SMART軟件控制平臺(tái)研究

SMART軟件控制平臺(tái)研究

摘要：本文在簡要回顧ARINC608A標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生和發(fā)展歷史基礎(chǔ)上,對SMART軟件體系結(jié)構(gòu)作了簡要介紹。進(jìn)而針對SmartTM軟件平臺(tái)，從編寫測試程序的角度,介紹和分析了具體的庫、過程、變量以及TUA描述語言;從ATE系統(tǒng)集成角度,介紹了資源描述（RD）與儀表模型（DM）和配置模型（CM）的建模方法。
關(guān)鍵詞：SMART；ARINC608A；建模；ATLAS

SMART是標(biāo)準(zhǔn)化模塊式航空電子設(shè)備修理和測試的英文簡稱(Standard Modular Avionics Repair and Test)，是民用航空工業(yè)界為標(biāo)準(zhǔn)化ATE而制定的航空電子測試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了ATE系統(tǒng)的硬件、軟件組成要求。該文介紹根據(jù)其軟件要求而發(fā)展出的SmartTM軟件平臺(tái)。

1? 歷史回顧
二十世紀(jì)七十年代，電子技術(shù)的數(shù)字化革命，使航空電子設(shè)備也產(chǎn)生了數(shù)字化進(jìn)步，出現(xiàn)了高度集成化并封裝在一個(gè)盒子中的"ARINC 700 系列"航電產(chǎn)品。這類航空電子產(chǎn)品的通訊方式，采用ARINC429串行數(shù)字總線，大量使用各種嵌入式CPU。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用使各種設(shè)備的自動(dòng)測試能夠得以實(shí)現(xiàn)。然而，復(fù)雜的航空電子設(shè)備使其測試也更復(fù)雜了。這段時(shí)期，航空電子設(shè)備供應(yīng)商、飛機(jī)制造商和航空公司研發(fā)了許多不同的測試系統(tǒng)，并各自開發(fā)了專門的測試程序。雖然自動(dòng)測試能節(jié)省可觀的人力資源，但卻需要大量的前期開發(fā)投入。在1984年，航空電子維修協(xié)會(huì)AMC得出結(jié)論：從航空工業(yè)角度看，得有一個(gè)適當(dāng)?shù)暮娇针娮訙y試標(biāo)準(zhǔn)方法，方能使企業(yè)節(jié)約大量成本。
于是，航空電子工程委員會(huì)AEEC和航空電子維修協(xié)會(huì)AMC 委托下屬的測試設(shè)備指導(dǎo)分會(huì)(TEG-103)制定統(tǒng)一的航空電子測試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。由航空公司、飛機(jī)制造商、航空電子和測試設(shè)備廠商代表組成的測試設(shè)備指導(dǎo)分會(huì)，完成了ARINC 608標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。在1986年，航空電子工程委員會(huì)AEEC認(rèn)同和采納ARINC 608標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)描述的測試系統(tǒng)硬件和軟件概念，得到了有關(guān)各方的一致認(rèn)可。一開始人們便將此標(biāo)準(zhǔn)定義的航空電子測試系統(tǒng)稱為“SMART”。受航空電子維修協(xié)會(huì)AMC的委托，美國航空無線電公司ARINC著手了原型系統(tǒng)的開發(fā)。ARINC公司為該系統(tǒng)開發(fā)的軟件就是著名的“SMART?”軟件。
