基于构件的并行测试系统TPS设计与实现.doc

1、基于构件的并行测试系统 TPS 设计与实现 夏 锐 ，肖明清，付新 华 ，程 进军 (自动测试系统实验室 空军工程大学工程学院 陕西 西安 710038） 联系作者 e-mail: xiaruiww 摘 要: 并行测试技术是未来自动测试系统的重点发展方向之一，而目前国内外尚无成熟实用的并行测试 系统测试程序集（Test Program Set, TPS）的开发方法。本文详细介绍的基于 COM 构件的并行测试系统 TPS 的分析、设计和实现 方法。首先分析了并行测试系统的体系结构，给出了并行测试系统 TPS 的用例模型。接 着建立了其基于构件的层次式框架，最后介 绍了基于 COM 接口的支持并发

2、操作构件的实现方法。 关键词: 并行测试;自动测试系统;TPS;多线程;构件 中图法分类号: TP274 文献标识码: A Parallel TPS Design and Application Based on Components XIA Rui, XIAO Ming-qing, FU Xin-hua, CHENG Jin-jun （ATS Lab, Engineering School of the Air Force Engineering University, Xian 710038, China） Abstract: Parallel Test is a new hot dire

3、ction for the future Auto Test System. At present, there are no practical and mature R automatic test system; test program set; muti-thread; component 收稿日期：2007-02-00；修订日期：2007-00-00 基金项目：总装“十一五”重点预研项目（51317030103） ；电子测试技术国防科技重点实验室基金项目 （51487020305JB3201） 作者简介：夏锐(1982),男,安徽含山人,博士研究生,主要研究方向：武器系统检测自动化

4、与智能化；肖明清(1963), 男,湖 南常德人,教授,博导,主要研究方向：自动测试系统设计与开发；付新华（1980),男,湖南攸县人,博士研究生,主要研究方向： 武器系统检测自动化与智能化；程进军(1979),男,湖北襄樊人,博士,讲师,主要研究方向：自动测试系统设计与开发 0 引言 并行测试技术（Parallel Test）是自动测试系 统（Automatic Test System, ATS）在进一步减少测 试时间、降低测试成本的发展趋势下兴起的一项 新技术，是美军下一代 ATS“NxTest”的关键技 术之一。它正以不可比拟的优势成为未来 ATS 发 展的热点，将是下一代 ATS 的主

5、要特征之一 1-4。 并行测试主要由多个工作线程同步或异步地 并发执行多项测试任务来实现。然而，这些线程 往往会竞争共享资源，容易产生死锁、饿死等错 误，且问题难以复现，增加了并行测试系统测试 程序集（Test Program Set, TPS）的复杂性。因此 并行测试技术的关键在于其 TPS 的设计。 目前，较大规模的复杂应用系统一般采用基 于构件的软件开发方法。基于构件的软件开发不 仅具有诸如方便开发和维护、可移植性强、复用 性好等优势，而且积累了支持开发实时并发系统 的丰富经验和方法模式。因此，本文采用“应用 程序框架+支持并发构件 ”的开发方法，设计了并 行测试系统 TPS 的构件框架

6、，介绍了基于 COM 接口的支持并行操作构件的实现，为并行测试系 统 TPS 的快速开发打下良好的基础。同时，基于 构件的 TPS 提高了系统的可靠性，方便了系统的 测试、维护与升级，使并行测试系统的应用了具 有良好的可扩展性。 1 并行测试系统的体系结构 基于多线程结构的并行测试系统是目前并行 测试实现的主要形式，图 1 为其体系结构图。 系统结构可分为三层，最高层为并行测试应 用程序。调度器按一定的调度策略来分配多个测 试工作线程在单个或多个处理器上的运行时间， 从而在宏观上表现出多个测试任务同时运行的效 果。测试任务的工作流程通过调用测试数据库来 完成，测试结果也保存到其中。该层底层是仪

7、器 及激励的驱动层，用来管理和控制系统中的仪器 设备；第二层 I/O 接口层是系统软件与硬件间执行 通信的底层函数库。最底层是硬件资源层，通过 并行测试适配器将被测件（UUT）与系统进行电 气连接，并可执行多个 UUT 间的切换。 测 试 数 据 库 并 行 测 试 应 用 程 序 工 作 线 程 1 工 作 线 程 n 主 线 程 测 试 调 度 器 仪 器 驱 动 I / O 接 口 库 ( V I S A 或 其 他 ) 并 行 测 试 适 配 器 U U T 1 U U T 2 . . . U U T n . . . 一 一 一 一 一 一 一 一 一 V X I P X IG P I

