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自动测试系统组态软件的研究与设计 摘要 在测试领域，随着被测试对象f n 钡, j j 试仪器的日益复杂和先进，自动测试替 代人工测试成为现代测试技术中的重要手段。但测试软件发展相对缓慢，主要 存在如下一些缺陷：集成度低，功能单一，开放性差，适应性差，可重用程度 低。把先进的组态软件技术尽快地应用弱自动测试软件的设计与开发中是非常 迫切和必要的。 论文首先阐述了自动测试系统、测试软件的现状和发展，然后分析了组态 软件技术和自动测试系统的结构及工作原理，提出了自动测试系统组态软件的 设计设想，解决了测试过程中的通信问题和可能出现的数据冲突现象，文中还 讨论了g p i b 系统的同步问题。 在组态软件设计中，使用面向组件开发工具d e l p h i 作为软件开发平台，根 据g p i b 总线的通信协议和带g p i b 接口的智能仪器的工作原理，采用面向对象 方法，成功实现了g p i b 自动测试系统的基本配置组态、功能组态、过程组态 和数据库组态。 本文提出的自动测试系统组态软件的构想为今后自动测试系统软件的开发 提供了一种新的思路和方法，有助于解决测试软件开发周期长和低水平重复等 问题。 y 罐n -自动测试系统组态软件g p i b d e l p h i同步 s t u d y a n d d e s i g n o f c o n 6 9 u r a t i o n s o f t w a r e f o ra u t o m a t e dt e s ts y s t e m a b s t r a c t a st h eu n i t u n d e r t e s ta n dt e s te q u i p m e n tb e c o m em o r ec o m p l e x a n da d v a n c e ， a u t o m a t i ct e s th a sb e e nt h ek e yt e c h n i q u ei n s t e a do fm a n u a lt e s ti n t h et e s ta n d m e a s u r e m e n tf i e l d s b u tt h et e s ts o f t w a r ed e v e l o p ss l o w l y t h e r ea r es e v e r a lm a i n l y l i m i t a t i o n si ne x i s t i n gt e s ts o f t w a r ea sf o l l o w ：l o wi n t e g r a t i o n ，a p p r o p r i a t i v ed r i v e w i t h p o o ro p e na b i l i t y , i n f l e x i b l es t r u c t u r ew i t hp o o ra d a p t a b i l i t ya n d l o w r e u s a b i l i t y ， i ti sv e r yi m p o r t a n ta n dn e c e s s a r yt oa p p l yt h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r et e c h n o l o g y i n t oa u t o m a t i ct e s ts o f t w a r e ， i nt h i s p a p e r ，t h ed e v e l o p m e n t a n dc u r r e n ts i t u a t i o no ft e s ts o f t w a r ea r e d i s c u s s e da tf i r s t s u b s e q u e n t l nc o m b i n e dw i t ht h ef r a m ea n dt h e o r yo fa u t o m a t e d t e s ts y s t e mc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，t h ep a p e rp r o p o s e dt h et h o u g h to fa u t o m a t e d t e s t s y s t e mc o n f i g u r a t i o n s o f t w a r eb a s e do nt h e a n a l y s i s o ft h ef e a t u r e so f c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e i no r d e rt oe n s u r ef l u e n tr u n n i n go f t h es o f t w a r e ，t h ep a p e r a l s od i s c u s s e