當(dāng)軟件出現(xiàn)的時(shí)候,航空工業(yè)界看到的“SMART?”僅體現(xiàn)了ARINC608標(biāo)準(zhǔn)的軟件細(xì)節(jié)，并且一致認(rèn)為，還可以改進(jìn)ARINC 608標(biāo)準(zhǔn)，對其作更精確定義，使該標(biāo)準(zhǔn)更通用。在1990年，測試設(shè)備分會(huì)要求立即凍結(jié)ARINC 608-1標(biāo)準(zhǔn)，并立刻著手ARINC 608A的起草工作。
1993年頒布的ARINC 608A標(biāo)準(zhǔn)，在通用性的基礎(chǔ)上定義了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備概念。它確保任何一個(gè)制造商選擇該標(biāo)準(zhǔn)后就能開發(fā)出適合該標(biāo)準(zhǔn)要求的測試設(shè)備。ARINC 608A標(biāo)準(zhǔn)保留了ARINC608-1標(biāo)準(zhǔn)的所有技術(shù)概念，增加了數(shù)字信號(hào)測試的定義和通用接口邏輯定義。

2? SMART軟件體系結(jié)構(gòu)
SMART的軟件體系分為編譯、配置和執(zhí)行三部分，如下圖。這個(gè)軟件體系對ATE使用者而言，只需提供ATLAS源程序和TUA連線描述兩個(gè)程序文件；而對ATE集成者來說，他必須作資源描述（RD）、儀表模型（DM）和配置模型（CM）的建模工作。ATLAS程序的編譯、鏈接、資源分配和可執(zhí)行代碼的運(yùn)行等工作，則是SMART?軟件的任務(wù)。SMART?軟件的測試引擎（TE）和儀表任務(wù)控制 ( DCT )，在ATE測試控制計(jì)算機(jī)（TCC）操作系統(tǒng)的控制下進(jìn)行工作。

如圖所示的SMART測試系統(tǒng)的軟件平臺(tái),要求建立在某種操作系統(tǒng)上，該操作系統(tǒng)在選定的TCC上提供基本的系統(tǒng)軟件服務(wù)；軟件平臺(tái)提供的軟件用戶接口，有一個(gè)便于理解、以及一致性的用戶交互使用接口，用戶需求的所有測試功能，能使用這一公用接口進(jìn)行處理。如：在測試系統(tǒng)上開發(fā)可執(zhí)行的ARINC 626 ATLAS測試程序；在測試系統(tǒng)上執(zhí)行ATLAS測試程序等。
軟件體系結(jié)構(gòu)圖中的軟件組件，可以在任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、模塊化的高級(jí)系統(tǒng)程序語言中編制,但須保證長期的可維護(hù)性。下面是對這些軟件組件的描述：
ATLAS 編譯器:ATLAS源測試程序根據(jù) ARINC 626 編制。ATLAS 編譯器處理ATLAS 源程序，并且輸出中間代碼/虛擬資源表文件。這個(gè)文件將進(jìn)一步被ATLAS 連接器和資源定位處理器處理。ATLAS 編譯程序創(chuàng)建的中間代碼/虛擬資源表文件在ATLAS源語句、虛擬資源表、流程圖數(shù)據(jù)、使用的標(biāo)志符號(hào)以及外部參考之間提供必要的連接。在資源分配期間，提供添加路徑表的手段。
中間的代碼/虛擬資源表文件:這是ATLAS測試程序編譯器產(chǎn)生和定義的所有可編程的測試儀器量程大小和參數(shù)限制值的一張表。該表是 ATLAS 目標(biāo)文件結(jié)構(gòu)的一部分。
ATLAS 連接器:ATLAS連接器將獨(dú)立的ATLAS測試過程程序,包括主程序和所有的 ATLAS 和 non-ATLAS 模塊程序進(jìn)行邏輯連接，構(gòu)成一個(gè)完整的測試程序。
測試適配器( TUA ) 連線描述:TUA連線描述定義ATE測試資源和 UUT引腳之間的聯(lián)接路徑，該路徑包括通過的開關(guān)組件、負(fù)載、衰減器以及固定增益放大器等。
