20世纪70年代以来,伴随着GPIB、VXI、PCI/PCIe、PXI/PXIe、LXI等标准接口总线的不断涌现,越来越多的自动测试系统开始采用总线技术,逐步实现了系统硬件平台的标准化、模块化和通用化[61-62]。
为了克服便携式自动测试系统固有的缺点,工业生产和武器装备测试中出现了通用式自动测试系统。通用式自动测试系统典型架构如图2-2所示。该架构采用了“控制器+标准接口总线/模块化仪器+适配器/连接器”的模式,主要由主控计算机、总线式仪器、连接器、适配器、传感器组成。
图2-2 通用式自动测试系统典型架构
(1)适配器/连接器(adapter/linker)是通用式自动测试系统与被测对象(unit under test,UUT)进行信号传输和信息交互的唯一通道,其外部连接关系如图2-3(a)所示。该模块负责被测对象硬件接口与系统内部测试仪器接口的连接,其前后两面分别被定义为A、B面,如图2-3(b)所示。
图2-3 适配器/连接器模型
(a)外部连接关系;(b)适配器/连接器(公)内部联系
A面负责连接UUT,其包含的硬件接口针对特定型号装备,属于专用型设备,在实际测试中,依据装备型号的不同,选择适用该型装备的适配器;B面负责连接系统内部所有仪器设备,其包含的硬件接口与系统内部所有仪器接口一一对应,属于通用型设备。如果信号在进入适配器前需要进行信号调理,通过途径1,经由信号调理模块、适配器/连接器、信号组线进入所需仪器设备;如果信号不需要事先进行调理,通过途径2,直接经由适配器/连接器、信号组线进入所需仪器设备。
(2)信号组线(signal group line)是一组负责适配器B面硬件接口与系统内部所有仪器接口连接的线路,包含连接导线、接插件、转换接头等。
(3)模块化测试资源(modular test resource)是指系统内部所有用于测试UUT的仪器设备。其依据功能不同划分为模块化仪器、控制器和机箱,其中模块化仪器主要包括模块化测试资源、开关资源以及网络资源;控制器负责控制系统内部所有仪器设备的协同工作,主要分为嵌入式、实时以及远程控制器;机箱为模块化仪器和控制器提供嵌入时的物理依托和功能实现的硬件基础。
(4)标准接口总线(standard interface bus)实现了控制器针对其他仪器设备的控制和不同仪器设备间的信息交互。
通用式自动测试系统大都以标准接口总线为依托,在人工参与的情况下自动完成对被测对象的信息转换、调理、采集、记录、数据处理和结果显示,其中主控计算机、总线式仪器、连接器就组成了一个通用测试平台,该通用测试平台向外提供一个标准的连接器接口;而一个适配器和该适配器配备的多个传感器就组成了一个可更换单元,且每个适配器的接口都相同,均能够与通用测试平台上连接器相匹配。(www.daowen.com)
传感器安装在相应的被测对象上,传感器通过线缆和适配器连接,适配器通过标准的连接器与通用测试平台连接,在平台内部,连接器通过线缆、接插件、转换接头等器件与诸多测试资源连接,各测试资源以及主控计算机通过标准仪器总线(总线类型可以采用GPIB、VXI、PCI/PCIe、PXI/PXIe、LXI等,也可以是上述几种的混合形式,但不限于上述几种)连接在一起。因此主控计算机就可以通过其上的程序控制测试资源,并对测试资源采集的数据进行记录、分析、处理以及显示等。
由于通用测试平台可通过标准的连接器与适配器连接,因此当被测对象或测试任务发生变化时,更换不同的适配器即可,这样多个适配器就可以共享一个通用测试平台上的测试资源,大大地节省了测试资源;当增加新的被测对象或测试任务时,只需根据具体的测试需求研制相应的适配器即可,系统的组建更加灵活、开放,所以这种模式也可以简称为“ONE平台+N适配器”模式。
上述的通用式自动测试系统虽然能够完成对多个被测对象或测试任务的测试工作,但是具有以下缺陷。
(1)不允许多任务、多用户同时访问其内部丰富的测试资源,多任务集中测试时易出现竞争排队现象,测试效率和测试弹性能力亟待提升。
一般情况下,由于通用测试平台的价格比较昂贵,一个单位往往只配备一台,同时会根据测试任务需要配备多个适配器。在实际使用过程中,通用测试平台可以通过连接器和多个适配器连接,但通用测试平台上的连接器同一时间内只允许连接一个适配器,即一旦某一适配器接入通用测试平台,整个通用测试平台的测试资源就会被该适配器独占,而实际上每个适配器在执行测试任务时一般不会用到所有测试资源,只是一小部分而已,在该适配器执行测试任务期间,虽然平台上还有部分闲置的测试资源,但是此时闲置测试资源不能被其他适配器或测试任务所用,新的适配器或测试任务必须等到上一适配器或测试任务执行完毕后才能执行,即该适配器不仅占用了其所需要的测试资源,还占用了其他所有测试资源,而在这一期间所有的测试资源不能被其他适配器或测试任务所使用。因此短时间内面对多个测试任务时,就会出现多个适配器或测试任务的排队现象,导致完成整个综合测试任务的时间很长,总体的测试效率不高。
(2)单个适配器或单个测试任务占用测试资源少且有效测试时间短,任务部署时间占比过长,整个任务执行周期却无法被其他任务所用,导致资源利用率进一步降低。
在执行单个适配器的测试任务期间,大都需要一定时间进行准备工作,在准备工作期间,通用测试平台内的所有测试资源是空闲的,但由于已经有适配器接入连接器,因此其他的适配器无法再接入连接器,这就造成在一个适配器的测试任务执行周期内,大部分时间浪费到准备工作上,平台内适配器所需的测试资源有效测试时间短。
综上所述,现有测试模式虽然能够满足日常的测试需求,但存在的大量串行测试阻碍了测试效率和资源利用率的提升,延长了测试周期,只能通过不断更换适配器,执行接下来的测试任务,当面临突发测试任务时难以保证在规定时间内完成。导致上述现象的核心原因在于传统的自动测试系统无法将其测试资源在多用户、多任务之间进行实时高效的动态弹性共享,导致成本、效率和能力之间的矛盾越发凸显,不能适应大规模集群测试。
为解决现有技术中存在的以上不足,顺应未来测试技术的发展趋势,笔者及研究团队借鉴面向测试领域的云测试相关理念,提出了一种基于云架构的自动测试系统体系架构,改变传统自动测试系统的构建模式和运行模式,消除阻碍自动测试系统测试能力进一步提升的结构限制和功能阻碍,从根本上解决成本、效率和能力之间的问题,推动测试工作向智能化的高效低成本方向转型。基于该构架组建的自动测试系统可允许多个测试任务或适配器同时访问自动测试系统内的所有测试资源,可进行多个测试任务的并行测试,同时通过对当前测试任务请求情况和当前测试资源使用状态的动态分析,可自动为测试任务分配相应的测试资源,实现测试任务和测试资源的动态优化匹配,进而达到共享测试资源、提高测试效率的目的。
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