準的綜合集。
圖2 ABBET測試基礎標準框架
標準化框架允許測試應用和工具能夠在實現于ABBET框架服務之上的異構平臺中得到支持。這些標準圍繞表示測試主體、測試資源和測試環境的三個軸進行組織。
圖中水平軸所表示的測試主體標準支持測試主體信息的獲取和重用。測試主體信息捕獲對測試主體設計和測試需求的說明，這些說明可以避免在初期開發、維護和測試應用的重駐過程中進行二次開發。測試主體信息也包括診斷知識，可在測試過程中被訪問。
垂直軸所表示的測試資源標準應用于測試資源和信息。測試資源控制標準支持對儀器配置和數據獲取等系統服務的訪問。測試資源信息標準支持對測試應用資源需求和測試儀器能力進行規范。這些標準支持調整測試應用，以適應測試設備配置的修改。
斜軸所表示的環境相關標準，支持測試應用在異構測試環境之間的互換和重駐。測試信息以一種中立的、與具體實現無關的格式進行交換，這種格式對于數據導入、導出服務很適合。
二、VITE實現體系結構
開放式虛擬儀器測試環境的體系結構中包含了多種標準的開放式軟件接口關系。軟件功能模塊通過這些接口實現信息交換，這些帶有標準接口的功能模塊組成了測試基礎框架。
VITE的實現以面向對象的組件為基礎，按照信息框架和系統框架的原則，設計實現了若干個功能組件。具體結構見圖3。
圖3 VITE組成結構
組件是一種定義良好的獨立可重用的二進制代碼，它可以是一些功能模塊、被封裝的對象類、軟件框架、軟件系統模型等。目前基于對象的組件軟件體系結構中的“組件”是指可方便地插入到語言、工具、操作系統、網絡軟件系統中的二進制形式的代碼和數據。
軟總線又叫對象總線或ORB(對象請求代理)，其目的是為組件間或組件使用者與組件提供者之間提供透明的通信通道。圖中的應用執行、診斷顯示、測試系統等組件就是掛接在軟總線上的“軟件集成電路(IC)”。
軟總線是聯結應用程序、各種對象、服務、對象工具集的核心，能夠把各個組件對象元素有序地分割開來，用以實現分布式的軟件集成和應用上的即插即用。它包括兩個兩個層次的關系：1）．對象方法、服務的“定義” 與它們的“實現”之間的關系。通過接口定義語言 OMG IDL 我們可以獲得規范、通用的對象方法、服務定義。借助軟總線，這些定義可以在任何編程語言、代碼模塊中真正實現，這種分割有助于進行具體軟件編碼互換，編程語言互換以及版本互換。2）．請求“客戶”與響應“服務器”之間的關系。客戶對其它對象方法、服務的請求并不直接傳遞給被請求服務器，而是轉交給軟總線，由總線監察服務器的位置、狀態，并決定服務綁定的方式，這種關系有助于對分布式對象進行跨平臺、跨協議的邏輯集成。
這兩種關系能夠保證組件通過總線進行通信，解決組件之間的互操作問題。每個組件通過組件通信單元（也稱適配器）與總線連接，適配器組件解決互不相識的組件之間的互操作和數據交換問題。從適配器送往總線的數據組件對象能被任一其它適配器自動識別，而且數據組件對象安裝期間可由安裝人員進行適當的調整從而改變服務組件的功能和結構，以適應新的要求。用戶界面組件提供表示服務，服務組件提供功能服務。
結合第2節描述的VITE標準體系結構劃分和測試主體、測試資源、測試環境三者之間的關系，整個VITE的實現分為五個概念層。
第1層為測試信息層，主要對被測產品進行描述，以取得產品設計和維護試驗的有關信息，以及其測試的特殊需求。圖3中的模型編輯組件主要完成這一層的功能。
第2層為測試需求和策略層，提供UUT(被測件)的測試需求、測試模式和診斷知識的標準信息實體，其目的是產生高效的測試程序和可靠的數據。圖3中的應用執行組件、診斷引擎組件、數據庫引擎組件等主要完成這一層的功能。
第3層為用戶應用程序層，主要用于幫助開發TPS程序，定義了與測試執行對應的操作接口，測試執行包括測試選擇、測試順序選擇、診斷交互、訪問用戶接口部件以及訪問數據日志和文件操作。圖3中的應用執行組件、診斷顯示組件等主要完成這一層的功能。