TUA 處理器:TUA 處理器處理并檢查TUA資源文件是否有語法錯(cuò)誤，是否符合測試站參數(shù)配置，該參數(shù)含在配置模型和TUA源文件中。這些參數(shù)包括ATE儀器、使用的路徑和開關(guān),以及在TUA內(nèi)附加的有源和無源部件。
資源描述:資源描述(RD)源代碼支持對測試系統(tǒng)中使用的儀器進(jìn)行必要的特征描述及控制。
儀表模型:儀表模型(DM)提供特定儀器的設(shè)置信息，該信息用于定義資源描述，或?qū)①Y源描述與測試站及ATLAS執(zhí)行環(huán)境中可用資源相綜合。該描述包括將資源描述使用的信號(hào)詞匯映射到被用來執(zhí)行儀器功能的 ATLAS 詞匯中。
配置模型:配置模型( CM )是 ATE 系統(tǒng)完整的軟件模型。它包括在處理資源描述、儀表模型和源配置說明期間產(chǎn)生的信息。配置模型文件包含ATE設(shè)備特定的信息，如儀表名稱、儀表控制接口定義和系統(tǒng)互聯(lián)信息。
ATE 建模處理器:
資源描述處理器:資源描述處理器驗(yàn)證資源描述的語法并輸出資源描述庫文件。
儀表模型處理器:儀表模型處理器定義安裝到ATE系統(tǒng)的儀器配置特性并將資源描述與ATLAS測試系統(tǒng)接口。它也將資源描述中面向儀器功能的詞匯翻譯成 ARINC 626 ATLAS 詞匯。
配置模型處理器:配置模型處理器從包含在儀表模型庫、資源描述庫文件、配置描述源文件中的信息里創(chuàng)建配置模型。
資源定位器:資源定位器從配置模型、TUA連線描述、虛擬資源表、ATLAS中間代碼合并信息，產(chǎn)生中間代碼/真實(shí)資源表文件。
中間代碼/真實(shí)資源表文件:在 ATLAS 目標(biāo)文件中的虛擬資源表和路徑表，用配置模型中真實(shí)資源地址和TUA表的路徑信息更新，生成中間代碼/真實(shí)資源表文件。這個(gè)文件用于配置一個(gè)特定的測試站。
儀表任務(wù)控制 ( DCT ):提供測試引擎（TE）用可執(zhí)行的代碼去控制ATE儀器的手段。它是由各種單獨(dú)的資源描述，儀表模型，和配置模型綜合而成。
ANSI C 編譯器/連接器:在TCC/操作系統(tǒng)配置中，C 語言工具可用于創(chuàng)建可執(zhí)行的 C 代碼。
測試引擎:測試引擎( TE )提供 4 個(gè)基本功能：①測試控制；②報(bào)告產(chǎn)生；③測試操作界面；④UUT/ATE 數(shù)據(jù)庫環(huán)境測試引擎負(fù)責(zé)可執(zhí)行的測試程序和 DCT間的通信連接。

3? SMARTTM測試程序
要編寫出能夠在SMART?軟件環(huán)境中可執(zhí)行的ATLAS測試程序,除需要對ARINC 626 ATLAS標(biāo)準(zhǔn)熟悉外,還需要對SMART?軟件的特殊風(fēng)格有較為深刻的理解和認(rèn)識(shí)。SMART?測試引擎中，有一套內(nèi)建的過程（Procedures），測試引擎的功能由這些過程調(diào)用。這些過程構(gòu)成庫（Libraries），計(jì)有：標(biāo)準(zhǔn)（Standard）庫，用戶（User）庫和被測件（UUT）庫這三種類型的庫。另外，SMART?軟件還對全局變量作了明確定義。
3.1 SMARTTM測試引擎中的庫
SMART?測試引擎有一套內(nèi)建的過程，它們構(gòu)建在SMART?軟件里，有一些用于標(biāo)準(zhǔn)庫，其余用于用戶庫和UUT庫。在編寫SMART?測試程序時(shí)，庫具有特定和唯一的規(guī)則。其中標(biāo)準(zhǔn)庫含有的一組過程，提供ATLAS測試程序與相應(yīng)SMART?測試引擎功能間的接口。下面僅對標(biāo)準(zhǔn)庫過程與SMART?軟件自身有關(guān)的響應(yīng)作一簡要介紹：
