??? 摘 要： 針對ATS軟件規模和復雜度的增加帶來的系統描述和集成問題，給出了ATS軟件的概念模型" title="概念模型">概念模型、信息模型和系統模型" title="系統模型">系統模型，闡述了三者之間的關系，為ATS軟件的體系結構通用性、儀器互換性、軟件移植性和系統互操作性設計提供了解決方案。
??? 關鍵詞： 自動測試系統? 概念模型? 信息模型? 系統模型
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??? 隨著規模和復雜度的增加，自動測試系統ATS（Automated Test System）軟件的描述和集成問題越來越突出。軟件體系結構是對軟件系統整體框架的描述，而體系結構研究是以模型為中心的，致力于對基本問題的抽象建模比專注于系統底層實現細節更重要。
??? 本文借鑒了軟件工程理論和數據庫理論的相關研究成果，提出了ATS軟件概念模型、信息模型和系統模型的概念。ATS軟件概念模型是對測試問題的抽象表達，它位于ATS軟件系統建模過程的最高層。ATS信息模型介于概念模型和系統模型之間，從用戶的角度描述測試信息及其交互過程，為ATS軟件設計提供信息支持。ATS軟件系統模型從開發人員實現系統的角度描述ATS軟件體系結構，是測試/診斷程序TPS（Test Program Set）實現的依據。基于以上概念定義，本文建立了ATS軟件的概念模型、信息模型和系統模型，并闡述了三者之間的邏輯關系。
1 ATS軟件概念模型
??? 概念模型是設計者對現實世界認識結果的體現，是對軟件系統體系結構的整體抽象描述。概念模型是對研究對象結構、功能和行為的抽象表達，是按照用戶需求，對研究對象涉及的范圍和程度的一種規范說明。概念模型既是用戶需求的體現，也是工程開發的基礎。因此，概念模型涉及到兩個方面：描述用戶的需求和作為應用開發的基礎。
??? 基于以上定義，ATS軟件概念模型同樣要體現ATS軟件的兩個方面：①描述被測對象UUT（Unit under Test）的測試/診斷需求和測試資源的功能需求；②作為開發TPS的基礎。據此，本文建立的ATS軟件概念模型如圖1所示。橫軸上的被測對象UUT發布測試需求信息，縱軸上的測試資源發布測試功能信息，虛線把UUT的測試需求信息和測試資源的測試功能信息隔離開來，而通過TPS把二者結合在一起，實現了UUT測試需求和測試資源的測試功能之間的映射。由ATS概念模型可知：ATS軟件開發主要包括兩部分，一是測試需求信息和測試資源信息的標準化描述和交換；二是通過TPS實現UUT的測試需求和測試資源的測試功能之間的映射關系。TPS開發完成后，在運行時系統RTS（Run-Time System）的支持下編譯運行，從而完成UUT的測試需求信息和測試資源的測試功能信息之間的集成。
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??? 針對多種UUT的通用ATS軟件設計開發過程中，UUT和測試資源的種類和數量將激增，同時TPS也將有多個。為此，要對圖1所示ATS軟件概念模型進行擴展，由二維模形轉變成三維模形，如圖2所示。圖1和圖2的內涵是一樣的，只不過在三維概念模型中，存在多個UUT和多個測試資源通過多個TPS實現的多對多映射關系，失去了兩維模型中一對一映射關系的單純性，而這也是當前ATS軟件開發過程中具體工程應用現狀的客觀體現。
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??? ATS軟件概念模型需要實現兩部分內容，分別是測試信息的描述和測試程序" title="測試程序">測試程序的實現。為此，本文把這兩個方面分別用信息模型和系統模型來描述。
2 軟件ATS信息模型
??? 在ATS軟件概念模型中，信息是核心要素，如何來描述和交換信息是ATS軟件實現的關鍵。ATS軟件信息模型是在概念模型的基礎上，主要對其信息要素進行建模，從信息描述和交換的角度深刻挖掘ATS軟件的本質。
??? 本文把數據庫理論中的實體-關系圖模型進行了擴展，界定實體-關系圖中的實體不僅僅是物理實體，也可以包括行為實體和數據實體，而把它們統一稱為信息實體。基于此，采用實體-關系圖模型構建的ATS軟件信息模型如圖3所示。
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??? 在ATS信息模型中，主要有三個重要的信息實體：測試、診斷和維修。位于某一測試上下文中的UUT由測試行為來標記其正常測試規格，而異常行為標記其故障特征，UUT通過測試端口與測試資源通訊，建立物理連接關系；測試實體通過測試資源實現與UUT的物理連接，并運行自身的TPS控制儀器資源來實現觀測UUT某一端口上的測試行為的目的，這一過程得到的測試數據作為故障診斷推理和標記UUT異常行為的基礎；診斷實體建立在依據UUT模型得到的診斷知識之上，它首先根據診斷任務選擇測試活動并對其進行排序從而生成測試執行序列，其次診斷實體參考測試數據標記UUT的某一異常行為出現與否，而后通過診斷模型對異常行為的具體位置、故障現狀等情況進行判定，最后通過一系列維修活動糾正UUT的異常行為，從而實現服務于UUT維修保障的最終目的。
