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1、LM-STAR案例分析及下一代测试技术展望摘要：介绍了LMSTAR的发展历程以及软硬件特点。对其中应用的硬件方面，如高度模拟测试技术、合成仪器技术、公共测试接口技术和高速数据通信技术，软件方面诸如可互换虚拟仪器技术、自动化标志语言、TPS Winzard和Smart TPSs等下一代测试技术作了详细描述。LMSTAR的开发经验对指导国内军用ATS的开发具有重要的意义。 关键词：洛马之星；全寿命保障；下一代测试技术；自动测试系统 0引言 根据2003年美国总预算办公室（GAO）向国防部提交的DoD Needs to Better Manage Automatic Test Equipment M
2、odernization，保守的保障模式带来两个方面的巨大影响。 （1）老化设备的更新维修资金与日俱增。比如2004年空军F15某种测试设备的更新就花费了32.5亿美元，而且还打算花费4亿美元更新电子战测试仪。而2002年B52轰炸机的研究表明将来更新七大系统的六大系统的测试仪总共要花费14亿美元。同样，更新唯一的B1轰炸机的测试仪预算超过1.5亿美元。正在开发中的F/A22的测试仪早期预算中就超过了15亿美元。 （2）老化测试设备使得装备可用性降低。装备的老化促使必要的测试设备短缺，以至于无法完成必需的测试，使装备的可用性呈现大幅度滑坡。根据DoD可用性报告，在2000年只有28%的海军、空
3、军和陆战队的飞机可用；2001年8月，由于ATE的测试结果不准确，不完整的测试信息影响了F14的飞行任务。 测试系统在DoD的推动下不断扩散，但很少给政府和工业部门带来投资回报。在DoD的资金变得稀缺时，减少ATS采购费用和全寿命保障费用成为必须。而且由于不同的测试应用和相互关联的编程语言在军用系统的保障中大量采用，测试能力和测试资源在从一个维修级别转向另一个级别时根本就没有重用性。开放式的系统结构和标准化接口作为一种满足工业在测试设备上的投资手段开始成为必需。为此，DoD成立了一个集成产品组（Integrated Product Team，IPT）来定义下一代测试设备和代表未来方向的测试技术
4、。 20世纪90年代末期，正是为了适应DoD政策的这种变化，军用航空和地面维修保障模式从昂贵的多种级别的维修保障模式向纵向集成的全寿命周期保障模式转换，这时提出了LMSTAR的系统概念。现在来看，LMSTAR的开发结果是货架化的、低费用的、CASS（Consolidated Automated Support System）兼容的，可以针对工厂和内场测试重组的测试系统。LMSTAR的成功开发，使之成为美军内部的未来工厂、内场和中间级测试应用的现实标准。本文介绍了测试领域中这一成功案例的发展历程以及软硬件特点。 1 LMSTAR的发展历程 20世纪90年代末期，Lockheed开始搭建最初的LM
5、STAR，它借用的是海军的CASS（图1）和RTCASS（Reconfigurable Transportable CASS）框架，并强调LMSTAR与CASS必须兼容。同时Lockheed对LMSTAR提出了五个目标：空前的板载诊断和监控；高度自动化的后勤信息系统；消除众多中间级的测试保障设备；共享诊断数据；满足军方提出的快速、便宜和简洁的维护保障设备的要求。 LMSTAR产生了两种主要产品。第一种是2002年生产的用于下一代F16 B60飞机的保障测试系统。在2001年，Lockheed Martin获得历史上规模最大的飞机研制合同，这就是联合歼击机（Joint Strike Fighte
6、r，JSF）合同，也叫做F35合同，这个合同大约是2 000亿美元。而JSF合同中至关重要的一部分就是开发一个能够从生产到环境应力试验再到内场测试一直适合的测试设备，用于完成计划中的3 000架JSF的纵向集成全寿命保障。为了应对这个挑战，Lockheed Martin 的仿真训练保障部（LM STS ) 开发了适用于JSF项目的LMSTAR测试系统。还有一些LMSTAR产品进行了适当改变以支持CASS TPS的移植。大多数LMSTAR在2003年已经配发部队，在2005年为JSF设计LMSTAR也将配置完成。美国军方共花费了9.9亿美元购买了88套LMSTAR，用于JSF开发阶段的航电系统和
7、武器系统的测试。据估计，这种产品能够将内场级和工厂级的测试保障协调起来以减少全寿命保障的总成本。 2 LMSTAR软硬件特点 LMSTAR（图2）在系统结构上大部分沿袭了CASS的组装箱形式。CASS是五个组装立箱，而JSF项目的LMSTAR将其中一个立箱改成卧箱，机箱的颜色从灰白色改成黑黄相间。但是由于该系统与CASS的兼容性，它们的内部结构组成没有太多的更改，这也是由于这种内部结构形式是美国军方所推荐的。LMSTAR全部采用商业现货，这样减少了升级改造的难度和组件采购费用。 21基础构件的协调 JSF项目的核心就是LMSTAR与其他保障系统的协调。这种协调是指同一个测试设备既可以用于工厂级
8、的测试，又可以用于内场测试。为了获得这种协调，JSF项目在系统的设计开发（System Design and Development，SDD）和小批量样机(Low Rate Initial Production，LRIP)阶段就将LMSTAR作为一种工厂可以接受的测试设备。2004年6月，全球建立了31个LMSTAR测试站，这占总的SDD阶段测试网点的一半。这些测试站主要用于TPS的开发，以及电源、中央处理器、分布式传感器、雷达、通信、导航、识别系统（CNI）和电子战系统的集成。为了获得这种协调一致性，必须保证测试设备面向UUT的软件接口和硬件接口是固定的。硬件接口标准采用CASS的通用接口。
