GPTS3.0在綜合測試診斷系統(tǒng)中的應用

摘 要：針對綜合測試診斷系統(tǒng)(CTDS)測試軟件平臺發(fā)展的新要求,提出了采用GPTS3.0 測
試軟件平臺。并以某型角位移傳感器為例，具體地描述了GPTS3.0 在CTDS 中開發(fā)UUT 自
動測試系統(tǒng)的方法，給出了利用GPTS3.0 在CTDS 中開發(fā)UUT 自動測試系統(tǒng)的流程。實際
應用表明，GPTS3.0 能夠達到CTDS 測試軟件平臺的新要求。
關(guān)鍵字：GPTS3.0；測試系統(tǒng)；軟件結(jié)構(gòu)；ATLAS；可交換虛擬儀器

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
以計算機為核心，在程序控制下，自動完成特定測試任務的儀器系統(tǒng)稱為自動測試系統(tǒng)
（Automatic Test System，ATS）。ATS 由20 世紀50 年代美國開展SETE（Special Electronic Test
Equipment）計劃產(chǎn)生，它是一種最初用于解決麻煩的重復測試、相對簡單且用途專一的電
子測試系統(tǒng)。伴隨著計算機技術(shù)的突飛猛進和虛擬儀器技術(shù)理念的提出，它已發(fā)展成為綜合
利用各種先進的計算機硬件、測試儀器、模擬器等資源，融合了智能模塊，對被測單元（Unit
Under Test，UUT）進行測試、監(jiān)控和故障診斷的通用化、開放性的綜合測試診斷系統(tǒng)
（Comprehensive Test and Diagnosis System，CTDS）。
面對 CTDS 測試程序集（Test Program Set，TPS）的通用化、開放性、更高的診斷能力
的要求，先進的測試程序開發(fā)平臺一般采用全系統(tǒng)簡明測試語言（Abbreviated Test Language
for All Systems，ATLAS）開發(fā)測試程序，并且利用專門平臺方便地描述系統(tǒng)配置、適配器
連線表、虛擬資源等，甚至考慮整個CTDS 的全壽命維護。目前國內(nèi)所使用的美國TYX 公
司開發(fā)的PAWS 系統(tǒng)雖然具備以上功能，但它的易用性和靈活性比較差，而且PAWS 軟件
價格昂貴，很不適合我國國情。GPTS 軟件平臺可以較好地解決以上問題，該平臺3.0 版已
在某型飛機ATE 中得到應用，取得了不錯的效果[1]。
2 綜合測試診斷系統(tǒng)概述
2.1 CTDS 的功能與結(jié)構(gòu)
綜合測試診斷系統(tǒng)是二級維護工具。以飛機維護為例，就是飛機修理廠使用的維護工具。

飛機外場拆卸下來的設備稱為外場可更換單元（Line Replace Unit，LRU）。CTDS 的作用就
是對LRU 進行性能檢測和故障診斷，并把故障定位到修理廠可以更換的內(nèi)場可更換單元
（Shop Replace Line，SRU）以及電路板級。系統(tǒng)通常分為兩部分：通用系統(tǒng)平臺——綜合
測試診斷設備（Comprehensive Test and Diagnosis Equipment，CTDE）和針對特定UUT 的
TPS。本文為更好說明GPTS 的應用，在邏輯上將CTDS 分為硬件部分和軟件部分。具體邏
輯結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 功能結(jié)構(gòu)圖

圖1 虛線框內(nèi)是CTDS 的硬件部分，系統(tǒng)總線采用VXI 或GPIB 總線；虛線框外是CTDS
的軟件部分，箭頭所指為數(shù)據(jù)流向。在CTDS 中，對于硬件部分的系統(tǒng)描述都由GPTS 來完
成。
2.2 CTDS 的軟件平臺要求
1.開放性。采用面向信號的測試程序語言編寫測試程序，使測試與具體硬件完全剝離，
并且具有較好的可讀性。
2.通用性。對于系統(tǒng)功能、儀器驅(qū)動、信號類型等的開發(fā)和規(guī)劃，在滿足測試需求的前
提下，盡量保證系統(tǒng)整體上的通用性。如果有現(xiàn)成的貨架產(chǎn)品（Commercials Off the Shelf，
COTS），則優(yōu)先采用COTS。
3.模塊化。系統(tǒng)管理、測試程序開發(fā)、故障診斷、數(shù)據(jù)庫、聯(lián)機幫助層次鮮明，既便于
使用，又利于測試數(shù)據(jù)、測試信息、診斷信息的共享。
4.可移植性。系統(tǒng)配置和儀器驅(qū)動必須符合某一標準規(guī)范，以保證CTDS 更換硬件，而
不必重新開發(fā)軟件，只須進行相應設置即可。
5.多功能。檢測結(jié)果有多種輸出方式；在性能檢測的基礎上，能夠快速準確地進行故障
診斷，并進行有效地故障定位，還可更新診斷知識。文獻[2]介紹了幾種故障診斷技術(shù)，取
得不錯效果。
3 開放、通用、簡便的GPTS3.0
3.1 簡介