dt h es y n c h r o n i z a t i o no fg p i b - b a s e da u t o m a t e dt e s ts y s t e m t h es o f t w a r ed e s i g np l a t f o r mi sd e l p h i d u r i n gt h ec o u r s eo f d e s i g n ，t h et h e o r y o fa l lk i n d so fi n s t r u m e n t sa n dg p i b p r o t o c o la r es t u d i e d b a s e d0 no b j e c t - o r i e m e d t e c h n i q u e ，f o u rp a r t so ft h es o f t w a r es u c ha s t h ec o n f i g u r a t i o no ft e s ts y s t e m ，t e s t p r o c e s s ，t e s tf u n c t i o na n d d a t a b a s eh a v eb e e nr e a l i z e dr e s p e c t i v e l y t h et h o u g h to fa u t o m a t e dt e s ts o f t w a r ep r o v i d ean e wi d e a sa n dp r o s p e c tf o r t h ed e v e l o p m e n to fs i m i l a rs o f t w a r ei nt h ef u t u r e m a n yr e p e a t e d w o r k i n ga n d l o n g t i m ec a nb es a v e db yu s i n g t h i st e c h n i q u et od e v e l o pt e s ts o f t w a r e k e yw o r d s ： a u t o m a t e dt e s t s y s t e m ，c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，g p i b ，d e l p h i ， s y n c h r o n i z a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 金胆王、业盘堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒墨王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权台 b 三些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：f 之主i 气 签字日期0 0 0 v 年u 月2 6 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 新躲身黟；新签名：场黟； 签字目# 融兔u 年印月醒日 电话 邮编 致谢 本论文的研究工作是在我的导师鲁昌华教授的亲切指导下完成的。导师广 博的学识、严谨的治学态度、忘我的工作作风，诲人不倦的教育情怀和对事业 的忠诚，必将使我终身受益，并时刻激励我不断上进。本人在撰写学位论文的 过程中，自始至终得到了我的导师的悉心指导，无论是论文选题，还是收集资 料、论文成稿，都倾注了老师的心血，由衷感谢鲁昌华老师在学业指导及各方 面所给予我的关心以及从言传身教中学到的为人品质和道德情操。 同时，真诚感谢张佑生教授、王浩教授及计算机与信息学院的全体老师， 他们的教诲为本文的研究提供了理论基础。并创造了许多必要条件和学习机会： 感谢我的师兄、师姐们的大力支持和给予的帮助。 在研究生课程学习和撰写学位论文的过程中，得到了安徽工程科技学院机 械系领导和人事处的领导及同仁们给予我大力支持，尤其是李震教授自始至终 支持关心，在此深表感谢。 真诚感谢我的家人给予支持和关怀伴我走过漫长的学习之路。 感谢所有的朋友给予的帮助。 作者 年月日 第一章绪论 1 1自动测试系统概述 测试技术是研究信息采集、转化、处理的一门基础技术，测试仪器行 业是一个高新技术产业。在信息化的今天，测试技术不仅是检验和计量的 标准，也是系统调试和分析的工具，测试技术及仪器已涉及到国民经济的 各个行业。测试j 壶术的基础地位正在不断加强，测试技术的水平也反映了 一个国家的生产力发展和现代化水平。 在测试领域，随着无线电电子学的发展及其在各方面的应用日益广 泛，对电子测量技术和电子仪器系统提出了越来越高的要求。测试项目和 测试范围不断扩展，对测试速度、测试精确度等方面的要求也日愈提高。 在大规模集成电路( l s i ) 的研制和生产中，一块集成电路内就含有 成千上万个门电路。要对它进行详尽的测试，没有自动测试系统，依靠人 工测试是根本不可能的。在相控阵雷达中，成千个发射接收单元的多种 参数的调试和测量，没有自动测试系统根本无法进行。