SMART軟件控制平臺研究

摘要：本文在簡要回顧ARINC608A標準的產生和發展歷史基礎上,對SMART軟件體系結構作了簡要介紹。進而針對SmartTM軟件平臺，從編寫測試程序的角度,介紹和分析了具體的庫、過程、變量以及TUA描述語言;從ATE系統集成角度,介紹了資源描述（RD）與儀表模型（DM）和配置模型（CM）的建模方法。
關鍵詞：SMART；ARINC608A；建模；ATLAS

SMART是標準化模塊式航空電子設備修理和測試的英文簡稱(Standard Modular Avionics Repair and Test)，是民用航空工業界為標準化ATE而制定的航空電子測試系統標準，這一標準詳細規定了ATE系統的硬件、軟件組成要求。該文介紹根據其軟件要求而發展出的SmartTM軟件平臺。

1? 歷史回顧
二十世紀七十年代，電子技術的數字化革命，使航空電子設備也產生了數字化進步，出現了高度集成化并封裝在一個盒子中的"ARINC 700 系列"航電產品。這類航空電子產品的通訊方式，采用ARINC429串行數字總線，大量使用各種嵌入式CPU。數字技術的應用使各種設備的自動測試能夠得以實現。然而，復雜的航空電子設備使其測試也更復雜了。這段時期，航空電子設備供應商、飛機制造商和航空公司研發了許多不同的測試系統，并各自開發了專門的測試程序。雖然自動測試能節省可觀的人力資源，但卻需要大量的前期開發投入。在1984年，航空電子維修協會AMC得出結論：從航空工業角度看，得有一個適當的航空電子測試標準方法，方能使企業節約大量成本。
于是，航空電子工程委員會AEEC和航空電子維修協會AMC 委托下屬的測試設備指導分會(TEG-103)制定統一的航空電子測試系統標準。由航空公司、飛機制造商、航空電子和測試設備廠商代表組成的測試設備指導分會，完成了ARINC 608標準的制定工作。在1986年，航空電子工程委員會AEEC認同和采納ARINC 608標準。該標準描述的測試系統硬件和軟件概念，得到了有關各方的一致認可。一開始人們便將此標準定義的航空電子測試系統稱為“SMART”。受航空電子維修協會AMC的委托，美國航空無線電公司ARINC著手了原型系統的開發。ARINC公司為該系統開發的軟件就是著名的“SMART?”軟件。
當軟件出現的時候,航空工業界看到的“SMART?”僅體現了ARINC608標準的軟件細節，并且一致認為，還可以改進ARINC 608標準，對其作更精確定義，使該標準更通用。在1990年，測試設備分會要求立即凍結ARINC 608-1標準，并立刻著手ARINC 608A的起草工作。
1993年頒布的ARINC 608A標準，在通用性的基礎上定義了工業標準測試設備概念。它確保任何一個制造商選擇該標準后就能開發出適合該標準要求的測試設備。ARINC 608A標準保留了ARINC608-1標準的所有技術概念，增加了數字信號測試的定義和通用接口邏輯定義。

2? SMART軟件體系結構
SMART的軟件體系分為編譯、配置和執行三部分，如下圖。這個軟件體系對ATE使用者而言，只需提供ATLAS源程序和TUA連線描述兩個程序文件；而對ATE集成者來說，他必須作資源描述（RD）、儀表模型（DM）和配置模型（CM）的建模工作。ATLAS程序的編譯、鏈接、資源分配和可執行代碼的運行等工作，則是SMART?軟件的任務。SMART?軟件的測試引擎（TE）和儀表任務控制 ( DCT )，在ATE測試控制計算機（TCC）操作系統的控制下進行工作。

