测控软件的集成技术

图1　COTS通用测试系统结构图

　　COTS系统集成技术的基础是市场上可供利用的商业产品，并且已经标准化、系列化。当前市场上的硬件设备已基本具备这些条件，诸如ISA总线、PCI总线、VXI总线的各类模板；符合现场总线规范的各种智能模块和仪表；各类PLC系列产品等。而对于系统前端各类传感器和末端的执行器，其接口信号也都是标准系列的。因此对于测控系统的硬件设备，利用COTS组件的集成技术已是普遍采用的方法。
　　然而测控软件相对于硬件而言，其标准化、系列化、通用化比较困难。因此，国内很多的测控软件至今还都是各自独立开发的专用软件，这对于小型测控系统来说，在一定时期内可能还会如此，但对于大中型系统来说就显得过于费时费力了。所以对于一些大型系统来说，特别是引进成套设备，往往是配套引进相应的软件。这些软件专用性强、价格也十分昂贵，并且随着设备的改造升级，软件的升级改造很困难。正是由于这些原因，采用COTS软件来组装测控系统软件近年来越来越受到重视。所谓COTS软件就是可以用做软件系统一部分的商业软件，诸如测试语言和环境等，它包括有完整的应用及服务程序、子系统、子程序库以及抽象数据类型和函数类。COTS软件是一个相对独立的成品，它不单单为某一系统而设计，而是为一类系统而设计的。所以在较宽的一定范围内具有通用性。通常COTS软件都是完成某一类功能的，而构成一套完整的测控软件则需把这些软件组合在一起，完成各COTS软件间的数据交换和信息流的控制。例如把数据采集、数字信号处理、数据库甚至网络等软件组合一起，构成一试验测试软件。而完成这一组合往往要借助各种编程语言，如VB、C+　+、Java等，以及一些通用开发环境。
　　在COTS软件集成技术中，重点应放在COTS软件的选择和评估上。事实上这种集成概念和过去传统的概念有所不同。传统的方法一般都是先建立具有明确定义的需求规范和系统描述，随后的开发过程则是沿着自上而下的方式分析描述这些需求，即所谓“需求工程”。最终用户决定一切，而承制商在开发过程中要依赖用户的支持，而且构造的系统也往往是专用的。利用传统方法的最大缺点就是系统的通用性和可移植性差。而使用COTS软件的系统集成方法则是把最初的需求规范建立在一个较高的抽象层上，定性去描述系统。它不像传统方法那样对各子系统、子模块都去提出详细的需求规范，而是通过对COTS软件的评估和选择，最终得到软件系统中各子系统的功能描述。开发者已不再关注COTS软件内部的技术性能，而是关注组合后是否符合期望的模型、功能和可靠性。
　　由于COTS软件集成技术在价格和开发周期上具有独特的优越性，近年来发展十分迅速，市场上用于测控系统方面的COTS软件产品也日益增多，其中极具代表性的是测控组态软件。

2　测控组态软件
　　一般讲，测控组态软件应包括以下3个主要功能：数据的采集和测量；测控过程中的控制决策和控制输出；数据的处理、分析和管理。因此测控组态软件应是一个通用的测控软件平台，它能根据不同的应用目的和环境，方便地构造出各自不同的测控软件。
　　初期的测控组态软件主要是针对数据采集与控制的，是面向任务实现的，主要是给用户提供了一个友好的人机界面。其功能十分有限，没有对实时数据和历史数据进行有效处理和分析的手段，系统的二次开发能力也较差。
　　如今的组态软件在面向数据采集与控制的功能方面有了很大的提高，例如在数据采集方面，它不仅支持各种传统模拟量、数字量的输入输出，而且支持符合现场总线规约的各种智能传感器和仪表的输入输出，有的还支持各种虚拟仪器。另外，在数据处理方面增加了许多功能，例如对过程数据的统计分析，对测试数据进行各种谱分析、相关分析等等。如今的组态软件已由过去的以应用为中心，转为以数据为中心。组态软件可以提供各种数据接口，可以借助其他软件工具更为灵活地存储、分析和处理测控过程的数据。
　　随着信息技术的迅猛发展，很多新技术也被引入到测控系统中，如网络技术、多媒体技术等，与之相应的各种组态软件也都增加了这类功能。如大多数测控组态软件都支持多种网络协议，如TCP/IP、IPX/SPX等，支持分布式的信息处理，有的组态软件还以Client/Server结构形式出现。网络技术的引入也使得系统可靠性得以增强，双机备份冗余已成为许多组态软件的内置功能。包括语音和图像等多媒体技术也被引入到测控组态软件中来，利用多媒体技术可以虚拟现实环境，精确表示测控对象的状态模型，并对测控环境进行可视化渲染，从而使用户界面更加丰富和真实。这在模拟仿真应用中具有很大的价值。
　　为了照顾各类用户的需求，很多组态软件还提供了脚本(script)工具，便于用户组态。但仍不能完全取代一些需要用户自己开发的模块，为此组态软件都提供有用户开发模块的接口。
　　尽管目前市场上的各种组态软件的功能已比较全面，使用也比较方便，但作为新事物仍有不少缺陷。其主要的一个问题就是各组态软件自成体系，缺乏一个统一的规范标准。这使得各组态软件之间很难组合应用，无论是组态开发还是操作使用都互不兼容。用户从一种组态软件转入另一组态软件，往往是非常痛苦的事。产生这种情况的原因也许是各制造商由于商业上的原因很难坐下来制订一个统一的标准。但分久必合、合久必分，当前测控界都已感到制定一套测控软件的标准，实现测控软件的标准化、系列化已是迫在眉睫的事了。