即使是简单的产品 测试，往往也需要用自动测试替代效率低下的人工测试。 所谓自动测试系统瞄1 ( a t s - - a u t o m a t e dt e s ts y s t e m ) ，一般是指在人 工最少参与的情况下，由计算机程序控制若干可程控设备自动进行测量和 数据处理，并以适当的方式给出测试结果的一整套装置。 自动测试系统中的各种设备大多可以程控，称为自动测试设各( a t e ) 或可程控设备【1 1 。自动测试系统使用标准接口总线( g p i b 、v x i 、p x i 、 c a m a c 和r s 2 3 2 等) 将可程控设备与测试计算机连接起来。在这种系 统中，整个测试工作通常都是在预先编好的测试程序统一指挥下自动完成 的，人的作用主要是根据测试任务组建系统和编制测试软件。 在自动测试系统中通常利用电子计算机( 主要是微计算机) 作为控制 器，电子计算机具有很强的实时控制、逻辑判断、数据存储、数值运算、 人工智能和信息处理能力。用这种系统进行测试时，计算机可按测试程序 快速、准确地进行操作，并通过适时地切换测试点和进行巡回检测，容易 适应测试内容复杂、工作量大的要求。另一方面，利用计算机的计算功能， 通过间接测量方法，可以用较简单的测试设备测出为数不多的几个基本参 数，然后由计算机算出其他所需要的多种参数，从而可使自动测试系统在 硬件尽量简化的情况下达到多参数、多功能的测试效果。测试结果还可以 用多种方式输出，如显示数字、图、文：打印报表、文件；描绘单色或彩 色曲线、图形及各种字体等等。在测试过程中，a t s 还能做出各种复杂的 分析、统计、判断、处理；并能进行自校准和自检查，甚至还可以做出自 诊断和自修复，避免了人身误差，可获得良好的测试复现性：通过大量的 冗余测量，进行统计、分析和折算，可以在很大程度上消除或削弱随机误 差和系统误差，从而获得极高的测量精确度。 自动测试系统的产生和发展，是电子测量与现代化大生产相结合的产 物，也是测量科学与计算机相互作用的结果。从二十世纪四十年代初期的 扫频测试技术【46 1 ，到五十年代中期美国军方开始“s e t e ( 电子测试设备 协调部) 计划”，从六十年代中期民用自动测试系统进入商品市场，七十 年代至九十年代致力于测试技术的标准化，到二十一世纪注重运用人工智 能方法的智能测试系统，a t s 经历了三个发展阶段。 第一代自动测试系统大多是针对某项具体测试任务而专门设计制造 的专用系统，尽管它们能完成大量复杂的测试任务，承担繁重的数据分析、 信息处理工作，且能快速准确地给出测试结果，但由于标准化程度比较低、 可移植性差、测试数据不可互换等因素，导致系统的利用率低下。第二代 自动测试系统开始采取组合式或积木式的组建概念，即采用了标准化的通 用接口总线、可程控设备和测控计算机，从而使得a t s 的设计、使用和组 建都比较容易，因此得到了广泛的应用。第三代自动测试系统不再是对人 工测试的简单模拟。在这种系统中，强调了计算机的核心作用，用强有力 的计算机软件代替传统仪器的某些硬件，用计算机直接参与测试信号的产 生和测量特性的解析。即通过计算机直接产生测试信号和测试功能。这样， 仪器中的某些硬件甚至整个仪器都从系统中“消失”了，而由计算机及其 软件来完成它们的功能，形成一种所谓的“虚拟仪器”( v i r t u a li n s t r u m e n t ) 。 所谓“虚拟仪器”p 4 j 是指主要用计算机辅以少量通用硬件，如a d 、d a 、 数据采集器等完成原来由物理仪器完成的功能，它的运行主要依赖于软 件，所以具有造价低、功能全、灵活性好等优点。第三代自动测试系统不 仅在硬件上采用模块化标准化思想，而且在测试软件的设计与实现中应用 面向对象设计方法实现信息封装与继承，无疑第三代自动测试系统是电子 测量发展的一个重要方向。 1 2 仪器通用接口 在a t s 中，计算机要向仪器发出控制指令，仪器也要把测量数据传送 给计算机，以及仪器与仪器之间不断地进行各种信息的交换和传递。但是 受到程控信息和数字信息的编码格式、信息的传输方式( 串行还是并行) 、 速率( m b s ) ，逻辑电平的规定等方面的限制，它们之间一般无法直接进 行通讯。解决这个问题的办法就是采用具有特定功能的接口系统，由接口 系统来实现它们之间的通讯和控制。 2 一个典型的自动测试系统组成如图l 一1 所示。 接 口总线 图1 - 1a t s 系统组成简图 接口系统是组建自动测试系统中的关键，它将为完成测试任务所选用 的各个分立器件( 包括计算机和程控仪器) 连接起来，使器件之间通过信 息的沟通能够相互作用，从而形成一个完整的a t s 。 接口可以看成为数字编码的程控信号和测量数据输入输出必经的道 路【8 1 。在1 9 7 5 年以前，程控仪器的接口未标准化。在逻辑电平、编码格 式、定时关系、信号线的多寡、接插头的形式以及具体接口功能等方面， 均各自为政，互不相容。在这样的局面下组建一个自动测试系统，不得不 为系统内每一个组成部分设计一个转换接口，每一个转换接口组装在一块 印制电路板上，再把这些电路板插入专门为系统设计的接口卡片箱中，由 此来保证互相之间的相容性。这种接口是专用的，是专门为某一特定的自 动测试系统的结构及其器件而设计制造的，即使对于同一仪器，当它用于 另一个系统时，也要根据新的接口箱的要求设计接口。