‘READ-DATA’ 從主操作系統(tǒng)回讀時(shí)間和日期，轉(zhuǎn)換成兩個(gè)ASCII字符串
‘CALC-TIME’ 將時(shí)間轉(zhuǎn)換成ATLAS實(shí)型秒數(shù)
‘ASCII-TIME’ 將實(shí)型秒數(shù)再轉(zhuǎn)換成以小時(shí)、分和秒作單位的ASCII字符串
‘UUT-DOWN’ 測試程序調(diào)用或自動(dòng)響應(yīng)SMART?‘UUT_DOWM_EVT’事情件，該過程，在其它事件中，從UUT庫中調(diào)用“RESET-UUT”過程，刷新SMART?狀態(tài)窗口，若需要還能調(diào)用USR1庫中的‘EDIT_UUT_DOWN’過程。
‘ABORT’ 自動(dòng)響應(yīng)SMART?“ABORT_EVT”事件。該過程是個(gè)例外，它可由ATE集成者編輯。作為應(yīng)急措施，如果ATE系統(tǒng)執(zhí)行ABORT事件而軟件又在繼續(xù)運(yùn)行，它可用于切斷UUT與測試設(shè)備的連接。這些是測試設(shè)備的特定動(dòng)作，須將其插入‘ABORT’過程的起始部份。
‘INIT-PROG’ 該過程自動(dòng)調(diào)用，響應(yīng)SMART?‘RUN_EVT’。它在測試程序開始執(zhí)行時(shí)，初始化相應(yīng)的庫和系統(tǒng)功能。在其它事件中，它使用UUT庫中的‘ADAP_CONNECT’和‘IDENTX’過程檢查適配器與測試設(shè)備間的連接
‘END_SELECTION’ 在執(zhí)行了一個(gè)或多個(gè)選定的測試入口點(diǎn)后被自動(dòng)調(diào)用（SMART? ‘END_SELECT_EVT’事件）。從USR1中調(diào)用‘UUT_DOWN’和‘EDIT_END’。
‘TERMINATE’ 響應(yīng)SMART?‘TERM_EVT’事件時(shí)自動(dòng)調(diào)用。調(diào)用‘UUT_DOWN’并結(jié)束測試程序。調(diào)用UUT庫中‘UUT_TEST_RESET’，完成所有UUT規(guī)定的動(dòng)作，并從USR1中調(diào)用‘EDIT_TERMINATE’結(jié)束測試結(jié)果文件
‘OUT_FAIL_CHECK’ 響應(yīng)SMART?‘VERIF_COMP_EVT’事件時(shí)被自動(dòng)調(diào)用，當(dāng)執(zhí)行ATLAS COMPARE或VERIFY語句時(shí)，該事件自動(dòng)產(chǎn)生。它將檢查結(jié)果，若需要時(shí)，執(zhí)行‘UUT-DOWN’，它將從USR1調(diào)用‘OUT_RESULTS’，把記載的結(jié)果送入輸出文件。
‘COMMUNICATION’ 該過程在任何SMART?測試程序的起始階段是強(qiáng)制執(zhí)行的，它將ATLAS事件指示器同SMART事件相關(guān)聯(lián)，并激活自動(dòng)EVENT過程。

由于在ATE建模時(shí)，需要對除標(biāo)準(zhǔn)庫外其它庫中的有些過程進(jìn)行編輯和修改，編寫測試程序時(shí)，也要編輯和修改UUT庫的過程，我們將各個(gè)庫文件中所有的過程列舉如下，它們的詳細(xì)說明，參見ARINC 627中的源程序文件。
標(biāo)準(zhǔn)庫
READ-DATE；CALC-TIME；ASCII-TIME；UUT-DOWN；ABORT；INIT-PROG；END-SELECTION；TERMINATE；OUT-FAIL-CHECK；COMMUNICATION 。
USR1庫
