1.5 標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)

構(gòu)建以軟件為中心的生態(tài)系統(tǒng)，必須通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。人們期望自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的性能越來(lái)越強(qiáng)大，功能越來(lái)越完善，而這意味著系統(tǒng)復(fù)雜度的增加。復(fù)雜度增加帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)是系統(tǒng)穩(wěn)定性降低、開發(fā)周期延長(zhǎng)、維護(hù)升級(jí)難度增加、系統(tǒng)復(fù)用率下降從而導(dǎo)致投資回報(bào)率降低，因此標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)參考架構(gòu)就非常重要。在測(cè)試和測(cè)量行業(yè)，最通用的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)即五層結(jié)構(gòu)模型，該模型自下而上分別是儀器設(shè)備、測(cè)試站、儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用開發(fā)環(huán)境、測(cè)試管理軟件，如圖1-8所示。

圖1-8 標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)（五層結(jié)構(gòu)模型）

自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)包括測(cè)試站、儀器設(shè)備、測(cè)試軟件三部分。五層結(jié)構(gòu)模型的第一、二層即自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成部分，儀器設(shè)備可以是P XI模塊、VXI模塊、傳統(tǒng)GP IB總線接口儀器等；測(cè)試站可以是桌面PC、工控機(jī)或基于標(biāo)準(zhǔn)總線平臺(tái)，如P XI、VXI。實(shí)際項(xiàng)目中，可以從帶寬、總線延遲、定時(shí)同步、實(shí)時(shí)處理、成本等方面綜合考慮選擇合適的硬件。

說(shuō)明：PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）是一種堅(jiān)固且基于PC的模塊化硬件平臺(tái)，是PCI總線在儀器領(lǐng)域的拓展，適用于測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)。PXI于1997年開發(fā)，1998年發(fā)布，其公開的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由P XI系統(tǒng)聯(lián)盟（P XISA）所管理。該聯(lián)盟由70多家公司組成，它們共同推廣P XI標(biāo)準(zhǔn)，確保P XI的互通性，并維護(hù)PXI規(guī)范（http://www.pxisa.org）。

VXI（VME eXtensions for Instrumentation）是板上儀器系統(tǒng)的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，是VME總線在儀器領(lǐng)域的拓展。VXI于1987年首次發(fā)布。VXI的贊助會(huì)員有Bustec、VTI Instruments、EADS、Keysight、NI等公司（http://www.vxibus.org）。

五層結(jié)構(gòu)模型的第三、四、五層都是面向軟件的，引導(dǎo)開發(fā)人員設(shè)計(jì)和編寫測(cè)試軟件。這種清晰的層次劃分有利于測(cè)試軟件開發(fā)任務(wù)分工，同時(shí)提高了測(cè)試軟件的開發(fā)效率、代碼復(fù)用率、魯棒性和可擴(kuò)展性。儀器驅(qū)動(dòng)程序是用于控制可編程儀器的一個(gè)軟件程序集，每個(gè)子程序?qū)?yīng)一個(gè)編程操作，如打開、配置、讀/寫及關(guān)閉。儀器驅(qū)動(dòng)使用的常見的標(biāo)準(zhǔn)方法有即插即用驅(qū)動(dòng)（Plug and Play，PnP）、可互換虛擬儀器驅(qū)動(dòng)（Interchangeable Virtual Instrument，IVI）、直接I/O（Direct I/O）。直接I/O是對(duì)儀器編程的底層方法，采用可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令（Standard Commands for Programmable Instruments，SCPI），只有當(dāng)PnP和IVI不可用時(shí)，才考慮使用直接I/O的方式。現(xiàn)代儀器的直接I/O通信標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)虛擬儀器軟件架構(gòu)（Virtual Instrument Software Architecture，VISA）的API來(lái)實(shí)現(xiàn)的。VISA是一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，無(wú)論是串口、GPIB，還是USB，讀/寫ASCII字符串的VISA命令都是一樣的，因此VISA與接口無(wú)關(guān)，這使得開發(fā)人員用一種語(yǔ)言就可以對(duì)不同接口的儀器進(jìn)行編程。儀器可以被替換，而程序很少改動(dòng)，P nP、IVI和VISA都極大地體現(xiàn)了以軟件為中心的理念。

說(shuō)明：IVI的目的在于更換儀器后不用更改代碼，在多個(gè)廠商的儀器之間是可以互換的。IVI聯(lián)盟的贊助會(huì)員有Keysight、NI、R&S等公司（http://www.ivifoundation.org）。