仪器接口的制造和 设计都缺乏重复性，每组建或改建一个自动测试系统，都要重新设计制造 接口电路，花费的成本较高，系统组建十分麻烦。 接口的标准化可以使a t s 组建工作大为简化，因此，接口的全面标准 化和使用简便化就成为自动测试系统发展中的一个极端紧要的关键。仪器 通用接口标准是考虑计算机和程控仪器通讯的特殊要求度身定制的关于 信号线数目、通讯协议乃至连接装置的一套完整的技术规范。仪器接口标 准在a t s 中起到相当重要的作用：首先，它是专门为解决计算机和仪器接 口问题而制定的，因此能够很好的满足计算机和程控仪器交换信息的全部 需要：其次，各厂家都按统一标准规范仪器接口，实现了接1 ：3 的通用性， 大大简化了软、硬件系统的设计。在硬件方面，可以像“搭积木”一样组 成所要求的a t s ，这样组成的a t s 易于扩充和重构，不仅降低了系统组建 成本。而且使每台仪器的功能得到充分发挥，提高仪器的使用价值。在软 3 件方面，软件从业人员根据通用接口标准推出了各种测试软件开发平台。 r 软平台” ”1 可根据要求自动生成程序，进一步把测试工程师从复杂的 软件编制中解放出来，实现a t s 的快速组建。 事实上，在组建自动测试系统时，除了测试程序的编制外，最主要的 工作也就在接口系统的实现上。在a t s 发展过程中，先后出现了多辱申仪器 标准接口，常见的有g p i b 、v x i 、p x i 等e 1 、g p i b 接口 g p i b ( g e n e r a lp u r p o s ei n t e r f a c eb u s ) 接口也称i e e e - - 4 8 8 接口，是现 在国际上广泛使用的仪器通用标准接口。它是由美国惠普( h e w l e t t p a c k a r d h p ) 公司在1 9 7 2 年针对智能仪器接口标准化提出的，这是最早出现的 通用仪器接口标准。r g p i b 是传统测试仪器在数字接口方面的延伸和扩展，它的出现使电 子测量由独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展。g p i b 接口是 “1 对n ”型的接口系统，计算机最多可以和1 4 台仪器连接。利用g p i b 技术首次可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方 式，实现自动测试： 在g p i b 系统中采用比特( b i t ) 并行、拜特( b y t e ) 串行的方式传输 信息，便于计算机控制。同时由于它通用性强，对被联接的仪器设备没有 什么苛刻要求，且结构简单，性能可靠，操作灵活、方便，体积小，价格 也较低廉，因此作为一项国际标准，它获得了世界各国的广泛承认和采用。 g p i b 首次规范了接口功能，规定了控者、讲者、听者等十种接口功 能。其发展相对成熟，它广泛用于工业现场和一般的实验条件下的基础测 试，是目前台式仪器的主流接口总线。目前世界各大仪器制造商如h p ， f l u k e 以及美国国家仪器公司( n i ) 生产的数字仪表普遍配备了g p i b 接 口，同时提供了较多的软件支持。我国制造的一些微计算机和电子仪器也 配备与g p i b 兼容的功能，现已生产出带这种接口的微计算机、计数器、 数字多用表、电压标准源、多功能校准器、打印机和逻辑分析仪等多种仪 器设备及相应的软件。 2 、v x i 接口 v x i ( v m eb u se x t e n s i o nf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 是一种新的插件式接口 标准，即后来的i e e e 一1 1 5 5 。v x i 是高速计算机总线v m e 总线在仪器领 域的扩展，它主要针对计算机和仪器通信的特殊需要增加了部分信号线， 如模拟线、触发线、时钟线和识别线等。v x i 系统最多可包含2 5 6 个装置， 主要由主机箱、“0 槽。控制器、具有多种功能的模块仪器和驱动软件、系 统应用软件等组成。系统中各功能模块可随意更换，即插即用组成新系统。 v x i 接口使用较多的数据线( 从1 6 位到4 8 位) ，从而得到了较高的 4 数据传输速率( 4 0 m b s ) 。v x i 接口系统具有体积小、结构紧凑、设备冗 余度小。数据吞吐量大、定时和同步精确、系统可靠性高等特点，特别是 其测试功能强大、易于组建、使用灵活、模块可重复利用，大大减少了用 户的系统开发时间，在组建中大规模的自动测试系统以及对速度、精度要 求较高的场合，有着其他系统无法比拟的优势。在我国，由于v x i 系统价 格较贵，主要应用于航空、航天等国防军工部门。目前在西方发达国家， 以v x i 接口系统为标准的高性能、便携式测试装置逐渐占据了主导地位。 3 、p x i 接口 p x i ( p c ie x t e n s i o nf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 是p c i 总线扩展到仪器方面 而推出的以p c 机为基础的高性能低价位的模块仪器测试系统，它是虚拟 仪器领域里的新星。