SMART软件控制平台研究

SMART软件控制平台研究

摘要：本文在简要回顾ARINC608A标准的产生和发展历史基础上,对SMART软件体系结构作了简要介绍。进而针对SmartTM软件平台，从编写测试程序的角度,介绍和分析了具体的库、过程、变量以及TUA描述语言;从ATE系统集成角度,介绍了资源描述（RD）与仪表模型（DM）和配置模型（CM）的建模方法。
关键词：SMART；ARINC608A；建模；ATLAS

SMART是标准化模块式航空电子设备修理和测试的英文简称(Standard Modular Avionics Repair and Test)，是民用航空工业界为标准化ATE而制定的航空电子测试系统标准，这一标准详细规定了ATE系统的硬件、软件组成要求。该文介绍根据其软件要求而发展出的SmartTM软件平台。

1  历史回顾
二十世纪七十年代，电子技术的数字化革命，使航空电子设备也产生了数字化进步，出现了高度集成化并封装在一个盒子中的"ARINC 700 系列"航电产品。这类航空电子产品的通讯方式，采用ARINC429串行数字总线，大量使用各种嵌入式CPU。数字技术的应用使各种设备的自动测试能够得以实现。然而，复杂的航空电子设备使其测试也更复杂了。这段时期，航空电子设备供应商、飞机制造商和航空公司研发了许多不同的测试系统，并各自开发了专门的测试程序。虽然自动测试能节省可观的人力资源，但却需要大量的前期开发投入。在1984年，航空电子维修协会AMC得出结论：从航空工业角度看，得有一个适当的航空电子测试标准方法，方能使企业节约大量成本。
于是，航空电子工程委员会AEEC和航空电子维修协会AMC 委托下属的测试设备指导分会(TEG-103)制定统一的航空电子测试系统标准。由航空公司、飞机制造商、航空电子和测试设备厂商代表组成的测试设备指导分会，完成了ARINC 608标准的制定工作。在1986年，航空电子工程委员会AEEC认同和采纳ARINC 608标准。该标准描述的测试系统硬件和软件概念，得到了有关各方的一致认可。一开始人们便将此标准定义的航空电子测试系统称为“SMART”。受航空电子维修协会AMC的委托，美国航空无线电公司ARINC着手了原型系统的开发。ARINC公司为该系统开发的软件就是著名的“SMART™”软件。
当软件出现的时候,航空工业界看到的“SMART™”仅体现了ARINC608标准的软件细节，并且一致认为，还可以改进ARINC 608标准，对其作更精确定义，使该标准更通用。在1990年，测试设备分会要求立即冻结ARINC 608-1标准，并立刻着手ARINC 608A的起草工作。
1993年颁布的ARINC 608A标准，在通用性的基础上定义了工业标准测试设备概念。它确保任何一个制造商选择该标准后就能开发出适合该标准要求的测试设备。ARINC 608A标准保留了ARINC608-1标准的所有技术概念，增加了数字信号测试的定义和通用接口逻辑定义。

2  SMART软件体系结构
SMART的软件体系分为编译、配置和执行三部分，如下图。这个软件体系对ATE使用者而言，只需提供ATLAS源程序和TUA连线描述两个程序文件；而对ATE集成者来说，他必须作资源描述（RD）、仪表模型（DM）和配置模型（CM）的建模工作。ATLAS程序的编译、链接、资源分配和可执行代码的运行等工作，则是SMART™软件的任务。SMART™软件的测试引擎（TE）和仪表任务控制 ( DCT )，在ATE测试控制计算机（TCC）操作系统的控制下进行工作。