第4層為測試資源管理層，提供了用于全面管理測試系統資源的基本接口，支持在某一特定ATE條件下執行獨立的ATE測試的能力，其目的是允許不同廠商制造的儀器和不同種類的儀器可用于同一測試程序以完成各自的功能。圖3中的COTS測試語言組件主要完成這一層的功能。
第5層為儀器驅動(控制)層。該層主要提供了ATE可利用的各類總線標準和儀器接口，如IEEE488、SCPI、VISA、IVI等等。圖3中的COTS儀器驅動組件主要完成這一層的功能。
三、VITE核心信息模型結構
VITE的信息框架的基本信息模型是基于核心信息模型結構CTIM的，其目標是描述一個或多個產品的測試，提供在不同系統間交換測試信息的途徑。其描述可以是與測試器無關的，這樣可以支持不同平臺和環境之間的測試重用。
核心測試信息模型是一種描述測試行為的信息模型，它必須具有下面的功能特征：
a) 描述預期的產品行為特性
b) 定義測試需求
c) 定義資源能力和需求
d) 定義測試策略的行為
e) 引導系統診斷
CTIM模型中有五個實體：
a)位置(Location)：位置捕獲事件發生的地點。在當前模型中位置沒有被進一步定義，在將來與產品信息的綁定中會進一步定義。
b)行為(Behavior)：行為捕獲事件發生的時間。用來標識事件發生的時間間隔，由其開始（start）和結束（stop）屬性定義。
c)信號(Signal)：信號捕獲發生的事件。信號的類型包括面向信號的符號、以及其它的標準編程類型(比如整數、實數或布爾類型)。
d)約束(Constraint)：約束定義了約束或限制信號取值范圍的規則。
e)時間(Time)：模型中的時間只是用來支持行為實體的定義。它是變量(variable，下面將定義)實體的子類，用來定義行為實體的開始(start)和結束(stop)屬性的類型。
圖4 VITE的核心測試信息模型
本文上節所述的各個信息組件都是基于CTIM的，或者是對CTIM的擴展。所有組件能夠在CTIM的基礎上補充了進一步的細節，從而將其定制到不同測試應用領域。
四、可互換虛擬儀器IVI模型
在系統框架的引導下，VITE的儀器驅動按照標準體系的要求，采用IVI（Interchangeable Virtual Instruments）模型。IVI模型是IVI基金會在VPP（VXI Plug&Play）技術基礎上制定的一種驅動器設計標準。它通過定義類驅動器和專用驅動器實現了部分通用儀器之間的互換，縮短了程序的開發時間，提高了系統的運行性能。
IVI標準的目的是允許用戶把標準的IVI組件集成到不同的軟件、硬件系統中。它支持各種接口，包括GPIB、VXI、PXI、Serial、USB、Ethernet、Firewire和PC plug-in等，允許同類儀器（可帶不同接口）互換。該技術的采用能夠支持儀器互換，降低系統成本，改進系統運行性能和配置能力。
IVI模型采用了IVI-COM通信引擎的專用組件，能夠保證儀器的動態互換。應用程序調用IVI的邏輯名，由引擎負責與配置庫的邏輯名進行匹配，連接實際的物理儀器。
因此，在廣泛收集測試系統的具體應用需求的信息下，遵循IVI標準，總結各類通用測試儀器的使用情況，以面向對象的實現方法，建立各種IVI儀器類，封裝儀器的屬性、方法和事件，并能夠繼承和重構。實現不用修改測試程序的測試儀器的更換。只要測試儀器的功能相同就可以實現不用修改測試程序的測試儀器的互換。
虛擬儀器測試環境的軟總線體系結構融合了測試工程項目管理要素（維修性論證、測試需求分析、診斷能力分配與設計、系統綜合與試驗、測試能力成熟度等）、嵌入式測試要素（BIT/BITE）、外部測試要素（維修等級、自動測試設備、測試程序集、人員培訓、數據庫、技術信息收集與分析、后勤技術保障）等一系列標準。在VITE平臺的建設上，充分保證了：一是以測試需求分析為基礎，二是貫徹綜合診斷信息支持系統（IDSS）的思想，三是嚴格執行標準化程序，遵循和采用相關的國際和國家標準。這樣的思路和方法使得我們在構造通用測試平臺時獲益匪淺。