1 9 9 7 年1 0 月，美国国家仪器( n i ) 公司发布了p x i 模块化仪器的技术规范，制定p x i 规范的目的是为了将普通的p c 机的性 能价格比优势与p c i 总线面向仪器领域的必要扩展完美结合起来，形成一 种主流的虚拟仪器测试平台。p x i 的核心是c o m p u t e r p c i 结构和m i c r o s o f t w i n d o w s 软件，它在保留p c i 总线与c o m p u t e rp c i 模块结构的所有优越 性能的同时，在机械、电气和软件方面增加了仪器测量所特别需要的性能 和特点。 p x i 突出特点在于实现了仪器和计算机p c i 的完全互操作，接口极为 方便，数据传输速率也提高到1 3 2 m b s 。计算机使用“即插即用”( p l u g p l a y ) 仪器驱动程序控制仪器进行测量。 4 、其它 其他一些通用接口系统还有c a m a c ( 即i e e e - - 5 3 8 ) ，又称计算机辅 助测量和控制接口系统。它主要用于核物理、航天领域或其他较大型的自 动测试系统，也可以和g b i p 总线结合起来共同使用。 此外，r s 一2 3 2 是一种发展最早，应用最广泛串行接口系统。目前的 p c 一般都带有数个该标准接口，可直接加以利用。所以h p 、f l u k e 等公 司生产数字仪器几乎都配有g p i b 和r s 2 3 2 两种接口。这种接口除用于设 备间传递信息外，若配备调制解调器还可以与通讯线路连接，便于组建自 动测试网络，进行远距离数据传送。 今后，随着计算机技术和自动测试技术的不断发展，与之相呼应的仪 器接口系统还将不断涌现。 尽管从性能上来讲，新的接口标准是在较早出现的标准基础之上得到 了进一步提高，但在实际组建测试系统时，单一的接口毕竟很难满足包括 某些性能、成本在内的全部要求。因此，需要根据实际测试任务要求，使 用各种接口组成复合型接1 2 1 系统，以达到节省系统费用，提高系统性能的 目的。例如v x i 和g p i b 结合使用，可发挥前者便于使用卡式仪器、占地 小、仪器间数据传输速度快和后者可靠性高、用户较熟悉的综合优势。 5 1 3g p i b 接口技术 典型的g p i b 测试系统由计算机、g p i b 接口卡和若干台g p i b 接口仪 器通过g p i b 总线连接而成。每台g p i b 仪器有单独的地址，由计算机控 制操作。系统中仪器可以增加、减少或更换，对计算机的控制软件作相应 改动即可。目前这种概念已被发展应用于仪器内部设计。 g p i b 接口虽然主要是为把电子测量仪器组成自动测试系统而研制出 来的但是它的应用范围正在扩大。在计算机、自动控制、数据交换、雷 达、导航、通讯、宇航、核物理、过程控制、医疗保健、生物工程和环境 保护等领域都得到应用。g p i b 的有关原理和使用方法不仅成为仪表、测 试领域的基本知识，而且也成为电子科学领域里科技人员的必备知识。 1 3 1g p i b 接口功能要素 g p i b 系统共配置了十种接口功能，合称接口功能集，见表l l ，系统 中每个器件都可以配置其中部分或全部功能。 表1 1 接口功能集 接口功能符号 控者c o n t r o l l e r c 讲者或扩大讲者t a l k e ro re x t e n d e dt a l k e rt 或t e 听者或扩大听者l i s t e n e ro re x t e n d e dl i s t e n e rl 或l e 源方挂钩s o u r c eh a n d s h a k e s h 受方挂钩 a c c e p t o rh a n d s h a k e a h 服务请求s e r v i c er e q u e s t s r 远地本地r e m o t e l o c a lr 几 并行查行p a r a l l e l p o l lp p 器件触发d e v i c e t r i g g e r d t 器件清除d e v i c ec l e a rd c 在g p i b 接口系统中，为了进行有效的信息传递，一般要包括三种基 本的接口功能要求，它们是讲者、听者和控者。控者是对总线系统进行控 制的设备，它能发出接口消息，如各种命令、地址，也能接受仪器发来的 请求和信息。讲者是发出仪器消息的设备，在一个系统中可以由个或几 个讲者，但任一时刻只能有一个讲者工作。听者是接受讲者所发出的仪器 消息的设备，在一个系统中可以由几个听者，且可以有一个以上的听者同 时工作。在g p i b 系统中至少应具有一个控者功能、一个讲者功能和一个 听者功能。一台仪器可具备一、二或三个功能。 6 g p i b 总线上传递的信息，分为接口消息和仪器消息。所谓接口消息， 是指用于管理接口系统的消息，即命令和地址，它只能在接口功能及总线 之间传递，并为接口功能所利用和处理，而决不允许传送到仪器功能内部。 仪器消息是指仪器的控制命令和数据，在仪器功能间传输，并为仪器功能 所利用和处理，它不改变接口功能的状态。接口消息和仪器消息的传递范 围如图l 一2 所示。 