GPTS3.0在综合测试诊断系统中的应用

GPTS3.0在综合测试诊断系统中的应用

摘 要：针对综合测试诊断系统(CTDS)测试软件平台发展的新要求,提出了采用GPTS3.0 测
试软件平台。并以某型角位移传感器为例，具体地描述了GPTS3.0 在CTDS 中开发UUT 自
动测试系统的方法，给出了利用GPTS3.0 在CTDS 中开发UUT 自动测试系统的流程。实际
应用表明，GPTS3.0 能够达到CTDS 测试软件平台的新要求。
关键字：GPTS3.0；测试系统；软件结构；ATLAS；可交换虚拟仪器

Application of theGPTS3.0 in Comprehensive
Test and Diagnosis System
WANG Xin QU Jian-ling YU Jian-li GAO Feng
(Naval Aeronautical Engineering Institute Qingdao Branch, China, 266041)
Abstract: GPTS3.0 is proposed to meet the requirements with the developing of test software
platform of comprehensive test and diagnosis system in the paper. Then the paper takes a kind of
angle displacement sensor for example, by which the ways of GPTS3.0 to develop a UUT’s
automatics test system are described. The development flow using GPTS3.0 of a UUT’s
automatics test system in CTDS is given meanwhile. It proves that GPTS3.0 can fulfill the needs
for software platform of CTDS in the usage.
Keywords: GPTS3.0; test system; software architecture; ATLAS; IVI
1 前言
以计算机为核心，在程序控制下，自动完成特定测试任务的仪器系统称为自动测试系统
（Automatic Test System，ATS）。ATS 由20 世纪50 年代美国开展SETE（Special Electronic Test
Equipment）计划产生，它是一种最初用于解决麻烦的重复测试、相对简单且用途专一的电
子测试系统。伴随着计算机技术的突飞猛进和虚拟仪器技术理念的提出，它已发展成为综合
利用各种先进的计算机硬件、测试仪器、模拟器等资源，融合了智能模块，对被测单元（Unit
Under Test，UUT）进行测试、监控和故障诊断的通用化、开放性的综合测试诊断系统
（Comprehensive Test and Diagnosis System，CTDS）。
面对 CTDS 测试程序集（Test Program Set，TPS）的通用化、开放性、更高的诊断能力
的要求，先进的测试程序开发平台一般采用全系统简明测试语言（Abbreviated Test Language
for All Systems，ATLAS）开发测试程序，并且利用专门平台方便地描述系统配置、适配器
连线表、虚拟资源等，甚至考虑整个CTDS 的全寿命维护。目前国内所使用的美国TYX 公
司开发的PAWS 系统虽然具备以上功能，但它的易用性和灵活性比较差，而且PAWS 软件
价格昂贵，很不适合我国国情。GPTS 软件平台可以较好地解决以上问题，该平台3.0 版已
在某型飞机ATE 中得到应用，取得了不错的效果[1]。
2 综合测试诊断系统概述
2.1 CTDS 的功能与结构
综合测试诊断系统是二级维护工具。以飞机维护为例，就是飞机修理厂使用的维护工具。

飞机外场拆卸下来的设备称为外场可更换单元（Line Replace Unit，LRU）。CTDS 的作用就
是对LRU 进行性能检测和故障诊断，并把故障定位到修理厂可以更换的内场可更换单元
（Shop Replace Line，SRU）以及电路板级。系统通常分为两部分：通用系统平台——综合
测试诊断设备（Comprehensive Test and Diagnosis Equipment，CTDE）和针对特定UUT 的
TPS。本文为更好说明GPTS 的应用，在逻辑上将CTDS 分为硬件部分和软件部分。具体逻
辑结构图如图1 所示。

图1 功能结构图

图1 虚线框内是CTDS 的硬件部分，系统总线采用VXI 或GPIB 总线；虚线框外是CTDS
的软件部分，箭头所指为数据流向。在CTDS 中，对于硬件部分的系统描述都由GPTS 来完
成。
2.2 CTDS 的软件平台要求
1.开放性。采用面向信号的测试程序语言编写测试程序，使测试与具体硬件完全剥离，
并且具有较好的可读性。
2.通用性。对于系统功能、仪器驱动、信号类型等的开发和规划，在满足测试需求的前
提下，尽量保证系统整体上的通用性。如果有现成的货架产品（Commercials Off the Shelf，
COTS），则优先采用COTS。
3.模块化。系统管理、测试程序开发、故障诊断、数据库、联机帮助层次鲜明，既便于
使用，又利于测试数据、测试信息、诊断信息的共享。
4.可移植性。系统配置和仪器驱动必须符合某一标准规范，以保证CTDS 更换硬件，而
不必重新开发软件，只须进行相应设置即可。
5.多功能。检测结果有多种输出方式；在性能检测的基础上，能够快速准确地进行故障
诊断，并进行有效地故障定位，还可更新诊断知识。文献[2]介绍了几种故障诊断技术，取
得不错效果。
3 开放、通用、简便的GPTS3.0
3.1 简介