如图所示的SMART测试系统的软件平台,要求建立在某种操作系统上，该操作系统在选定的TCC上提供基本的系统软件服务；软件平台提供的软件用户接口，有一个便于理解、以及一致性的用户交互使用接口，用户需求的所有测试功能，能使用这一公用接口进行处理。如：在测试系统上开发可执行的ARINC 626 ATLAS测试程序；在测试系统上执行ATLAS测试程序等。
软件体系结构图中的软件组件，可以在任何一个标准的、模块化的高级系统程序语言中编制,但须保证长期的可维护性。下面是对这些软件组件的描述：
ATLAS 编译器:ATLAS源测试程序根据 ARINC 626 编制。ATLAS 编译器处理ATLAS 源程序，并且输出中间代码/虚拟资源表文件。这个文件将进一步被ATLAS 连接器和资源定位处理器处理。ATLAS 编译程序创建的中间代码/虚拟资源表文件在ATLAS源语句、虚拟资源表、流程图数据、使用的标志符号以及外部参考之间提供必要的连接。在资源分配期间，提供添加路径表的手段。
中间的代码/虚拟资源表文件:这是ATLAS测试程序编译器产生和定义的所有可编程的测试仪器量程大小和参数限制值的一张表。该表是 ATLAS 目标文件结构的一部分。
ATLAS 连接器:ATLAS连接器将独立的ATLAS测试过程程序,包括主程序和所有的 ATLAS 和 non-ATLAS 模块程序进行逻辑连接，构成一个完整的测试程序。
测试适配器( TUA ) 连线描述:TUA连线描述定义ATE测试资源和 UUT引脚之间的联接路径，该路径包括通过的开关组件、负载、衰减器以及固定增益放大器等。
TUA 处理器:TUA 处理器处理并检查TUA资源文件是否有语法错误，是否符合测试站参数配置，该参数含在配置模型和TUA源文件中。这些参数包括ATE仪器、使用的路径和开关,以及在TUA内附加的有源和无源部件。
资源描述:资源描述(RD)源代码支持对测试系统中使用的仪器进行必要的特征描述及控制。
仪表模型:仪表模型(DM)提供特定仪器的设置信息，该信息用于定义资源描述，或将资源描述与测试站及ATLAS执行环境中可用资源相综合。该描述包括将资源描述使用的信号词汇映射到被用来执行仪器功能的 ATLAS 词汇中。
配置模型:配置模型( CM )是 ATE 系统完整的软件模型。它包括在处理资源描述、仪表模型和源配置说明期间产生的信息。配置模型文件包含ATE设备特定的信息，如仪表名称、仪表控制接口定义和系统互联信息。
ATE 建模处理器:
资源描述处理器:资源描述处理器验证资源描述的语法并输出资源描述库文件。
仪表模型处理器:仪表模型处理器定义安装到ATE系统的仪器配置特性并将资源描述与ATLAS测试系统接口。它也将资源描述中面向仪器功能的词汇翻译成 ARINC 626 ATLAS 词汇。
配置模型处理器:配置模型处理器从包含在仪表模型库、资源描述库文件、配置描述源文件中的信息里创建配置模型。
资源定位器:资源定位器从配置模型、TUA连线描述、虚拟资源表、ATLAS中间代码合并信息，产生中间代码/真实资源表文件。
中间代码/真实资源表文件:在 ATLAS 目标文件中的虚拟资源表和路径表，用配置模型中真实资源地址和TUA表的路径信息更新，生成中间代码/真实资源表文件。这个文件用于配置一个特定的测试站。
仪表任务控制 ( DCT ):提供测试引擎（TE）用可执行的代码去控制ATE仪器的手段。它是由各种单独的资源描述，仪表模型，和配置模型综合而成。
ANSI C 编译器/连接器:在TCC/操作系统配置中，C 语言工具可用于创建可执行的 C 代码。
测试引擎:测试引擎( TE )提供 4 个基本功能：①测试控制；②报告产生；③测试操作界面；④UUT/ATE 数据库环境测试引擎负责可执行的测试程序和 DCT间的通信连接。

