GPTS3.0在綜合測(cè)試診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：針對(duì)綜合測(cè)試診斷系統(tǒng)(CTDS)測(cè)試軟件平臺(tái)發(fā)展的新要求,提出了采用GPTS3.0 測(cè)
試軟件平臺(tái)。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(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的方法，給出了利用GPTS3.0 在CTDS 中開發(fā)UUT 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的流程。實(shí)際
應(yīng)用表明，GPTS3.0 能夠達(dá)到CTDS 測(cè)試軟件平臺(tái)的新要求。
關(guān)鍵字：GPTS3.0；測(cè)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(jì)算機(jī)為核心，在程序控制下，自動(dòng)完成特定測(cè)試任務(wù)的儀器系統(tǒng)稱為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)
（Automatic Test System，ATS）。ATS 由20 世紀(jì)50 年代美國(guó)開展SETE（Special Electronic Test
Equipment）計(jì)劃產(chǎn)生，它是一種最初用于解決麻煩的重復(fù)測(cè)試、相對(duì)簡(jiǎn)單且用途專一的電
子測(cè)試系統(tǒng)。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)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(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件、測(cè)試儀器、模擬器等資源，融合了智能模塊，對(duì)被測(cè)單元（Unit
Under Test，UUT）進(jìn)行測(cè)試、監(jiān)控和故障診斷的通用化、開放性的綜合測(cè)試診斷系統(tǒng)
（Comprehensive Test and Diagnosis System，CTDS）。
面對(duì) CTDS 測(cè)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(jìn)的測(cè)試程序開發(fā)平臺(tái)一般采用全系統(tǒng)簡(jiǎn)明測(cè)試語言（Abbreviated Test Language
for All Systems，ATLAS）開發(fā)測(cè)試程序，并且利用專門平臺(tái)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(gè)CTDS 的全壽命維護(hù)。目前國(guó)內(nèi)所使用的美國(guó)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(jià)格昂貴，很不適合我國(guó)國(guó)情。GPTS 軟件平臺(tái)可以較好地解決以上問題，該平臺(tái)3.0 版已
在某型飛機(jī)ATE 中得到應(yīng)用，取得了不錯(cuò)的效果[1]。
2 綜合測(cè)試診斷系統(tǒng)概述
2.1 CTDS 的功能與結(jié)構(gòu)
綜合測(cè)試診斷系統(tǒng)是二級(jí)維護(hù)工具。以飛機(jī)維護(hù)為例，就是飛機(jī)修理廠使用的維護(hù)工具。

飛機(jī)外場(chǎng)拆卸下來的設(shè)備稱為外場(chǎng)可更換單元（Line Replace Unit，LRU）。CTDS 的作用就
是對(duì)LRU 進(jìn)行性能檢測(cè)和故障診斷，并把故障定位到修理廠可以更換的內(nèi)場(chǎng)可更換單元
（Shop Replace Line，SRU）以及電路板級(jí)。系統(tǒng)通常分為兩部分：通用系統(tǒng)平臺(tái)——綜合
測(cè)試診斷設(shè)備（Comprehensive Test and Diagnosis Equipment，CTDE）和針對(duì)特定UUT 的
TPS。本文為更好說明GPTS 的應(yīng)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(duì)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(tái)要求
1.開放性。采用面向信號(hào)的測(cè)試程序語言編寫測(cè)試程序，使測(cè)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(duì)于系統(tǒng)功能、儀器驅(qū)動(dòng)、信號(hào)類型等的開發(fā)和規(guī)劃，在滿足測(cè)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(cè)試程序開發(fā)、故障診斷、數(shù)據(jù)庫(kù)、聯(lián)機(jī)幫助層次鮮明，既便于
使用，又利于測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)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(dòng)必須符合某一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以保證CTDS 更換硬件，而