GPTS（General Purpose Test System）即通用自動測試平臺軟件，其基本目的是構(gòu)造一
個軟件系統(tǒng)，完成測試儀器的管理，信號的產(chǎn)生、測試，測試程序運行控制，測試結(jié)果的處
理、保存等所有測試系統(tǒng)都必須完成的基本工作。
GPTS 軟件平臺是國內(nèi)唯一使用的可互換虛擬儀器（Interchangeable Virtual Instruments，
IVI）技術(shù)的軟件平臺，具有國際先進水平[1]。它由測試系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及測試程序運行環(huán)境
組成。GPTS 開發(fā)環(huán)境的主要功能是在一個統(tǒng)一的軟件環(huán)境下集成、維護自動測試系統(tǒng)，開
發(fā)、調(diào)試測試程序，建立故障診斷知識庫。測試程序運行環(huán)境的功能是提供最終用戶一個統(tǒng)
一的用戶界面，控制測試程序運行、顯示，打印測試結(jié)果，使用軟面板控制測試儀器。
3.2 GPTS3.0 技術(shù)特點
3.2.1 通用性
GPTS3.0 采用面向信號的ATLAS 語言描述測試需求，它既不針對任何特定的應用領域，
也不針對特定的設備類型。
3.2.2 開放性
GPTS3.0 在應用程序?qū)硬捎脴藴蔄TLAS716，任何滿足標準ATLAS716－1995 語法的測
試程序都能在GPTS3.0 上正常編譯。開放的信號庫可由用戶任意擴充。底層驅(qū)動則同時支
持IVI-COM 和IVI-C，完全開放的底層驅(qū)動程序接口及系統(tǒng)連線表使用戶可以完全自主地
集成測試系統(tǒng)。另外GPTS3.0 的動態(tài)菜單使用戶可以根據(jù)實際需求增加或替換界面功能。
3.2.3 TPS 的系統(tǒng)無關(guān)性
GPTS3.0 采用動態(tài)儀器綁定技術(shù)，使測試程序與系統(tǒng)所使用的總線及儀器無關(guān)，從而實
現(xiàn)了儀器的互換。
3.2.4 可維護性
GPTS3.0 本身是商品化軟件，其功能升級和缺陷修復都按照商品化軟件流行的方式進
行。GPTS3.0 的所有軟件模塊都采用組件技術(shù)實現(xiàn)，它既可以根據(jù)用戶需求對軟件進行靈活
組態(tài)，也大大提高了軟件的可維護性。在GPTS3.0 上開發(fā)的測試程序是標準的ATLAS，其
良好的可讀性確保了TPS 的可維護性。
4 GPTS3.0 在CTDS 中的具體應用示例
4.1 UUT 簡介
限于篇幅，本文取一簡單儀器為UUT 為例詳細介紹GPTS3.0 的應用方法。該UUT 為
某角位移傳感器，用來測量偏角，其輸出為0～5V 直流模擬量信號，其電源為5VDC。工
作原理為將機械角位移轉(zhuǎn)換成傳感器的滑臂（電刷）在電位計上的轉(zhuǎn)動，從而輸出一個與偏
角成比例的電壓信號。簡化的原理圖如圖2 所示。