如圖所示的SMART測試系統的軟件平臺,要求建立在某種操作系統上，該操作系統在選定的TCC上提供基本的系統軟件服務；軟件平臺提供的軟件用戶接口，有一個便于理解、以及一致性的用戶交互使用接口，用戶需求的所有測試功能，能使用這一公用接口進行處理。如：在測試系統上開發可執行的ARINC 626 ATLAS測試程序；在測試系統上執行ATLAS測試程序等。
軟件體系結構圖中的軟件組件，可以在任何一個標準的、模塊化的高級系統程序語言中編制,但須保證長期的可維護性。下面是對這些軟件組件的描述：
ATLAS 編譯器:ATLAS源測試程序根據 ARINC 626 編制。ATLAS 編譯器處理ATLAS 源程序，并且輸出中間代碼/虛擬資源表文件。這個文件將進一步被ATLAS 連接器和資源定位處理器處理。ATLAS 編譯程序創建的中間代碼/虛擬資源表文件在ATLAS源語句、虛擬資源表、流程圖數據、使用的標志符號以及外部參考之間提供必要的連接。在資源分配期間，提供添加路徑表的手段。
中間的代碼/虛擬資源表文件:這是ATLAS測試程序編譯器產生和定義的所有可編程的測試儀器量程大小和參數限制值的一張表。該表是 ATLAS 目標文件結構的一部分。
ATLAS 連接器:ATLAS連接器將獨立的ATLAS測試過程程序,包括主程序和所有的 ATLAS 和 non-ATLAS 模塊程序進行邏輯連接，構成一個完整的測試程序。
測試適配器( TUA ) 連線描述:TUA連線描述定義ATE測試資源和 UUT引腳之間的聯接路徑，該路徑包括通過的開關組件、負載、衰減器以及固定增益放大器等。
TUA 處理器:TUA 處理器處理并檢查TUA資源文件是否有語法錯誤，是否符合測試站參數配置，該參數含在配置模型和TUA源文件中。這些參數包括ATE儀器、使用的路徑和開關,以及在TUA內附加的有源和無源部件。
資源描述:資源描述(RD)源代碼支持對測試系統中使用的儀器進行必要的特征描述及控制。
儀表模型:儀表模型(DM)提供特定儀器的設置信息，該信息用于定義資源描述，或將資源描述與測試站及ATLAS執行環境中可用資源相綜合。該描述包括將資源描述使用的信號詞匯映射到被用來執行儀器功能的 ATLAS 詞匯中。
配置模型:配置模型( CM )是 ATE 系統完整的軟件模型。它包括在處理資源描述、儀表模型和源配置說明期間產生的信息。配置模型文件包含ATE設備特定的信息，如儀表名稱、儀表控制接口定義和系統互聯信息。
ATE 建模處理器:
資源描述處理器:資源描述處理器驗證資源描述的語法并輸出資源描述庫文件。
儀表模型處理器:儀表模型處理器定義安裝到ATE系統的儀器配置特性并將資源描述與ATLAS測試系統接口。它也將資源描述中面向儀器功能的詞匯翻譯成 ARINC 626 ATLAS 詞匯。
配置模型處理器:配置模型處理器從包含在儀表模型庫、資源描述庫文件、配置描述源文件中的信息里創建配置模型。
資源定位器:資源定位器從配置模型、TUA連線描述、虛擬資源表、ATLAS中間代碼合并信息，產生中間代碼/真實資源表文件。
中間代碼/真實資源表文件:在 ATLAS 目標文件中的虛擬資源表和路徑表，用配置模型中真實資源地址和TUA表的路徑信息更新，生成中間代碼/真實資源表文件。這個文件用于配置一個特定的測試站。
儀表任務控制 ( DCT ):提供測試引擎（TE）用可執行的代碼去控制ATE儀器的手段。它是由各種單獨的資源描述，儀表模型，和配置模型綜合而成。
ANSI C 編譯器/連接器:在TCC/操作系統配置中，C 語言工具可用于創建可執行的 C 代碼。
測試引擎:測試引擎( TE )提供 4 個基本功能：①測試控制；②報告產生；③測試操作界面；④UUT/ATE 數據庫環境測試引擎負責可執行的測試程序和 DCT間的通信連接。