9、这种选择是由于全球存在613个CASS测试站。选择这种通用接口也是由于LMSTAR在开发之初就承诺了减小对CASS样式的冲击。 同样，软件接口定义成API。在API的底层，LMSTAR通过支持句柄、封装和IVI（Interchangeble Virtual Instruments,可互换虚拟仪器）接口来调用仪器驱动。当仪器改变时，封装、句柄和IVI接口相应进行改变以保持API的固定，不对TPS进行冲击。 在通用接口以外，LMSTAR采用了现今商用正在发展的技术，如光纤开关、1394B、边界扫描，和低电压微分信号（Low Voltage Differential Signaling，LVDS）等
10、测试技术。这些技术通过公共测试接口在系统中进行集成，公共测试接口技术在一定程度上保证了测试程序的投资。 22软件开发特点 由于需要快速开发测试方案以及经济、高效和及时地支持用户的准确需求，LMSTAR应用TestStand和LabWindows/CVI作为测试管理的核心，应用ANSIC作为测试开发的环境。 221开放的软件构架保证快速开发 本文原文LMSTAR的开放软件构架是基于TestStand和LabWindows/CVI之上的，这种构架支持从工厂到内场的无缝转变。LMSTAR方案提供了一个为所有电子设备提供商公用的测试系统，以便他们参与到JSF项目的协调计划中来。这些提供商包括BAE S
11、ystems、 Northrop Grumman、Rockwell Collins和Raytheon，他们都并行地应用NI TestStand和LabWindows/CVI开发为JSF准备的TPS。这种先进、开放的软件构架保证了快速开发和配置测试系统的完成，并且减少了长期维修投资。 222良好的测试适应性保证多种测试配置 所谓测试适应性就是测试系统快速完成测试方案转变的能力。TestStand保证了LMSTAR的测试适应性，TestStand就像一个灵活的模块适配器，可以调用任何测试开发环境测试；而LabWindows/CVI的开发环境保证各种仪器驱动的快捷插入和面向测试的代码优化。 223方
12、便未来技术插入以阻止代码老化 正是由于TestStand和LabWindows/CVI的应用，方便了未来技术的插入。比如TestStand环境下可以直接调用ATLAS的TPS；下面还会说到LMSTAR的开发者还重视ATML来开发测试程序，用XML表示测试结果。TestStand 3.0是支持符合ATML（Automatic Test Markcup Language,自动化测试标志语言）规范的测试程序，并且可以产生XML格式的测试结果。 224标准化的软件开发节省了开发费用 这种应用商用现货的标准化开发方法对资金的节省，不但来自于方便各个TPS提供商的协调解决，而且更大一部分来自全寿命周期的保
13、障费用的削减。 3下一代测试技术展望 LMSTAR上应用了许多来自NxTest IPT定义的测试技术，对当前的工业前沿技术也是把握得当。正是由于LMSTAR的开发，让测试领域的许多先进技术有了一个可以实践的加速成长的环境。 31硬件技术 311高度模拟测试技术 为了满足并行和功能测试的需求，LMSTAR系统加入了Teradyne公司的模拟测试仪器（Anolog Test Instrument，ATI）。高度模拟测试技术允许开发者通过在项目的最初阶段仿真测试程序来减少他们的开发时间，从而方便系统集成和调试。Ai7技术（图3）就是其中的一项。Ai7技术的重要突破点还在于采用专用资源系统构架，从而将
14、自动测试系统从资源共享构架的束缚中解脱出来。 312合成仪器技术 几年来，合成仪器已经发展到了子系统级(图4)。2002年，LMSTAR用合成仪器替代了系统中的离散RF仪器，并且没有对TPS进行冲击。现在LM STS正在考虑下一代LMSTAR采用RF/CNI合成子系统。合成仪器技术允许更好地仿效旧的测试能力，从而减少对TPS的冲击。 313公共测试接口技术 2003年8月，Lockheed Martin 开始积极支持公共测试接口的动议。公共测试接口(Common Test Interface，CTI)考虑了已经拥有的通用测试接口、RF(Radio Frequency)接口、光电开关(Elect
15、ro Optic，EO)和LVDS接口以及未来可能出现的接口（图5）。公共测试接口技术将为测试系统的开关带来超过500 MHz的带宽，而现今通用接口的带宽仅在25 MHz。 314高速数据通信 测试系统的实质是为被测系统提供一个模拟工作环境，并在这种工作环境下监视或者评估被测系统的响应。这种模拟工作环境和被测系统的实际工作环境的差别决定了测试系统对被测系统进行功能测试的能力。被测系统的高速数据通信技术的快速发展也就意味着测试系统必须具备高速数据通信能力。目前这些高速数据通信技术主要有为了提高测试数据的传输速度技术，如1394B总线、光纤通道（Fibrechannel）和低电压微分信号，以及为了提高航电子系统互连的带宽技术，如Hotlink II(Highspeed Optical Transceiver Link)和StarFabric。例如在1394总线的测试上， 为了提高灵活性和增长潜力，LMSTAR采用了Teradyne的1394B总线测试仪器（Bus Test Instrument，BTI），如图6所示。32软件技术 32