GPTS（General Purpose Test System）即通用自动测试平台软件，其基本目的是构造一
个软件系统，完成测试仪器的管理，信号的产生、测试，测试程序运行控制，测试结果的处
理、保存等所有测试系统都必须完成的基本工作。
GPTS 软件平台是国内唯一使用的可互换虚拟仪器（Interchangeable Virtual Instruments，
IVI）技术的软件平台，具有国际先进水平[1]。它由测试系统开发环境及测试程序运行环境
组成。GPTS 开发环境的主要功能是在一个统一的软件环境下集成、维护自动测试系统，开
发、调试测试程序，建立故障诊断知识库。测试程序运行环境的功能是提供最终用户一个统
一的用户界面，控制测试程序运行、显示，打印测试结果，使用软面板控制测试仪器。
3.2 GPTS3.0 技术特点
3.2.1 通用性
GPTS3.0 采用面向信号的ATLAS 语言描述测试需求，它既不针对任何特定的应用领域，
也不针对特定的设备类型。
3.2.2 开放性
GPTS3.0 在应用程序层采用标准ATLAS716，任何满足标准ATLAS716－1995 语法的测
试程序都能在GPTS3.0 上正常编译。开放的信号库可由用户任意扩充。底层驱动则同时支
持IVI-COM 和IVI-C，完全开放的底层驱动程序接口及系统连线表使用户可以完全自主地
集成测试系统。另外GPTS3.0 的动态菜单使用户可以根据实际需求增加或替换界面功能。
3.2.3 TPS 的系统无关性
GPTS3.0 采用动态仪器绑定技术，使测试程序与系统所使用的总线及仪器无关，从而实
现了仪器的互换。
3.2.4 可维护性
GPTS3.0 本身是商品化软件，其功能升级和缺陷修复都按照商品化软件流行的方式进
行。GPTS3.0 的所有软件模块都采用组件技术实现，它既可以根据用户需求对软件进行灵活
组态，也大大提高了软件的可维护性。在GPTS3.0 上开发的测试程序是标准的ATLAS，其
良好的可读性确保了TPS 的可维护性。
4 GPTS3.0 在CTDS 中的具体应用示例
4.1 UUT 简介
限于篇幅，本文取一简单仪器为UUT 为例详细介绍GPTS3.0 的应用方法。该UUT 为
某角位移传感器，用来测量偏角，其输出为0～5V 直流模拟量信号，其电源为5VDC。工
作原理为将机械角位移转换成传感器的滑臂（电刷）在电位计上的转动，从而输出一个与偏
角成比例的电压信号。简化的原理图如图2 所示。