??? 為了清楚地描述測試信息，本文提取和定義了ATS軟件信息模型中的信息實體，信息實體包括被測對象UUT、UUT測試、測試儀器" title="測試儀器">測試儀器、測試平臺" title="測試平臺">測試平臺、測試適配器、測試配置、測試數據、故障診斷和故障維修等九個，各自的描述范疇和內容如下所示：被測對象UUT提供了描述某一特定UUT的能力，包括UUT的標識、接口以及物理、電氣、操作特性等信息，它用來輔助UUT測試描述信息實體生成可執行的TPS，并保證該TPS在不同ATS之間移植；UUT測試描述UUT基本信息、測試性能、測試條件、電源需求、測試序列、診斷需求、相關支持設備的連接和操作以及測試程序的自動生成等信息，這些信息是開發可執行TPS的基礎；測試配置描述在具體的測試平臺上測試某一個UUT所必須的硬件、軟件與文檔信息，這些信息指向了其他信息實體；測試適配器描述UUT與測試平臺之間的連接關系，包括應用環境需求、連接接口、物理/電氣特性等信息，這些信息用于描述適配器的適用環境，定位UUT和ATE（Automated Test Equipment）之間的信號路徑，便于實現TPS的移植性；測試平臺描述平臺上測試資源的接口、物理/電氣特性、通道、校準以及自檢等信息，其為ATS自檢和校準以及TPS執行時的通道轉換和信號路由提供服務；測試儀器主要是對傳統儀器、綜合/虛擬/組合儀器進行靜態描述，該描述信息為TPS運行時標定儀器和進行資源分配提供服務，描述內容包括儀器生產商、序列號、功能、端口、指標等信息；測試結果描述在某一ATE上執行TPS進行某一UUT測試時的測試數據定義信息，包括UUT描述、測試平臺描述、測試程序TPS、測試值、對測試結果通過與否的判定、操作人員、先前的維修活動以及操作環境等，測試數據信息用于分析、處理、顯示和共享以及后期的故障診斷操作；診斷描述執行和分析UUT某一故障所必需的診斷推理信息和過程定義，這些信息用于閉環故障診斷及其相關操作；維修信息描述在故障診斷結果的基礎上所要進行的維修活動。
??? ATS信息模型通過標記測試環境中的物理實體（如被測對象UUT、測試儀器等）、行為實體（如測試行為、診斷行為、維修行為等）和數據實體（如測試數據、診斷知識等）來完整地展現ATS信息實體之間的關系，描述了ATS內部的UUT測試需求信息和測試資源功能信息的流動過程，為ATS系統模型的實現提供了信息支持。
??? 有關基于XML語言的信息實體描述方法參見文獻[2]，不再贅述。
3 ATS軟件系統模型
??? ATS軟件系統模型從開發人員的角度對ATS軟件的TPS設計進行建模，旨在依靠計算機軟件實現自動化的ATS信息交互過程。
為了清楚地描述ATS軟件的層次結構，本文把ATS軟件系統模型建立在ABBET層狀模型[3]基礎之上，如圖4所示。
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??? ATS系統模型共分成六個層次：產品描述層、測試需求/策略層、測試程序層、資源管理層、儀器控制層和硬件層。采用層狀結構的最大好處是可以體現ATS軟件的整體結構和接口連接關系。ATS軟件系統模型的層次劃分與ABBET標準定義的ATS層狀模型的主要區別是增加了硬件層，旨在便于把系統模型中需要的測試信息和接口信息與ATS硬件的對應關系體現出來。
??? 在ATS軟件系統模型的接口連接關系上，各層之間分別通過產品描述文檔、測試/診斷需求描述文檔、虛擬資源、儀器驅動器和硬件總線接口實現連接。
3.1 產品描述層和測試需求/策略層
??? 從UUT測試和故障診斷的角度出發，產品描述層和測試需求/策略層是一致的，目的均是描述UUT的測試/診斷需求，二者的不同之處在于產品描述層在UUT設計階段定義UUT的測試行為，進而形成測試需求文檔傳遞到UUT的測試維修過程中去，而測試需求/策略層是在UUT的維護階段提取UUT的測試/診斷需求并給出測試/維修策略，進而形成測試需求文檔，因此產品描述文檔可以是UUT測試需求文檔的一部分或者就是UUT測試需求文檔本身。
??? 產品描述層和測試需求/策略層的實現對應于ATS信息模型的UUT和UUT測試需求兩個信息實體，采用XML語言進行描述，詳細實現過程參見文獻[2]。
3.2 測試程序層
??? 在測試程序層中，TPS把UUT測試/診斷需求轉化為計算機可編譯執行的軟件代碼，因此從深層次來講，TPS是對UUT測試/診斷需求的另一種表達方式，而這種方式可被COTS編譯器所理解和編譯運行，進而實現測試任務，得到測試數據，實現UUT的故障診斷和維修。