WRITE；WRITE-AND-WAIT；STRING-FORMAT；HEADER-USER；EDIT-END；EDIT-TERMINATE；EDIT-ABORT；EDIT-UUT-DOWN；DELAY；FATAL-ERROR；PROXIMITY；OPERATOR-ID；WAIT-MAN-BELL；PRINT-ENTRYPT；OUT-RESULT；BIT-RESULT；SEQUENCE-TITLE；TEST-TITLE；TITLE；BEGIN-EP；END-EP；INIT-POWER-TIME；HALT-POWER-TIME；WAIT-MAN；CLEAR-SCREEN；OPERATOR-NEEDED；DISPL；COMMENT；STRING-RESULT；TUA-HEADER-USER。
USR2庫
NUM-TO-STRING；STRING-TO-NUM；COMP-BNR；CONV-BNR；COMP-XT-XE；BIT-FAIL-CHECK；COMP-1LMT；COMP-ULLL；PREP-OP-MEAS；OP-REQUESTED；OP-MEAS；COMP-OP-MEAS；BIP-BIP。
UUT庫
ADAP-CONNECT；IDENTX；RESET-UUT；UUT-CONNECT；UUT-DISCONNECT；INIT-FAIL；SET-FAC；UUT-TEST-INIT；UUT-TEST-RESET；ESA-CONNECT；EDIT-USER-TERMINATE。
USR庫和UUT庫中與標(biāo)準(zhǔn)庫過程無關(guān)的過程需要調(diào)用者編輯修改。具體說就是它們與測試程序和測試系統(tǒng)I/O有關(guān)，因此：①USR1和USR2庫中剩下的過程，必須由ATE集成者或安裝者修訂；②UUT庫中剩下的過程，在編寫具體的測試程序時(shí)也要編輯修改；③新的過程也可按需求加入到這些庫中。
3.2? 庫和測試引擎全局變量
庫使用全局變量進(jìn)行測試引擎和TPS間的信息交換，并控制某些過程的功能。在SMART?中，規(guī)定了14個(gè)特殊全局變量，38個(gè)可由測試引擎初始化或調(diào)用其它庫功能時(shí)初始化的全局變量以及32個(gè)TPS使用的全局變量。
下面僅列舉SMART?規(guī)定的特殊全局變量，這些特殊變量在SMART?測試程序中無需聲明即可使用。
LL627??? ASCII下限字串
UL627??? ASCII上限字串
MEAS627??? ASCII測量值字串
UNIT??? 含有測量值的單位
LMTDIG??? ASCII常量字串
MEASDIG??? ASCII數(shù)字結(jié)果字串
TYP-EVAL??? 最后一次COMPARE評估結(jié)果
SMART??? 在測試執(zhí)行中，當(dāng)相關(guān)SMART事件發(fā)生時(shí)，SMART事件指示器置于“真”
RUN—EVT??? 表示選定了運(yùn)行選擇，觸發(fā)執(zhí)行INIT-PROG過程
VERIF-COMP-EVT??? 表明ATLAS“COMPARE”或“VERIFY”語句執(zhí)行了，觸發(fā)執(zhí)行OUT-FAIL-CHECK過程。
END-SELECT-EVT??? 表明選擇的測試程序進(jìn)入點(diǎn)執(zhí)行了，觸發(fā)執(zhí)行END-SELECTION過程
TERM-EVE??? 指示‘結(jié)束’選擇被選中或TERMINATE ATLAS語句被執(zhí)行，觸發(fā)執(zhí)行TERMINATE過程
ABORT-EVT??? 指示測試臺(tái)退出鈕被按動(dòng)，觸發(fā)執(zhí)行ABORT過程
UUT-DOWN-EVT??? 指示UUT-DOWN選擇被選中，觸發(fā)執(zhí)行UUT-DOWN過程
3.3 TUA和TUA指導(dǎo)文件
被測組件適配器TUA
SMART系統(tǒng)要求使用被測組件適配器（TUA）作為UUT和測試系統(tǒng)之間的物理接口。