图2 角位移传感器简化原理图
4.2 具体应用
第一步，测试需求分析。画出测试原理图,写出测试需求说明书，交由专家组审核批准
方可生效。

第二步，测试方案设计。根据测试需求，确定测试方案。测试方案按章节编写。
第三步，开发符合IVI 规范的仪器驱动。对于复杂的测试任务，可能需要专用的测试仪
器和模拟器，这时可能就没有现成的类驱动和仪器驱动，解决问题的一种方法是可以到网上
下载别人编写的符合IVI 规范的仪器驱动，另一种方法就是系统集成人员自己动手编写符合
IVI 规范的仪器驱动程序。本例只需万用表，有现成的仪器驱动程序，不需自己编写。
第四步，系统资源配置。GPTS 中由用户开发的软件模块称为可配置模块，主要包括仪
器驱动、软面板、自定义菜单等。系统配置的主要功能是安装所有可配置模块，设置系统的
运行方式。系统管理员按照提示信息，使用安装向导安装可配置模块非常方便，其过程与在
WINDOWS 上安装打印机非常相似。系统配置完成后用户可将其保存为后缀为swb 的系统
配置文件。
第五步，定义系统连线表。系统连线表描述测试系统内部仪器之间以及仪器与ICA 之
间的连接关系。GPTS 系统连线表的定义包含三个步骤：（1）定义ICA 连接端子。（2）将ICA
定义的插钉添加到系统连线表中。（3）定义ICA 与物理仪器插钉，端到端的连接关系。
GPTS 系统集成环境可自动列出所有已安装的物理开关资源及其所有插钉的名称，系统
集成人员只需依此对每个物理资源的插钉选择一个实际与其相连接的ICA 插钉即可。系统
连线表完成后用户可将其保存为系统连线表文件。在任何已安装GPTS 软件的计算机上安装
系统配置文件和系统连线表文件都能使该系统完全仿真原测试系统。
第六步，建立工程和工程环境。在同一工程环境下可以有不同工程，分别对应不同UUT
测试。完成后分别生成gpj 和gpw 文件。
第七步，设计和制造适配器，定义适配器连线表。根据测试需求，使用已有适配器或者
针对UUT 设计相应的适配器。本测试并不复杂，可以与其它UUT 适配器集成到一起以节
省资源。适配器连线表描述适配器内部的测试资源及相互之间的连接关系。与系统连线表相
似，使用适配器连线表编辑器可以定义UUT 的插头及插针，适配器内部测试资源及其输入、
输出端口，最后采用拖动的方法定义ITA 插钉、UUT 插钉及适配器内部资源端口之间的连
接关系。适配器连线表完成后用户可将其保存为后缀为twb 的适配器连线表文件。
第八步，编写 ATLAS 测试程序。ATLAS 程序的编写类似于C，但ATLAS 有很多方便
的关键字，描述测试过程更贴近于自然，不过开发人员最好先设计好流程图（很多测试非常
复杂）。XX 角位移传感器的TP 流程是这样的：对于第1 章，用万用表测三遍电阻值取平均；
对于第2 章，将偏角分为-60º、-45º、-30º、-15º、0º、5º、15º、30º、45º、60º等十种情
形。对于每种情形，分三种仪器测三组。每组测量五次，取平均值为该组的组值。三个组值
取最大值为该情形的情形值，十种情形值取最大为XX 的精度值。
第 1 章程序主要代码如下：
000001 BEGIN, ATLAS MODULE 'CHAPTER1' $
REQUIRE
……
SETUP, (RES), IMPEDANCE USING 'RES_METER',
RES RANGE 0 OHM TO 2000 OHM，
CNX HI XX_3 LO XX_2 $
CONNECT，(RES),IMPEDANCE USING 'RES_METER',
RES RANGE 0 OHM TO 2000 OHM ,
CNX HI XX _3 LO XX _2 $
WAIT FOR,5 SEC $
READ, (RES INTO 'RES_ XX 32'),
IMPEDANCE USING 'RES_METER',
RES RANGE 0 OHM TO 2000 OHM ,
CNX HI XX_3 LO XX _2 $
REMOVE, (RES),IMPEDANCE USING 'RES_METER',
RES RANGE 0 OHM TO 2000 OHM ,
CNX HI XX_3 LO XX_2 $
……
999999 TERMINATE, ATLAS MODULE 'CHAPTER1' $
第九步，虚拟资源分配。利用GPTS 虚拟资源编辑器设置资源通道，对应仪器插钉的映
射，从而实现将虚拟资源与实际仪器的对应。
第十步，测试程序脱机调试。编译、调试程序，确保无语法错误。这时测试仪器实际上
是一些联接的COM 组件，GPTS 允许任意设置测试结果，通过脱机调试可以初步判断测试
方法的正确性。
第十一步，测试程序联机调试。即与系统控制器连接调试，通过联机调试确保与上位机
通信的可靠性。
第十二步，测试程序连 UUT 调试。全面调试，完成测试。
第十三步，故障诊断附加测试。根据智能诊断系统的指令，追加一些数据对其进行测试，
以利于故障的诊断与定位。XX 角位移传感器的故障诊断附加测试如下：
在未加载电源的前提下，测试 UUT 各插针（XX_1,XX_2,XX_3）之间的电阻值。
5 结束语
综合测试与故障诊断是维护技术的发展方向之一，GPTS3.0 是搭建CTDS 优秀的软件平
台。它是国内唯一采用IVI COM 技术的软件平台，保证了CTDS 的通用性和开放性；它具
有人性化的界面设计，系统设置和TPS 开发都非常方便。目前,它已经应用到多个国防大型
项目的检测中，在笔者参入研制的某型飞机CTDS 中也取得了不错的效果。随着维护技术的
发展它也必将拥有更加广阔的应用前景。
本文作者创新点：针对综合测试诊断系统的发展要求，推荐了GPTS3.0 作为软件开发平台，
并全面地介绍了该平台。尤其以具体UUT 为例，根据个人工作经验，总结了该平台开发UUT
自动测试系统的流程和方法，并对之进行了详尽描述。