8、 B R S 2 3 2 . . . N e t w o r kL X I 图 1 多线程并行测试系统体系结构 分析系统体系结构的目的是在系统的应用与 开发之间形成统一、完整的功能视图，作为建模、 设计和规划系统的基础。 2 基于构件的并行测试系统 TPS 架构 从并行测试系统的体系结构分析可以看出， 并行测试系统设计的核心在其 TPS 的设计开发。 首先分析了并行测试系统的用例模型，接着设计 了并行测试系统 TPS 的构件框架，最后通过实例 介绍了支持并行操作构件的实现方法。 2.1 并行测试系统 TPS 用例模型 用例模型开发是并行测试系统需求分析阶段 的首要任务，图 2 为系统的 Use

9、 Case 图。 从用户的角度来看，并行测试系统应可进行 传统的单 UUT 测试、单步测试和并行测试。测试 前能够对系统进行自检；测试后可调用测试数据 库查看测试结果，分析数据以进行故障诊断。系 统按 UUT 一定的测试流程进行数据测量，测试流 程通过调用测试数据库实现。这样可以提高系统 的通用性，测试不同的 UUT 只需调用不同的数据 库，而不必重新修改代码。并行调度是并行测试 系统的核心用例，它通过一定的策略来控制多个 测试线程、对共享资源进行调度使用，从而实现 线程间的同步并避免产生死锁、饿死等问题。 并 行 测 试 系 统 数 据 库 操 作 并 行 调 度 数 据 测 量 故 障 诊

10、 断 单 U U T 测 试 并 行 测 试 用 户 系 统 自 检 仪 器 仪 器 控 制 激 励 设 备 激 励 设 备 控 制 单 步 测 试 图 2 并行测试系统用例图 2.2 并行测试系统 TPS 构件框架 针对并行测试系统的功能特点，按分层设计 的原则 5，提出了如图 3 所示的基于构件的并行测 试系统 TPS 的层次式框架，如图 3 所示。 整个 TPS 分为四个层次。从上至下依次为： 1）用户界面层。主要由各种界面构件组成， 全面实现系统与用户间的交互。通过它用户能够 进行测试信息的输入、测试任务的选择以及测试 信息的保存、打印和历史记录查询等功能。该层 有成熟的构件库供应。

11、2）测试管理层。该层是交互式界面的后台执 行者，它能够响应用户的操作，由并行测试调度 器管理调度多个工作线程通过一定的调度算法， 调用系统中的可用资源，完成用户指定的操作。 各工作线程调用下层的功能构件完成相应功能任 务。 3）测试应用层。该层以构件的形式封装了并 行测试系统中各种可用资源，如数据库操作构件、 电源控制构件、红外目标控制构件等各种对测试 仪器、设备的操作构件，提供给上层应用程序框 架调用。该层可从以往建立的测试功能构件库中 进行裁取或改造。可最大限度地实现代码重用， 加速了系统的开发。 4）仪器驱动层。该层由仪器生产厂家提供的 仪器驱动程序以及自研设备的驱动程序组成。通 过 T

12、PS 外部下层的 I/O 接口层，该层实现 TPS 与 硬件资源的通讯并能驱动硬件资源执行相应的功 能。该层已有的 IVI 驱动库、ODAS 等都是基于 COM 构件接口的，可方便地实现与上层的无缝连 接。 这四个层次之间是层层调用的关系：测试应 用层中的各个功能构件通过调用仪器驱动层的服 务构件来完成对硬件资源的操作。构成系统应用 界面的界面构件通过调用测试管理层中的构件完 成用户定义的各项测试任务。测试管理层中的并 行测试调度器构件在一定的调度算法的控制下， 对多个测试工作线程进行调度，调用各个功能构 件，完成各项测试任务。 交互式用户操作界面 界面构件 并行测试 调度器 调度算法 数据库

13、 操作构件 电源控制 构件 红外目标 控制构件 测试 数据库 I V I - C O M I V I - M S S 其它设备 驱动构件 A D 扫描 构件 . . . 并 行 测 试 T P S 仪器资源 其他专用设备 U U T 1 U U T 2 U U T n . . . . . . 用户 界面层 管理层 仪器 驱动层 应用层 T e s t T h r e a d I / O 接口库 ( V I S A 或其他 ) 适配器 硬件 资源层 I / O 接口层 外部软件或 遗留代码 L a b V I E W T e s t S t a n d 等 L a b W i n d o w s