图1 2 接口消息和仪器消息 1 3 2 g p i b 接口的基本特性 g p i b 接口系统的基本特性包括以下几方面： 1 、接口功能：共有十种，见接口功能集( 表1 1 ) 。 2 、仪器容量：由于受发送器负载能力的限制，系统内仪器最多不得超过 1 5 台。 3 、连接方式：总线式连接，仪器直接并联在总线上，相互可以直接通信 而无须通过中介单元，如计算机等。 4 、总线构成：由1 6 条信号线构成，其中8 条为数据线，3 条挂钩( h a n k s h a k e ) 线，5 条管理线。 5 、地址容量：听地址3 1 个，讲地址3 1 个，地址容量可扩展到9 6 1 个。 6 、数传方式：8 位并行，字节串行，双向异步传输，采用三线挂钩技术。 7 、数传距离：最大传输距离为2 0 m ，或者不超过2 m 与仪器数目之积。 8 、数传速度：一般n - - ；达2 5 0 5 0 0 k b s ，最高可达i m b s ( 当采用三态发送 器时1 。 9 、控制转移：若系统中有多个控者，则可根据测试要求，在某一时间内 选择某个控制器起作用。 】o 、消息逻辑：在总线上采用t t l 电平、负逻辑，即高电平( + 2 o ) 为 “0 ”，低电平( 0 8 ) 为“1 ”。 1 3 3g p i b 总线结构 g p i b 总线共有1 6 条信号线，包括8 条数据线、5 条控制线和3 条挂 钩线，另外还有8 条接地线。这些信号线的功能如下： 7 1 、数据线d 1 0 1 8 用以传递命令、地址和数据。 2 、挂钩线3 条用以保证信息可靠传送。包括： ( 1 ) 数据有效线d a v ，当d a v = l ( 低电平) 时，d i o 上的数据有效。 ( 2 ) 未准备好接收数据线n r f d ，当n r f d = 0 时，总线上所有听者均 已准备好；若n r f d = l ，至少有一个听者未能准备好，讲者不能发送数 据。 ( 3 ) 听者未收到线n d a c ，当n d a c = o 时，所有听者均已收到数据： 若n d a c = l ，至少有一个听者数据宋接收完毕，讲者仍须保持d i o 上 的数据。 3 、接口管理线5 条用以管理接口上的工作方式。包括： ( 1 ) 注意线a t n ，规定d i o 上的信息类型。a t n = 1 ，d i o 上传送的 是接口消息；a t n = 0 ，d i o 上传送的是仪器消息。 ( 2 ) 接口清除线i f c ，当i f c - - - - l 时，有关接口功能均回到初始状态， 讲者和听者都停止工作。 ( 3 ) 远地可能线 r e n ，当r e n = 1 时，被受命为听者的仪器有可能处 于远地方式；当r e n = o 时，仪器必定处于本地方式。 ( 4 ) 服务请求线s q r ，任一具有服务请求功能的仪器都可以发出s q r = 1 信号，向控者请求服务，要求控者对各种异常事件进行处理。 ( 5 ) 结束或识别线e o i ，它与a t n 配合使用，当e o i = 1 、a t n - - - - 0 时， 表示讲者的数据已传递结束；当e o i - - - - 1 、a t n = 1 时，表示控者执行并行 点名识别操作。图1 3 为g p i b 总线结构图。 吴呈罢黑蚕藩莓汹 量晏事蚕譬三廷l 、 图1 - 3g p i b 总线结构示意图 l ，3 。4 三线挂钩过程 为保证消息可靠地异步传递，在g p i b 接口系统中，每传递一个数据 字节，不管它是仪器消息还是接口消息，在源方( 讲者或控者) 与受方 ( 听者) 之间必须进行一次三线挂钩过程。图1 4 表示一个听者与一个讲 者之间传送数据的三线挂钩时序。 8 d a v n r f d n d a r 图1 - 4 三线挂钩的简单时序 假定地址已发送，听者和讲者均已受命，讲者正要讲，听者即将听。 听者通过n r f d 线发出高电平( n r f d = 0 ) ，表示做好接收数据的准备。 于是讲者把数据放在数据总线( d i o ) 上，在经过一定的延时以使总线上 的数据稳定后，讲者把d a v 线变为低电平( d a v = 1 1 ，向听者表示数据 已有效。 听者一旦检出d a v = l ( 低电平) ，就准备接收数据，同时把n r f d 线变为低电平( n r)以示响应。当昕者将数据取入内部缓冲器后，,fd=i 把n d a c 线变为高电平( n d a c = 0 ) ，表示已接受数据。 当讲者检出n d a c = 0 ( 高电平) 后，发出d a v = 0 ( 高电平) ，向 听者指出总线上的数据不再有效。当昕者检出d a v = 0 后，发出n d a c = 1 ( 低电平) ，表示数据已从总线上移开。然后听者又发出n r f d = 0 ( 高 电平) ，准备接收下一个数据。新的一次三线挂钩过程开始。 1 4 测试软件的开发 在单任务操作系统环境下( 例如m s d o s ) ，要想组态软件具有很强 的实时性，就必须利用中断技术，这种环境的开发工具较简单，但软件编 制难度大，目前运行于m s d o s 环境下的组态软件基本已退出市场。目 前基于p c 机的自动测试系统普遍采用w i n d o w s 作为操作系统。