3  SMARTTM测试程序
要编写出能够在SMART™软件环境中可执行的ATLAS测试程序,除需要对ARINC 626 ATLAS标准熟悉外,还需要对SMART™软件的特殊风格有较为深刻的理解和认识。SMART™测试引擎中，有一套内建的过程（Procedures），测试引擎的功能由这些过程调用。这些过程构成库（Libraries），计有：标准（Standard）库，用户（User）库和被测件（UUT）库这三种类型的库。另外，SMART™软件还对全局变量作了明确定义。
3.1 SMARTTM测试引擎中的库
SMART™测试引擎有一套内建的过程，它们构建在SMART™软件里，有一些用于标准库，其余用于用户库和UUT库。在编写SMART™测试程序时，库具有特定和唯一的规则。其中标准库含有的一组过程，提供ATLAS测试程序与相应SMART™测试引擎功能间的接口。下面仅对标准库过程与SMART™软件自身有关的响应作一简要介绍：
‘READ-DATA’ 从主操作系统回读时间和日期，转换成两个ASCII字符串
‘CALC-TIME’ 将时间转换成ATLAS实型秒数
‘ASCII-TIME’ 将实型秒数再转换成以小时、分和秒作单位的ASCII字符串
‘UUT-DOWN’ 测试程序调用或自动响应SMART™‘UUT_DOWM_EVT’事情件，该过程，在其它事件中，从UUT库中调用“RESET-UUT”过程，刷新SMART™状态窗口，若需要还能调用USR1库中的‘EDIT_UUT_DOWN’过程。
‘ABORT’ 自动响应SMART™“ABORT_EVT”事件。该过程是个例外，它可由ATE集成者编辑。作为应急措施，如果ATE系统执行ABORT事件而软件又在继续运行，它可用于切断UUT与测试设备的连接。这些是测试设备的特定动作，须将其插入‘ABORT’过程的起始部份。
‘INIT-PROG’ 该过程自动调用，响应SMART™‘RUN_EVT’。它在测试程序开始执行时，初始化相应的库和系统功能。在其它事件中，它使用UUT库中的‘ADAP_CONNECT’和‘IDENTX’过程检查适配器与测试设备间的连接
‘END_SELECTION’ 在执行了一个或多个选定的测试入口点后被自动调用（SMART™ ‘END_SELECT_EVT’事件）。从USR1中调用‘UUT_DOWN’和‘EDIT_END’。
‘TERMINATE’ 响应SMART™‘TERM_EVT’事件时自动调用。调用‘UUT_DOWN’并结束测试程序。调用UUT库中‘UUT_TEST_RESET’，完成所有UUT规定的动作，并从USR1中调用‘EDIT_TERMINATE’结束测试结果文件
‘OUT_FAIL_CHECK’ 响应SMART™‘VERIF_COMP_EVT’事件时被自动调用，当执行ATLAS COMPARE或VERIFY语句时，该事件自动产生。它将检查结果，若需要时，执行‘UUT-DOWN’，它将从USR1调用‘OUT_RESULTS’，把记载的结果送入输出文件。
‘COMMUNICATION’ 该过程在任何SMART™测试程序的起始阶段是强制执行的，它将ATLAS事件指示器同SMART事件相关联，并激活自动EVENT过程。