14、 / C V I 1 n 1 1 O D A S 图 3 基于构件的并行测试系统 TPS 层次式框架 2.3 支持并行操作的构件设计 由并行测试的需求分析确定了构件的并行性 要求。支持并行操作的构件要求采取一定的机制， 避免由于多个工作线程的同时调用而对共享资源 的使用产生冲突 6-8。本文通过使用锁的方法来实 现支持并行操作构件的设计。以 AD 仪器模块的 使用构件的开发为例进行说明，其构件结构图如 下图 4。 A D 扫 描 构 件 I A D S c a n T e s t T h r e a d 线程调用 I n s t r u m e n t S c a n L i s t F I

15、F O O p e n W r i t e R e a d I U n k n o w n M u t e x A D I n s t r u m e n t 图 4 AD 功能构件结构图 由于 AD 仪器模块执行 AD 转换的特殊性，它 不能同时被两个线程调用，因此必须设置锁机制 来同步两个以上线程对 AD 功能构件的调用。锁 机制通过互斥类 Mutex 来实现。 限于篇幅，本文采用基于 COM 接口的构件实 现主体框架简略如下： /AD 仪器类、ScanList 类、FIFO 类的定义 class ADInstrument : public instrument public: Initi

16、alize (); Rest (); ReadFIFO (); private: ; class ScanList class FIFO /具体定义略 /AD 构件接口定义 Interface IADScan : IUnknown Virtual void _ _ stdcall FADScan (); /AD 功能构件定义 Class CADScan : public IADScan public: /IUnknown 接口定义略 /IADScan 接口实现 Virtual void _ _ stdcall FADScan () AD 参数定义及动作函数实现 private: CMutex

17、Mutex (FALSE, NULL, NULL); ScanList ADscanlist; FIFO ADfifo; ; 其协作工作模式如图 5 所示。 1 : r u n ( ) 3 . a : r u n ( ) 调 用 被 阻 塞 U U T 1 T h r e a d : T e s t T h r e a d U U T 2 T h r e a d : T e s t T h r e a d I n s t r u e m n t A D I n s t r u e n t : S c a n L i s t F I F O M u t e x 2 : L o c k ( ) L

18、 o c k e d A v a i l a b l e 3 . b : I n i t i a l i z e ( ) W a i t i n g 4 : S e t ( ) 5 : w r i t e ( ) 6 : R e d F I F O ( ) 7 : C l o s e ( ) 8 : U n L o c k ( ) 9 : r u n ( ) 图 5 AD 功能构件顺序图 3 系统实现 专用的测试工程语言如 LabWindows/CVI、LabVIEW 及 TestStand 等目前 还不支持面向对象的开发，因此还需要一定的工 作量。VC语言功能强大，可靠性高，可移植 性好，且

19、提供了丰富的支持多线程的并行机制， 用它编写多线程程序简单、方便和安全。由分析 设计阶段得到的 UML 可视化模型还可以在 VC中自动生成代码框架，实现了系统的快速 开发。 4 结束语 传统 ATS 的 TPS 体系结构的面向对象、基于 构件及模式等设计方法已越来越走向规范和成熟。 并行测试系统作为新兴系统，其 TPS 的设计与开 发目前国内外尚无统一的模式和标准。因此，持 续深入地开展并行测试系统 TPS 开发设计的方法 及模型研究，对推动并行测试技术的发展是十分 必要和重要的。 参考文献： 1 夏锐. 并行测试系统设计与应用 D. 硕士, 空军工程大学工程学院, 2005. 2 夏锐，肖明

20、清，朱小平等. 并行测试技术在自动测试系统中的应用J. 计算机测量与控制. 2005, 13(1):7-10. 3 朱小平，肖明清，夏锐. 基于 RUP 过程的并行测试建模分析与设计J. 空军工程大学学报（自然科学版）. 2005, 6(6):63- 65. 4 夏锐，肖明清，赖根. 并行测试设计与开发J. 计算机测量与控制. 2006, 14(7):841-843. 5 黄柳青，王满红. 构件中国M . 北京: 清华大学出版社, 2006. 6 HASSAN GOMAA 著，吕庆中等译. 用 UML 设计并发、分布式、实时应用M . 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004. 7 BRUCE POWEL DOUGLASS 著，麦中凡，陶伟译. 实时设计模式M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004. 8 CAMERON HUGHES & TRACEY HUGHES 著，肖和平等译. C+ 并行与分布式编程M. 北京: 中国电力出版社, 2004.