w i n d o w s 作为一个图形化操作系统，给自动测试系统带来了个标准、直观和友好 的用户界面，这种标准化的测试界面提高了测试系统的可操作性，减少操 作人员培训时间和费用，也有利于测试系统的产品化和系列化，对自动测 试技术在更广阔领域的应用起到了推动作用。 当前在w i n d o w s 下的开发工具有以下几类： i 、面向对象的文本语言编程工具 d e l p h i ，v i s u a lc + + ， b o r l a n dc + + 是目前使用最广泛的面向对象的 文本语言开发工具，它是用对象的观点来思考问题，把传统的代码和数据 相分离的过程式编程方法向前推进了一大步。面向对象的编程方法改善了 测试应用程序的规划方法，可以清晰、直观的勾画出实际测试任务的软件 9 结构，并提高了代码的可重用性，使得对程序的维护和扩展极为方便。虽 然v c 和b c 相比c 、p a s c a l 、f o r t r a n 等高级语言有较大进步，但使用它 们进行测试软件的开发仍然是一件十分艰难的工作。在软件开发中即使是 处理一个小小的按钮，也得对大量的源代码进行修改、调试。 在面向对象的开发语言中，对象是用庞大的类库来实现的，例如v c 的m f c 和b c 的o w l 。它们种类繁多，给程序的编制提供了很大的灵 活性和很高的执行效率，但掌握起来有一定的难度。面向对象的文本语 言编程复杂、繁琐，工作量大，编程人员要花大量的精力处理与测试任 务没有直接关系的较低级事务，因此开发效率低，已经越来越不能适应 软件生产中开发周期短的需要。 2 、面向组件的可视化编程 组件是指经过精心设计和优化的能实现较高级的功能( 如数据库、 图形图像处理、表格和i n t e r n e t 等) 的代码对象。面向组件的软件开发工 具以可视化对象的形式提供了一整套高级组件，这些组件的制作遵循一 定的技术规范，如微软的组件对象模型( c o m - - c o m p o n e n t o b j e c t m o d e l ) 等，实现了与编写它的具体语言的无关性，可以在不同的开发工具中使 用。它们一般封装了对相关a p i 的调用，并且提供非常直观的编程接口， 因此程序开发者可以在不必要了解w i n d o w s 内部细节的情况下利用这些 组件快速、简便地实现自己的测试应用。 测试软件开发中常见的面向组件的可视化编程工具主要v b 、d e l p h i 等，一般称它们为可视化快速应用程序开发工具( r a d ) 。面向组件的r a d 简化了w i n d o w s 的程序设计的一些外围工作，使用户能把注意力集中到 核心功能的实现上，提高了编程效率，缩短了软件开发周期。但高级组件 的使用在提高编程效率的同时也带来一些问题，如，降低了程序代码的效 率，以及较难实现对w i n d o w s 底层的操作等。 3 、图形化工程环境 图形化工作环境与以上所述的通用应用程序开发工具不同，如惠普公 司的h p v e e ，美国国家仪器公司( n i ) 的l a b v i e w 、l a bw i n d o w s c v i 等是专门用于测试软件的开发平台。 图形化工程环境特点是对整个编程语言作了彻底的图形化处理，提供 模块式的编程构件。这些构件涵盖了数据处理、图形界面、程序流控制、 测量、结果输出和网络连接等功能。编程时只要选择合适的控件加以配 置，并将它们正确连接起来就可以实现所需要测量的测试程序。 图形化工作环境的另一个特点是它针对测试软件主要以仪器为控制 对象，在仪器控制方面提供了丰富的软面板( i n s t r u m e n tp a n e l ) 和灵活的 直接输入输出方式( d i r e c ti o ) 。前者允许用鼠标操作仪器面板，后者能 够以任何数据形式读写仪器，能够用底层命令直接控制接口。 1 0 这种新的图形化编程方法简单、直观、易学易用、使测试工程人员 摆脱了对专业编程人员的依赖，大幅度提高了编程效率，而且界面更具 “测试”特点。 尽管测试软件在开发技术上出现了上述改进，但总的来讲，自动测 试软件适应性差，开发周期长等缺点并末得到根本改善，所以需要在测试 软件的基本开发方式上有所突破。目前在工业应用软件的开发中，软件自 动生成技术受到越来越多的重视，工控组态软件的出现是一个重要标志， 它用对固定代码模块“积木”式的搭建取代了以往基于计算机语言的工控 软件开发模式，在提高软件系统适应性和软件开发效率以及减少低水平重 复开发方面取得了重要进展。作者认为测试软件的发展，除了考虑开发工 具的改进外，更多的应考虑软件自身的适应性和可扩展性，可将组态技术 引入测试软件开发中，以延长软件产品的生命周期，避免重复开发。 1 5 本文研究的意义和主要内容 1 5 1 本文研究的意义 本课题是在安徽省教育厅自然科研基金项目基于g p i b 的自动测试 系统组态软件的研究的基础上进行的研究。 自动测试系统已在众多领域得到广泛应用，它集信息获取、传输、处 理为一体，成为信息技术的重要组成部分。在现代化大生产及科学研究活 动中，测试任务复杂、工作量大，对测试系统的功能、性能要求越来越高： 要求测试速度快，测量的准确度高；要求长期进行定时或不间断测试；要 求在危险或测试人员难以进入测试场地的进行测试，客观的需求促进了自 动测试系统的迅速发展。