組成TUA的元器件為：①信號(hào)的調(diào)理和負(fù)載器件；②擴(kuò)充測試系統(tǒng)功能的驅(qū)動(dòng)器件；③為ATLAS的DEFINE DRAWING語句建立能力的器件；④連接線--任何綜合性測試站的接口引腳都需要用接線連接TUA內(nèi)部器件引腳和UUT引腳。
TUA指導(dǎo)文件（TUA DF）和資源定位（RA）指導(dǎo)文件融合特定配置的SMART測試站（ATE）與ATLAS測試程序之間的信息。SMART?軟件使用TUA DF數(shù)據(jù)確定資源是否夠用，選擇適當(dāng)信息路徑滿足ATLAS測試程序要求。每個(gè)ATLAS測試程序都需要相應(yīng)的一個(gè)TUA DF。
SMART?用TUA描述語言（TUAD）來說明TUA。對某種TUA，可能存在描述針對特定UUT測試路徑和元器件需求的多種TUAD；也可能某種TUAD支持不止一種TUA。但是，SMART?的 TUAD不能直接支持對TUA內(nèi)部復(fù)雜器件的描述，只能對簡單的負(fù)載，信號(hào)調(diào)理器和規(guī)定圖形進(jìn)行描述。TUA中的復(fù)雜器件應(yīng)作為測試系統(tǒng)的組成部份，使用別的建模語言（DM，RD）描述。
隨ATE系統(tǒng)提供的SMART?語言文件，對如何定義這些器件有詳細(xì)介紹。
TUA指導(dǎo)文件介紹
TUAD的主要功能是規(guī)定所有TUA和測試系統(tǒng)的內(nèi)部連接，一般采用SMART?語言文件中的TUAD語言語法來構(gòu)建。UUT的引腳在TUAD中被明確引用，UUT引腳名稱與ATLAS程序中的連接直接對應(yīng)；TUA中的負(fù)載可在TUAD中說明，信號(hào)調(diào)理器可直接用于定義各種信號(hào)通路；DEFINE DRAWING語句要求建立的儀器能力也用TUAD建立文檔。
按規(guī)定，用DEFINE DRAWING結(jié)構(gòu)描述的能力不能在ATLAS中定義，因而，只能用TUAD定義DRAWING相關(guān)端點(diǎn)和從該點(diǎn)到其它點(diǎn)的路徑。組合器件可用TUA中幾個(gè)單器件互聯(lián)組成，組合器件能力在儀器模型中規(guī)定，建立組合資源的互聯(lián)定義也用TUAD明確說明。
TUAD還可定義假儀器。假儀器指的是UUT引腳間的通路。ATE系統(tǒng)的EARTH（接地點(diǎn)）和COMMON（公共點(diǎn)）也是假儀器。它也支持獨(dú)立的多個(gè)EARTH和COMMON。
綜上所述，可用TUAD明確描述的互聯(lián)有：①DRAWING端點(diǎn)或傳感器選定的儀表和UUT引腳間的連接；②開關(guān)和UUT引腳或DRAWING端點(diǎn)間的連接；③假儀器和UUT引腳或DRAWING端點(diǎn)間的連接；④DRAWING端點(diǎn)和UUT引腳間的連接；⑤由幾個(gè)單獨(dú)器件組成組合器件時(shí)的連接。

4? SMARTTM軟件建模
SMART有三種模型需要在ATE系統(tǒng)集成時(shí)建模：①配置模型（CM）；②儀表模型（DM）；③資源描述模型（RD）。配置模型（CM）用內(nèi)部設(shè)備型號(hào)（DMs）方式描述特定測試站的配置；儀表模型（DM）的主要功能是將ATLAS語法翻譯成資源使用的語法，實(shí)際資源用資源描述（RD）來說明。對組合儀表，DM提供多RDs的鏈接；資源描述是特定資源的一種模型 ，它描述資源能力和怎樣控制資源。
參見SMART?建模語言文檔，它為每種模型提供了語法定義和例子。

5? 結(jié)束語
SMART?軟件是SMART ATE里的標(biāo)準(zhǔn)化軟件，對其軟件體系結(jié)構(gòu)和特殊要求進(jìn)行深入細(xì)致的分析，無論對TPS開發(fā)、ATE集成，還是通用測試軟件平臺(tái)研發(fā)，都有重要的指導(dǎo)作用。