不必重新開發(fā)軟件，只須進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置即可。
5.多功能。檢測(cè)結(jié)果有多種輸出方式；在性能檢測(cè)的基礎(chǔ)上，能夠快速準(zhǔn)確地進(jìn)行故障
診斷，并進(jìn)行有效地故障定位，還可更新診斷知識(shí)。文獻(xiàn)[2]介紹了幾種故障診斷技術(shù)，取
得不錯(cuò)效果。
3 開放、通用、簡(jiǎn)便的GPTS3.0
3.1 簡(jiǎn)介

GPTS（General Purpose Test System）即通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)軟件，其基本目的是構(gòu)造一
個(gè)軟件系統(tǒng)，完成測(cè)試儀器的管理，信號(hào)的產(chǎn)生、測(cè)試，測(cè)試程序運(yùn)行控制，測(cè)試結(jié)果的處
理、保存等所有測(cè)試系統(tǒng)都必須完成的基本工作。
GPTS 軟件平臺(tái)是國(guó)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(tái)，具有國(guó)際先進(jìn)水平[1]。它由測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及測(cè)試程序運(yùn)行環(huán)境
組成。GPTS 開發(fā)環(huán)境的主要功能是在一個(gè)統(tǒng)一的軟件環(huán)境下集成、維護(hù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，開
發(fā)、調(diào)試測(cè)試程序，建立故障診斷知識(shí)庫(kù)。測(cè)試程序運(yùn)行環(huán)境的功能是提供最終用戶一個(gè)統(tǒng)
一的用戶界面，控制測(cè)試程序運(yùn)行、顯示，打印測(cè)試結(jié)果，使用軟面板控制測(cè)試儀器。
3.2 GPTS3.0 技術(shù)特點(diǎn)
3.2.1 通用性
GPTS3.0 采用面向信號(hào)的ATLAS 語言描述測(cè)試需求，它既不針對(duì)任何特定的應(yīng)用領(lǐng)域，
也不針對(duì)特定的設(shè)備類型。
3.2.2 開放性
GPTS3.0 在應(yīng)用程序?qū)硬捎脴?biāo)準(zhǔn)ATLAS716，任何滿足標(biāo)準(zhǔn)ATLAS716－1995 語法的測(cè)
試程序都能在GPTS3.0 上正常編譯。開放的信號(hào)庫(kù)可由用戶任意擴(kuò)充。底層驅(qū)動(dòng)則同時(shí)支
持IVI-COM 和IVI-C，完全開放的底層驅(qū)動(dòng)程序接口及系統(tǒng)連線表使用戶可以完全自主地
集成測(cè)試系統(tǒng)。另外GPTS3.0 的動(dòng)態(tài)菜單使用戶可以根據(jù)實(shí)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(dòng)態(tài)儀器綁定技術(shù)，使測(cè)試程序與系統(tǒng)所使用的總線及儀器無關(guān)，從而實(shí)
現(xiàn)了儀器的互換。
3.2.4 可維護(hù)性
GPTS3.0 本身是商品化軟件，其功能升級(jí)和缺陷修復(fù)都按照商品化軟件流行的方式進(jìn)
行。GPTS3.0 的所有軟件模塊都采用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)，它既可以根據(jù)用戶需求對(duì)軟件進(jìn)行靈活
組態(tài)，也大大提高了軟件的可維護(hù)性。在GPTS3.0 上開發(fā)的測(cè)試程序是標(biāo)準(zhǔn)的ATLAS，其
良好的可讀性確保了TPS 的可維護(hù)性。
4 GPTS3.0 在CTDS 中的具體應(yīng)用示例
4.1 UUT 簡(jiǎn)介
限于篇幅，本文取一簡(jiǎn)單儀器為UUT 為例詳細(xì)介紹GPTS3.0 的應(yīng)用方法。該UUT 為
某角位移傳感器，用來測(cè)量偏角，其輸出為0～5V 直流模擬量信號(hào)，其電源為5VDC。工
作原理為將機(jī)械角位移轉(zhuǎn)換成傳感器的滑臂（電刷）在電位計(jì)上的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而輸出一個(gè)與偏
角成比例的電壓信號(hào)。簡(jiǎn)化的原理圖如圖2 所示。

圖2 角位移傳感器簡(jiǎn)化原理圖
4.2 具體應(yīng)用
第一步，測(cè)試需求分析。畫出測(cè)試原理圖,寫出測(cè)試需求說明書，交由專家組審核批準(zhǔn)
方可生效。

第二步，測(cè)試方案設(shè)計(jì)。根據(jù)測(cè)試需求，確定測(cè)試方案。測(cè)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(dòng)。對(duì)于復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)，可能需要專用的測(cè)試儀
器和模擬器，這時(shí)可能就沒有現(xiàn)成的類驅(qū)動(dòng)和儀器驅(qū)動(dòng)，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(dòng)，另一種方法就是系統(tǒng)集成人員自己動(dòng)手編寫符合
IVI 規(guī)范的儀器驅(qū)動(dòng)程序。本例只需萬用表，有現(xiàn)成的儀器驅(qū)動(dòng)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(dòng)、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(shè)置系統(tǒng)的