但测试软件的发展相对缓慢，存在开发周期长， 适应性差等缺点。传统的软件开发靠软件设计人员通过编程从低层实现， 当自动测试系统中测试项目、测试要求等发生变化时，测试人员要一切重 新开始开发测试软件，这样设计出的软件不仅工作量很大，而且通用性和 可扩展性差，难以修改和维护。另外，自动测试系统中测试程序的编制工 作，通常由测试人员而不是由软件工作者来担任，因为这项工作并不单纯 是一种狭义的编程工作，更重要的在于它首先是一种复杂的测试设计工 作。当然，难以奢望每个普通测试人员都具有软件开发能力。 基于上述存在的问题，本着从提高自动测试系统的适应性和测试软件 再开发的方便性出发，决定将组态软件技术引入到自动测试领域。本项目 研究的自动测试系统的组态软件的目的在于构造一种新型自动测试软件 一测试组态软件，它对自动测试系统的软件开发无疑将产生积极的影响。 组态软件利用现成的功能模块以及它们的配置和组合来代替传统的基于 高级语言的测试软件的开发，用户只需要利用系统软件提供了的工具，通 过简单形象的组态工作即可完成所需的测试功能。组态软件人机交互界面 友好，使系统能易于实现。这样不仅加快了系统开发速度，而且使开发人 员集中更多的精力投入对系统的组建策略和算法的研究中去，以便实现最 佳的组建方案。同时使不具备软件开发能力的普通用户利用组态软件提供 的工具，也能根据需要自行设计，得到满足要求的测试软件。 目前智能仪器大部分多带有g p i b 接口，且g p i b 接口结构简单，性 能可靠，操作灵活、方便。本文首先将组态技术应用g p i b 系统，构建更 多的高性价比的g p i b 自动测试系统。随着对组态软件技术研究的深入和 对总线进行扩展，可进一步使自动测试系统组态软件能面向更多总线或复 台总线，扩大软件的应用范围，拓宽自动测试技术继续发展的空间。本文 提出的自动测试系统组态软件的构想为今后自动测试系统软件的开发提 供了一种新的思路和方法，有助于解决测试软件开发周期长和低水平重复 等问题。因此，本论文的研究具有很高的理论价值和实用价值。 1 5 2 本文研究的主要内容 第一章介绍了自动测试系统的概况及几种常见的仪器总线接 口，并简要地描述g p i b 总线接口的基本特性、总线结构和三线挂 钩过程，讲述了目前自动测试系统的软件开发的几种工具，指出本 文研究的重要意义。本文提出的自动测试系统组态软件的构想为今 后自动测试系统软件的开发提供了一种新的思路和方法，有助于解 决测试软件开发周期长和低水平重复等问题。 第二章 介绍了组态软件及其发展状况，总结了组态软件的功能 与原理，比较深入地分析了组态软件的组态软件的体系结构与设计 思想，并提出了组态实现中的关键问题，本章内容为自动测试系统 组态研究奠定了理论基础。 第三章 在对自动测试系统作深入分析的基础上，提出自动测试 系统组态软件的设计思想，并描述了自动测试的基本原理。同时， 对本组态软件的开发平台及实现的相关技术作了较为详细的介绍。 第四章 在自动测试系统的设计与实现方面，重点对系统配置组 态、测试过程组态、测试功能组态以及数据库组态作了详细的分析。 第五章 介绍了g p i b 软、硬件核心及g p i b 系统的构建过程，在 分析g p i b 系统的同步机制基础上，讨论了基于w i n d o w s 下的测 试软件设计中的实现各设备同步的方法以及同步失败的处理方案。 第六章全文总结及需要进一步完善的工作。 1 2 第二章组态软件 2 1 组态软件的定义 组态软件可以提供一个良好的界面，测控人员利用组态软件提供的工 具，以“搭积木”的方式随心所欲组成测控系统。 目前组态软件已成为计算机测控系统的主流，并且深受广大工程技术 人员的认可与赞赏。然而，组态软件( c o n f i g u r a t i n os o f t w a r e ) 作为一个专业 术语，迄今为止，仍没有一个被广泛接受的权威性定义。国内外专家从不 同角度描述了组态软件，如：组态软件是指在软件应用领域内，操作人员 根据应用对象和控制任务的要求，配置用户应用软件的过程，简言之，组 态软件是“应用程序生成器” 2 们。这种说法比较准确地阐述了“组态软 件”的内涵，说明了组态技术和软件自动生成技术的内在联系。组态软件 是工业自动化系统的人机界面，是一种软件平台 2 ”，这一说法说明了“组 态软件”的外延，即它主要用在人机界面的设计上。上述有关组态软件的 定义，虽然表达的内涵和外延不是十分清楚，但从中可归纳组态软件的一 般特征。若将上述定义作进步推广得知，组态( c o n f i g u t i o n ) 是一种手 段，即允许用户根据需要对软件进行配置的方法，而使用这一手段的软件 的都可以称为组态软件【2 ”，由此可以看出，组态软件不仅仅适用于工业自 动化领域，同样也适用于其他领域。 作者认为组态软件是一种定位于应用程序开发工具和应用软件之间 的新型软件和一种用户可编程的开放系统。一方面它提供类似工具软件的 编程能力，允许用户在较高的层次上对软件的参数、流程等进行配置；另 一方面它又和传统应用软件一样，有着确定的应用对象和固定的执行代 码。、 组态软件和工具软件的主要区别在于它们编程的层次不同：组态软件 的编程，即配置或组态( c o n f i g u r e ) ，般是直接面向现实的应用对