??? 測試程序的具體實現方法是多種多樣的，如基于ATLAS語言的實現方式、基于XSLT轉換語言的XML實現方法[5]和基于COTS語言的實現方法等。在這幾種實現方法中，ATLAS語言已經過時且編譯器（如PAWS等）價格昂貴；基于XSLT轉換語言的XML方式缺乏規范的實現步驟且具體工程操作過程中工作量巨大，設計復用性差；而以COTS語言為工具，基于組件的ATS軟件設計實現方法是作者的最終選擇，詳細實現過程參見文獻[2]。
3.3資源管理層
??? 資源管理層是ATS軟件系統的重要組成部分，它實現了承載UUT測試需求的TPS和測試資源功能之間的對接，在儀器驅動器的支持下，為ATS軟件系統的儀器互換性、軟件移植性和系統互操作性問題提供了解決方案。
??? 在資源管理層中分別用測試儀器模型、測試平臺模型、測試適配器模型和測試配置模型規范了測試資源功能、測試平臺通道連接關系、測試適配器信號變換和通道轉接關系以及UUT測試配置等信息實體的描述內容，它們是測試資源管理的基礎。在這四個模型中，前三個作為ATS中測試資源能力描述的組成部分，對ATS的測試功能進行描述，第四個提供UUT測試的系統配置信息。四個模型的實例化文檔共同為RTS提供信息支持，分別由ATS信息模型給出的測試儀器Schema、測試平臺Schema、測試適配器Schema和測試配置Schema進行定義，信息描述方法同樣采用XML格式。
??? 在測試資源管理信息的配合下，RTS將把TPS中標記的虛擬資源需求映射到真實的物理資源控制上來，這種映射關系是通過虛擬資源描述和物理資源能力描述中的信號索引來完成的[1]。關于面向信號的測試資源能力映射方法參見文獻[2]。
??? 測試資源的能力是通過面向信號的儀器驅動器表現出來的，資源和通道映射成功后RTS將調用測試儀器和開關系統的驅動程序完成對物理儀器的功能調用。
3.4 儀器控制層
??? 儀器控制層完成測試儀器和開關通道的控制，面向信號的儀器驅動器設計在封裝內部實現時可以調用的具體儀器驅動器類型有VPP、IVI、IVI-MSS等，而具體的物理控制指令可以是VISA、SCPI、488.2中的一種或幾種混合起來。
??? VISA規范屏蔽了測試儀器的物理接口，儀器接口可以是VXI、PXI、GPIB、PCI、LXI等類型中的任意一種。對于不同接口的測試儀器的相似功能，VISA均通過相同的控制代碼來實現。
4 模型之間的關系
??? 對于ATS而言，概念模型是ATS軟件模型的精髓所在，它是ATS軟件的靈魂，是信息模型和系統模型的出發點和立足點。信息模型解決ATS軟件概念模型的信息描述和交換問題，是ATS軟件系統模型需要解決的具體任務，它捕獲ATS軟件系統的信息需求，把整個ATS分成九個信息實體，劃分了各信息實體之間的接口關系和每個信息實體具體的描述范疇，這些信息實體作為TPS運行時系統的信息來源，方便了UUT測試需求信息和測試資源能力信息在ATS系統模型內傳遞，約束了系統模型的行為。系統模型在RTS的支持下具體實現ATS的信息交互過程，它從ATS信息模型中獲取相關測試信息，是ATS信息交互過程的具體實現，ATS系統模型把測試軟件分成五個層次，各層次之間均由標準化接口來實現信息的傳遞和過程的調用。
??? ATS信息模型主要從用戶的角度對UUT的測試需求和實現過程建模，它描述ATS軟件的信息實體及其相互之間的關系，是不可執行的，信息交互過程需要依靠系統模型來實現；而系統模型從設計實現TPS的角度對ATS軟件進行建模，它把UUT的測試需求信息和ATS測試資源能力信息轉化成ATS軟件實體，是可執行的，而具體的信息需求要靠信息模型來提供。因此，從ATS軟件實現的角度來講，信息模型和系統模型之間的關系是對立統一的，整個ATS軟件開發過程需要把二者集成在一起。
??? 本文建立了ATS軟件的概念模型、信息模型和系統模型，闡述了三種模型之間的關系，解決了當前由于ATS的規模和復雜度急劇增加帶來的ATS軟件系統集成和描述問題，對具體的ATS軟件工程設計和實現過程具有廣泛的指導作用。
參考文獻
[1] IEEE Std 1641-2004. IEEE Standard for Signal and Test Definition. 2004.
[2] ?劉金寧. 自動測試系統軟件模型與關鍵實現技術研究[D].軍械工程學院博士學位論文， 2007.
[3] ?IEEE Std 1226-1998. IEEE Trial Use Standard for A Broad Based Environment for Test（ABBET）Overview and Architecture[J]. 1998.
[4] ?SHEPPARD J W, SIMPSON W R. A systems view of test ?standardization[C]. In AUTOTESTCON, 1996.
[5] ?O’DONNELL S J, RICHARDSON P. Implementing ATML into an existing software architecture[C]. IEEE Proceedings of AUTOTESTCON 2004：209-216.