3? SMARTTM測試程序
要編寫出能夠在SMART?軟件環境中可執行的ATLAS測試程序,除需要對ARINC 626 ATLAS標準熟悉外,還需要對SMART?軟件的特殊風格有較為深刻的理解和認識。SMART?測試引擎中，有一套內建的過程（Procedures），測試引擎的功能由這些過程調用。這些過程構成庫（Libraries），計有：標準（Standard）庫，用戶（User）庫和被測件（UUT）庫這三種類型的庫。另外，SMART?軟件還對全局變量作了明確定義。
3.1 SMARTTM測試引擎中的庫
SMART?測試引擎有一套內建的過程，它們構建在SMART?軟件里，有一些用于標準庫，其余用于用戶庫和UUT庫。在編寫SMART?測試程序時，庫具有特定和唯一的規則。其中標準庫含有的一組過程，提供ATLAS測試程序與相應SMART?測試引擎功能間的接口。下面僅對標準庫過程與SMART?軟件自身有關的響應作一簡要介紹：
‘READ-DATA’ 從主操作系統回讀時間和日期，轉換成兩個ASCII字符串
‘CALC-TIME’ 將時間轉換成ATLAS實型秒數
‘ASCII-TIME’ 將實型秒數再轉換成以小時、分和秒作單位的ASCII字符串
‘UUT-DOWN’ 測試程序調用或自動響應SMART?‘UUT_DOWM_EVT’事情件，該過程，在其它事件中，從UUT庫中調用“RESET-UUT”過程，刷新SMART?狀態窗口，若需要還能調用USR1庫中的‘EDIT_UUT_DOWN’過程。
‘ABORT’ 自動響應SMART?“ABORT_EVT”事件。該過程是個例外，它可由ATE集成者編輯。作為應急措施，如果ATE系統執行ABORT事件而軟件又在繼續運行，它可用于切斷UUT與測試設備的連接。這些是測試設備的特定動作，須將其插入‘ABORT’過程的起始部份。
‘INIT-PROG’ 該過程自動調用，響應SMART?‘RUN_EVT’。它在測試程序開始執行時，初始化相應的庫和系統功能。在其它事件中，它使用UUT庫中的‘ADAP_CONNECT’和‘IDENTX’過程檢查適配器與測試設備間的連接
‘END_SELECTION’ 在執行了一個或多個選定的測試入口點后被自動調用（SMART? ‘END_SELECT_EVT’事件）。從USR1中調用‘UUT_DOWN’和‘EDIT_END’。
‘TERMINATE’ 響應SMART?‘TERM_EVT’事件時自動調用。調用‘UUT_DOWN’并結束測試程序。調用UUT庫中‘UUT_TEST_RESET’，完成所有UUT規定的動作，并從USR1中調用‘EDIT_TERMINATE’結束測試結果文件
‘OUT_FAIL_CHECK’ 響應SMART?‘VERIF_COMP_EVT’事件時被自動調用，當執行ATLAS COMPARE或VERIFY語句時，該事件自動產生。它將檢查結果，若需要時，執行‘UUT-DOWN’，它將從USR1調用‘OUT_RESULTS’，把記載的結果送入輸出文件。
‘COMMUNICATION’ 該過程在任何SMART?測試程序的起始階段是強制執行的，它將ATLAS事件指示器同SMART事件相關聯，并激活自動EVENT過程。