應(yīng)用開發(fā)環(huán)境用于代碼模塊開發(fā)，編寫具體代碼，如調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)程序、測(cè)試項(xiàng)開發(fā)、信號(hào)處理、函數(shù)分析等。對(duì)于一個(gè)新的項(xiàng)目，很多時(shí)間會(huì)花在代碼模塊開發(fā)上。常見的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境有Visual Studio、Visual C++、LabVIEW、LabWindows/CVI，開發(fā)過(guò)程中應(yīng)著重設(shè)計(jì)高度模塊化且可重用的代碼模塊。測(cè)試管理軟件位于五層結(jié)構(gòu)模型的最上層，用于管理和執(zhí)行測(cè)試。應(yīng)用開發(fā)環(huán)境編寫的每個(gè)代碼模塊都將作為測(cè)試管理軟件的一個(gè)步驟，對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的測(cè)試項(xiàng)，測(cè)試管理軟件將這些步驟排列起來(lái)形成序列，并按最終定義的順序執(zhí)行序列，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試。在管理這些步驟的過(guò)程中，要求步驟順序的調(diào)整非常方便。同時(shí)，代碼模塊有可能是用不同的語(yǔ)言編寫的，這在自動(dòng)化測(cè)試中很常見，因此測(cè)試管理軟件需要有接口能夠同時(shí)識(shí)別這些代碼模塊。自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)多種任務(wù)和功能，在這些任務(wù)和功能中，一些與產(chǎn)品緊密相關(guān)（如特定儀器的配置、校準(zhǔn)、測(cè)試項(xiàng)、分析函數(shù)），而另一些則對(duì)于多數(shù)產(chǎn)品都是通用的（如序列號(hào)追蹤、用戶管理、測(cè)試流程控制、報(bào)表生成、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶界面更新、配置和提示窗口）。為了把開發(fā)時(shí)間減到最短、維護(hù)費(fèi)用降至最低，并且保證測(cè)試系統(tǒng)的壽命，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品級(jí)別的任務(wù)與系統(tǒng)級(jí)別的任務(wù)相分離的測(cè)試策略是十分重要的。如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，產(chǎn)品級(jí)別的操作放在代碼模塊中，由應(yīng)用開發(fā)環(huán)境來(lái)完成，而系統(tǒng)級(jí)別的操作在不同產(chǎn)品、不同測(cè)試站之間可以共享，不需要每次都重新開發(fā)，由測(cè)試管理軟件接管這些工作，測(cè)試管理軟件同時(shí)負(fù)責(zé)代碼模塊的管理和執(zhí)行。這將大大減輕開發(fā)工程師的工作量，他們可以使用測(cè)試管理軟件提供的現(xiàn)成框架，而更加專注于代碼模塊的實(shí)現(xiàn)。從1.2節(jié)介紹的測(cè)試軟件的組成可以看到，除測(cè)試程序是由應(yīng)用開發(fā)環(huán)境編寫的外，用戶界面、自動(dòng)化測(cè)試框架、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)都和測(cè)試管理軟件有關(guān)。一些公司已經(jīng)編寫了自己的測(cè)試執(zhí)行器，并且分配了寶貴的工程資源來(lái)從頭開始開發(fā)測(cè)試管理程序。這些測(cè)試管理程序的開發(fā)以及長(zhǎng)時(shí)間維護(hù)工作耗費(fèi)了大量的資源，導(dǎo)致無(wú)法全力投入到公司核心競(jìng)爭(zhēng)力業(yè)務(wù)上，而標(biāo)準(zhǔn)商用現(xiàn)成COTS的成熟軟件可以避免上述問(wèn)題，如TestStand。TestStand除了提供代碼模塊的管理和執(zhí)行，以及上述通用操作這些核心功能，還可以方便地實(shí)現(xiàn)并行測(cè)試，從而提高測(cè)試效率，滿足高容量生產(chǎn)系統(tǒng)最嚴(yán)苛的生產(chǎn)要求；TestStand可以調(diào)用大部分主流應(yīng)用開發(fā)環(huán)境編寫的代碼模塊，如LabVIEW、LabWindows/CVI、C++、.NET程序集、Visual Basic等；TestStand提供了現(xiàn)成的架構(gòu)，專為自動(dòng)化測(cè)試而設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化測(cè)試軟件開發(fā)工作并提高系統(tǒng)魯棒性和可擴(kuò)展性，并且這些架構(gòu)是開放的，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可根據(jù)自己的需求進(jìn)行自定制。TestStand還有很多其他的特點(diǎn)，對(duì)于測(cè)試管理軟件而言，其功能遠(yuǎn)不止于代碼模塊的管理和執(zhí)行，測(cè)試管理是非常大的一個(gè)范疇。