運(yùn)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(jī)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(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部?jī)x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(gè)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(dòng)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(duì)每個(gè)物理資源的插釘選擇一個(gè)實(shí)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(jì)算機(jī)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(cè)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(duì)應(yīng)不同UUT
測(cè)試。完成后分別生成gpj 和gpw 文件。
第七步，設(shè)計(jì)和制造適配器，定義適配器連線表。根據(jù)測(cè)試需求，使用已有適配器或者
針對(duì)UUT 設(shè)計(jì)相應(yīng)的適配器。本測(cè)試并不復(fù)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(cè)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(cè)試資源及其輸入、
輸出端口，最后采用拖動(dòng)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(cè)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(cè)試過程更貼近于自然，不過開發(fā)人員最好先設(shè)計(jì)好流程圖（很多測(cè)試非常
復(fù)雜）。XX 角位移傳感器的TP 流程是這樣的：對(duì)于第1 章，用萬用表測(cè)三遍電阻值取平均；
對(duì)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(duì)于每種情形，分三種儀器測(cè)三組。每組測(cè)量五次，取平均值為該組的組值。三個(gè)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(shè)置資源通道，對(duì)應(yīng)儀器插釘?shù)挠?br>射，從而實(shí)現(xiàn)將虛擬資源與實(shí)際儀器的對(duì)應(yīng)。
第十步，測(cè)試程序脫機(jī)調(diào)試。編譯、調(diào)試程序，確保無語法錯(cuò)誤。這時(shí)測(cè)試儀器實(shí)際上
是一些聯(lián)接的COM 組件，GPTS 允許任意設(shè)置測(cè)試結(jié)果，通過脫機(jī)調(diào)試可以初步判斷測(cè)試
方法的正確性。
第十一步，測(cè)試程序聯(lián)機(jī)調(diào)試。即與系統(tǒng)控制器連接調(diào)試，通過聯(lián)機(jī)調(diào)試確保與上位機(jī)
通信的可靠性。
第十二步，測(cè)試程序連 UUT 調(diào)試。全面調(diào)試，完成測(cè)試。
第十三步，故障診斷附加測(cè)試。根據(jù)智能診斷系統(tǒng)的指令，追加一些數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行測(cè)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(cè)試如下：
在未加載電源的前提下，測(cè)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(cè)試與故障診斷是維護(hù)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(tái)。它是國(guó)內(nèi)唯一采用IVI COM 技術(shù)的軟件平臺(tái)，保證了CTDS 的通用性和開放性；它具
有人性化的界面設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)置和TPS 開發(fā)都非常方便。目前,它已經(jīng)應(yīng)用到多個(gè)國(guó)防大型
項(xiàng)目的檢測(cè)中，在筆者參入研制的某型飛機(jī)CTDS 中也取得了不錯(cuò)的效果。隨著維護(hù)技術(shù)的
發(fā)展它也必將擁有更加廣闊的應(yīng)用前景。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：針對(duì)綜合測(cè)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(tái)，
并全面地介紹了該平臺(tái)。尤其以具體UUT 為例，根據(jù)個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了該平臺(tái)開發(fā)UUT
自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的流程和方法，并對(duì)之進(jìn)行了詳盡描述。