圖2 角位移傳感器簡化原理圖
4.2 具體應用
第一步，測試需求分析。畫出測試原理圖,寫出測試需求說明書，交由專家組審核批準
方可生效。

第二步，測試方案設計。根據(jù)測試需求，確定測試方案。測試方案按章節(jié)編寫。
第三步，開發(fā)符合IVI 規(guī)范的儀器驅(qū)動。對于復雜的測試任務，可能需要專用的測試儀
器和模擬器，這時可能就沒有現(xiàn)成的類驅(qū)動和儀器驅(qū)動，解決問題的一種方法是可以到網(wǎng)上
下載別人編寫的符合IVI 規(guī)范的儀器驅(qū)動，另一種方法就是系統(tǒng)集成人員自己動手編寫符合
IVI 規(guī)范的儀器驅(qū)動程序。本例只需萬用表，有現(xiàn)成的儀器驅(qū)動程序，不需自己編寫。
第四步，系統(tǒng)資源配置。GPTS 中由用戶開發(fā)的軟件模塊稱為可配置模塊，主要包括儀
器驅(qū)動、軟面板、自定義菜單等。系統(tǒng)配置的主要功能是安裝所有可配置模塊，設置系統(tǒng)的
運行方式。系統(tǒng)管理員按照提示信息，使用安裝向?qū)О惭b可配置模塊非常方便，其過程與在
WINDOWS 上安裝打印機非常相似。系統(tǒng)配置完成后用戶可將其保存為后綴為swb 的系統(tǒng)
配置文件。
第五步，定義系統(tǒng)連線表。系統(tǒng)連線表描述測試系統(tǒng)內(nèi)部儀器之間以及儀器與ICA 之
間的連接關(guān)系。GPTS 系統(tǒng)連線表的定義包含三個步驟：（1）定義ICA 連接端子。（2）將ICA
定義的插釘添加到系統(tǒng)連線表中。（3）定義ICA 與物理儀器插釘，端到端的連接關(guān)系。
GPTS 系統(tǒng)集成環(huán)境可自動列出所有已安裝的物理開關(guān)資源及其所有插釘?shù)拿Q，系統(tǒng)
集成人員只需依此對每個物理資源的插釘選擇一個實際與其相連接的ICA 插釘即可。系統(tǒng)
連線表完成后用戶可將其保存為系統(tǒng)連線表文件。在任何已安裝GPTS 軟件的計算機上安裝
系統(tǒng)配置文件和系統(tǒng)連線表文件都能使該系統(tǒng)完全仿真原測試系統(tǒng)。
第六步，建立工程和工程環(huán)境。在同一工程環(huán)境下可以有不同工程，分別對應不同UUT
測試。完成后分別生成gpj 和gpw 文件。
第七步，設計和制造適配器，定義適配器連線表。根據(jù)測試需求，使用已有適配器或者
針對UUT 設計相應的適配器。本測試并不復雜，可以與其它UUT 適配器集成到一起以節(jié)
省資源。適配器連線表描述適配器內(nèi)部的測試資源及相互之間的連接關(guān)系。與系統(tǒng)連線表相
似，使用適配器連線表編輯器可以定義UUT 的插頭及插針，適配器內(nèi)部測試資源及其輸入、
輸出端口，最后采用拖動的方法定義ITA 插釘、UUT 插釘及適配器內(nèi)部資源端口之間的連
接關(guān)系。適配器連線表完成后用戶可將其保存為后綴為twb 的適配器連線表文件。
第八步，編寫 ATLAS 測試程序。ATLAS 程序的編寫類似于C，但ATLAS 有很多方便
的關(guān)鍵字，描述測試過程更貼近于自然，不過開發(fā)人員最好先設計好流程圖（很多測試非常
復雜）。XX 角位移傳感器的TP 流程是這樣的：對于第1 章，用萬用表測三遍電阻值取平均；
對于第2 章，將偏角分為-60o、-45o、-30o、-15o、0o、5o、15o、30o、45o、60o等十種情
形。對于每種情形，分三種儀器測三組。每組測量五次，取平均值為該組的組值。三個組值
取最大值為該情形的情形值，十種情形值取最大為XX 的精度值。
第 1 章程序主要代碼如下：
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，虛擬資源分配。利用GPTS 虛擬資源編輯器設置資源通道，對應儀器插釘?shù)挠?br>射，從而實現(xiàn)將虛擬資源與實際儀器的對應。
第十步，測試程序脫機調(diào)試。編譯、調(diào)試程序，確保無語法錯誤。這時測試儀器實際上
是一些聯(lián)接的COM 組件，GPTS 允許任意設置測試結(jié)果，通過脫機調(diào)試可以初步判斷測試
方法的正確性。
第十一步，測試程序聯(lián)機調(diào)試。即與系統(tǒng)控制器連接調(diào)試，通過聯(lián)機調(diào)試確保與上位機
通信的可靠性。
第十二步，測試程序連 UUT 調(diào)試。全面調(diào)試，完成測試。
第十三步，故障診斷附加測試。根據(jù)智能診斷系統(tǒng)的指令，追加一些數(shù)據(jù)對其進行測試，
以利于故障的診斷與定位。XX 角位移傳感器的故障診斷附加測試如下：
在未加載電源的前提下，測試 UUT 各插針（XX_1,XX_2,XX_3）之間的電阻值。
5 結(jié)束語
綜合測試與故障診斷是維護技術(shù)的發(fā)展方向之一，GPTS3.0 是搭建CTDS 優(yōu)秀的軟件平
臺。它是國內(nèi)唯一采用IVI COM 技術(shù)的軟件平臺，保證了CTDS 的通用性和開放性；它具
有人性化的界面設計，系統(tǒng)設置和TPS 開發(fā)都非常方便。目前,它已經(jīng)應用到多個國防大型
項目的檢測中，在筆者參入研制的某型飛機CTDS 中也取得了不錯的效果。隨著維護技術(shù)的
發(fā)展它也必將擁有更加廣闊的應用前景。
本文作者創(chuàng)新點：針對綜合測試診斷系統(tǒng)的發(fā)展要求，推薦了GPTS3.0 作為軟件開發(fā)平臺，
并全面地介紹了該平臺。尤其以具體UUT 為例，根據(jù)個人工作經(jīng)驗，總結(jié)了該平臺開發(fā)UUT
自動測試系統(tǒng)的流程和方法，并對之進行了詳盡描述。