3　关于测控软件的标准化
　　标准化可以说是集成化的基础，软件、硬件都是如此。因此，制订一个符合技术市场情况的、开放的、并为大家所认同的标准是至关重要的。
　　关于测控软件的技术标准是由美国军方开始提出的。为了在自动测试(ATE)领域里形成一套完整的系统集成体系，美军制订并贯彻了一系列的有关技术标准。而ABBET(a broad based environment for test)则是一个重要标准规范。
　　ABBET是一套适用于从产品设计测试、生产过程测试到使用维护测试的测试环境标准。它是由ABET(Ada based environment for test)发展而来的，并于1992年11月更名为ABBET。该标准包括了IEEE 1226.0～IEEE 1226.6一系列标准，其中：
IEEE 1226为标题-概述及结构IEEE 1226.1为公共Ada程序包IEEE 1226.2为ATLAS-Level测试产品接口IEEE 1226.3为测试设备组态接口IEEE 1226.4为测试结果接口IEEE 1226.5为总线接口IEEE 1226.6为引导指南　　ABBET标准被划分成5个概念层，它们是：
　　第1层为产品描述层。该层主要对被测产品进行描述，以取得产品设计和维护试验的有关信息，以及其测试的特殊需求。
　　第2层为测试策划/需求层。该层以测试独立的方式提供UUT(unite-under-test)的测试需求，其目的是开发自动测试程序产生器ATPG(automatic test program generation)和信息库系统，由第一层的产品描述出发，优化测试策略，产生高效的测试程序和可靠的数据。
　　第3层为测试程序层。该层标准主要用于帮助开发ATE程序，其中包括Ada和ATLAS语言标准，Ada是美军通用的计算机语言，而ATLAS则是一种测试语言。本层标准使二者能很方便地综合在一起，使得当ATE设备改变或硬件升级时其软件改变最小，支持可重复使用程序模块的开发，促进产生自动测试环境工具的发展。
　　第4层为测试资源管理层。该层标准支持在某一特定ATE组态条件下执行独立的ATE测试，其目的是允许不同厂商制造的仪器和不同种类的仪器可用于同一测试程序以完成各自的功能。
　　第5层为仪器控制层。该层主要提供了ATE可利用的各类总线标准和仪器接口，如VXI、IEEE488、SCPI等等。
　　ABBET各层结构和相应的标准如图2所示。

图2　ABBET各层结构图

　　由于ABBET标准的制订和贯彻，美军在从设计、生产到维护使用的整个产品全寿命过程中，所使用的自动测试环境，包括硬件和软件都采用了统一标准。使得一套标准的测试系统既可用在工程设计阶段的验证设计测试中，又可用在生产制造阶段的鉴定测试中，还可用于使用过程中的维护测试中。ABBET带来了测试系统的标准化，使得COTS集成技术更便于应用。它不但降低了包括采购、维修和用户培训在内的各种费用，而且还使测试取得的信息更易于传递，便于把设计、生产和试验数据结合起来，使CAD、CAM、CAT联为一体。

4　结束语
　　综上所述，COTS软件集成技术以其特有的高效率和低成本的优势，将在今后一段时期内成为测控软件技术的主导方向。作为此类COTS软件典型之一的测控组态软件，也已发展到了一个较高的水平，并在工程中广为应用。而完成测控软件环境的标准化，则会对测控软件的集成产生巨大的推动作用，使测控软件技术发展到一个新水平。

作者单位；北京长城航空测控技术研究所(100022)

参考文献

　1　Rolfe RM.A Broad View of Off-Equipment Integrated Diagnostics.AUTOTESTCON’93
　2　Heiser JE.ATAG:A TRI-SERVICE INITIATIVE.AUTOTESTCON’93
　3　闫基桥.在系统集成中应用COTS软件.计算机世界,1998.5.18