由于在ATE建模时，需要对除标准库外其它库中的有些过程进行编辑和修改，编写测试程序时，也要编辑和修改UUT库的过程，我们将各个库文件中所有的过程列举如下，它们的详细说明，参见ARINC 627中的源程序文件。
标准库
READ-DATE；CALC-TIME；ASCII-TIME；UUT-DOWN；ABORT；INIT-PROG；END-SELECTION；TERMINATE；OUT-FAIL-CHECK；COMMUNICATION 。
USR1库
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库
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库
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库和UUT库中与标准库过程无关的过程需要调用者编辑修改。具体说就是它们与测试程序和测试系统I/O有关，因此：①USR1和USR2库中剩下的过程，必须由ATE集成者或安装者修订；②UUT库中剩下的过程，在编写具体的测试程序时也要编辑修改；③新的过程也可按需求加入到这些库中。
3.2  库和测试引擎全局变量
库使用全局变量进行测试引擎和TPS间的信息交换，并控制某些过程的功能。在SMART™中，规定了14个特殊全局变量，38个可由测试引擎初始化或调用其它库功能时初始化的全局变量以及32个TPS使用的全局变量。
下面仅列举SMART™规定的特殊全局变量，这些特殊变量在SMART™测试程序中无需声明即可使用。
LL627    ASCII下限字串
UL627    ASCII上限字串
MEAS627    ASCII测量值字串
UNIT    含有测量值的单位
LMTDIG    ASCII常量字串
MEASDIG    ASCII数字结果字串
TYP-EVAL    最后一次COMPARE评估结果
SMART    在测试执行中，当相关SMART事件发生时，SMART事件指示器置于“真”
RUN—EVT    表示选定了运行选择，触发执行INIT-PROG过程
VERIF-COMP-EVT    表明ATLAS“COMPARE”或“VERIFY”语句执行了，触发执行OUT-FAIL-CHECK过程。
END-SELECT-EVT    表明选择的测试程序进入点执行了，触发执行END-SELECTION过程
TERM-EVE    指示‘结束’选择被选中或TERMINATE ATLAS语句被执行，触发执行TERMINATE过程
ABORT-EVT    指示测试台退出钮被按动，触发执行ABORT过程
UUT-DOWN-EVT    指示UUT-DOWN选择被选中，触发执行UUT-DOWN过程
3.3 TUA和TUA指导文件
被测组件适配器TUA
SMART系统要求使用被测组件适配器（TUA）作为UUT和测试系统之间的物理接口。
组成TUA的元器件为：①信号的调理和负载器件；②扩充测试系统功能的驱动器件；③为ATLAS的DEFINE DRAWING语句建立能力的器件；④连接线--任何综合性测试站的接口引脚都需要用接线连接TUA内部器件引脚和UUT引脚。
TUA指导文件（TUA DF）和资源定位（RA）指导文件融合特定配置的SMART测试站（ATE）与ATLAS测试程序之间的信息。SMART™软件使用TUA DF数据确定资源是否够用，选择适当信息路径满足ATLAS测试程序要求。每个ATLAS测试程序都需要相应的一个TUA DF。
SMART™用TUA描述语言（TUAD）来说明TUA。对某种TUA，可能存在描述针对特定UUT测试路径和元器件需求的多种TUAD；也可能某种TUAD支持不止一种TUA。但是，SMART™的 TUAD不能直接支持对TUA内部复杂器件的描述，只能对简单的负载，信号调理器和规定图形进行描述。TUA中的复杂器件应作为测试系统的组成部份，使用别的建模语言（DM，RD）描述。
随ATE系统提供的SMART™语言文件，对如何定义这些器件有详细介绍。
TUA指导文件介绍
TUAD的主要功能是规定所有TUA和测试系统的内部连接，一般采用SMART™语言文件中的TUAD语言语法来构建。UUT的引脚在TUAD中被明确引用，UUT引脚名称与ATLAS程序中的连接直接对应；TUA中的负载可在TUAD中说明，信号调理器可直接用于定义各种信号通路；DEFINE DRAWING语句要求建立的仪器能力也用TUAD建立文档。
按规定，用DEFINE DRAWING结构描述的能力不能在ATLAS中定义，因而，只能用TUAD定义DRAWING相关端点和从该点到其它点的路径。组合器件可用TUA中几个单器件互联组成，组合器件能力在仪器模型中规定，建立组合资源的互联定义也用TUAD明确说明。
TUAD还可定义假仪器。假仪器指的是UUT引脚间的通路。ATE系统的EARTH（接地点）和COMMON（公共点）也是假仪器。它也支持独立的多个EARTH和COMMON。
综上所述，可用TUAD明确描述的互联有：①DRAWING端点或传感器选定的仪表和UUT引脚间的连接；②开关和UUT引脚或DRAWING端点间的连接；③假仪器和UUT引脚或DRAWING端点间的连接；④DRAWING端点和UUT引脚间的连接；⑤由几个单独器件组成组合器件时的连接。

4  SMARTTM软件建模
SMART有三种模型需要在ATE系统集成时建模：①配置模型（CM）；②仪表模型（DM）；③资源描述模型（RD）。配置模型（CM）用内部设备型号（DMs）方式描述特定测试站的配置；仪表模型（DM）的主要功能是将ATLAS语法翻译成资源使用的语法，实际资源用资源描述（RD）来说明。对组合仪表，DM提供多RDs的链接；资源描述是特定资源的一种模型 ，它描述资源能力和怎样控制资源。
参见SMART™建模语言文档，它为每种模型提供了语法定义和例子。

5  结束语
SMART™软件是SMART ATE里的标准化软件，对其软件体系结构和特殊要求进行深入细致的分析，无论对TPS开发、ATE集成，还是通用测试软件平台研发，都有重要的指导作用。