由于在ATE建模時，需要對除標準庫外其它庫中的有些過程進行編輯和修改，編寫測試程序時，也要編輯和修改UUT庫的過程，我們將各個庫文件中所有的過程列舉如下，它們的詳細說明，參見ARINC 627中的源程序文件。
標準庫
READ-DATE；CALC-TIME；ASCII-TIME；UUT-DOWN；ABORT；INIT-PROG；END-SELECTION；TERMINATE；OUT-FAIL-CHECK；COMMUNICATION 。
USR1庫
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庫
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庫
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庫和UUT庫中與標準庫過程無關的過程需要調用者編輯修改。具體說就是它們與測試程序和測試系統I/O有關，因此：①USR1和USR2庫中剩下的過程，必須由ATE集成者或安裝者修訂；②UUT庫中剩下的過程，在編寫具體的測試程序時也要編輯修改；③新的過程也可按需求加入到這些庫中。
3.2? 庫和測試引擎全局變量
庫使用全局變量進行測試引擎和TPS間的信息交換，并控制某些過程的功能。在SMART?中，規定了14個特殊全局變量，38個可由測試引擎初始化或調用其它庫功能時初始化的全局變量以及32個TPS使用的全局變量。
下面僅列舉SMART?規定的特殊全局變量，這些特殊變量在SMART?測試程序中無需聲明即可使用。
LL627??? ASCII下限字串
UL627??? ASCII上限字串
MEAS627??? ASCII測量值字串
UNIT??? 含有測量值的單位
LMTDIG??? ASCII常量字串
MEASDIG??? ASCII數字結果字串
TYP-EVAL??? 最后一次COMPARE評估結果
SMART??? 在測試執行中，當相關SMART事件發生時，SMART事件指示器置于“真”
RUN—EVT??? 表示選定了運行選擇，觸發執行INIT-PROG過程
VERIF-COMP-EVT??? 表明ATLAS“COMPARE”或“VERIFY”語句執行了，觸發執行OUT-FAIL-CHECK過程。
END-SELECT-EVT??? 表明選擇的測試程序進入點執行了，觸發執行END-SELECTION過程
TERM-EVE??? 指示‘結束’選擇被選中或TERMINATE ATLAS語句被執行，觸發執行TERMINATE過程
ABORT-EVT??? 指示測試臺退出鈕被按動，觸發執行ABORT過程
UUT-DOWN-EVT??? 指示UUT-DOWN選擇被選中，觸發執行UUT-DOWN過程
3.3 TUA和TUA指導文件
被測組件適配器TUA
SMART系統要求使用被測組件適配器（TUA）作為UUT和測試系統之間的物理接口。
組成TUA的元器件為：①信號的調理和負載器件；②擴充測試系統功能的驅動器件；③為ATLAS的DEFINE DRAWING語句建立能力的器件；④連接線--任何綜合性測試站的接口引腳都需要用接線連接TUA內部器件引腳和UUT引腳。
TUA指導文件（TUA DF）和資源定位（RA）指導文件融合特定配置的SMART測試站（ATE）與ATLAS測試程序之間的信息。SMART?軟件使用TUA DF數據確定資源是否夠用，選擇適當信息路徑滿足ATLAS測試程序要求。每個ATLAS測試程序都需要相應的一個TUA DF。
SMART?用TUA描述語言（TUAD）來說明TUA。對某種TUA，可能存在描述針對特定UUT測試路徑和元器件需求的多種TUAD；也可能某種TUAD支持不止一種TUA。但是，SMART?的 TUAD不能直接支持對TUA內部復雜器件的描述，只能對簡單的負載，信號調理器和規定圖形進行描述。TUA中的復雜器件應作為測試系統的組成部份，使用別的建模語言（DM，RD）描述。
隨ATE系統提供的SMART?語言文件，對如何定義這些器件有詳細介紹。
TUA指導文件介紹
TUAD的主要功能是規定所有TUA和測試系統的內部連接，一般采用SMART?語言文件中的TUAD語言語法來構建。UUT的引腳在TUAD中被明確引用，UUT引腳名稱與ATLAS程序中的連接直接對應；TUA中的負載可在TUAD中說明，信號調理器可直接用于定義各種信號通路；DEFINE DRAWING語句要求建立的儀器能力也用TUAD建立文檔。
按規定，用DEFINE DRAWING結構描述的能力不能在ATLAS中定義，因而，只能用TUAD定義DRAWING相關端點和從該點到其它點的路徑。組合器件可用TUA中幾個單器件互聯組成，組合器件能力在儀器模型中規定，建立組合資源的互聯定義也用TUAD明確說明。
TUAD還可定義假儀器。假儀器指的是UUT引腳間的通路。ATE系統的EARTH（接地點）和COMMON（公共點）也是假儀器。它也支持獨立的多個EARTH和COMMON。
綜上所述，可用TUAD明確描述的互聯有：①DRAWING端點或傳感器選定的儀表和UUT引腳間的連接；②開關和UUT引腳或DRAWING端點間的連接；③假儀器和UUT引腳或DRAWING端點間的連接；④DRAWING端點和UUT引腳間的連接；⑤由幾個單獨器件組成組合器件時的連接。

4? SMARTTM軟件建模
SMART有三種模型需要在ATE系統集成時建模：①配置模型（CM）；②儀表模型（DM）；③資源描述模型（RD）。配置模型（CM）用內部設備型號（DMs）方式描述特定測試站的配置；儀表模型（DM）的主要功能是將ATLAS語法翻譯成資源使用的語法，實際資源用資源描述（RD）來說明。對組合儀表，DM提供多RDs的鏈接；資源描述是特定資源的一種模型 ，它描述資源能力和怎樣控制資源。
參見SMART?建模語言文檔，它為每種模型提供了語法定義和例子。

5? 結束語
SMART?軟件是SMART ATE里的標準化軟件，對其軟件體系結構和特殊要求進行深入細致的分析，無論對TPS開發、ATE集成，還是通用測試軟件平臺研發，都有重要的指導作用。