1 引言
測(cè)試性是系統(tǒng)和設(shè)備的一種便于測(cè)試和診斷的重要設(shè)計(jì)特性。具有良好的測(cè)試性的系統(tǒng)和設(shè)備，可以及時(shí)、快速地檢測(cè)與隔離故障，提高執(zhí)行任務(wù)的可靠性與安全性，縮短故障檢測(cè)與隔離時(shí)間，進(jìn)而減少維修時(shí)間，提高系統(tǒng)的可用性，降低產(chǎn)品的全壽命周期費(fèi)用。
系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)綜合考慮并實(shí)現(xiàn)測(cè)試的可控性與可觀測(cè)性、初始化與可達(dá)性、BIT以及和外部測(cè)試設(shè)備兼容性等，達(dá)到測(cè)試性要求的設(shè)計(jì)過(guò)程。系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)需要進(jìn)行分析與評(píng)估。
目前進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試性分析與評(píng)估主要有兩種方法：一種是基于經(jīng)驗(yàn)的工程加權(quán)方法，如GJB2547中給出的加權(quán)平均法；另外一種是基于模型的分析方法�；谀Ｐ偷姆椒ǹ梢詫⑾到y(tǒng)的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行建模，然后進(jìn)行分析和處理，獲得比人工加權(quán)計(jì)算更為準(zhǔn)確的測(cè)試性數(shù)據(jù)。
基于圖論的相關(guān)性模型作為測(cè)試性模型的建模分析方法，具有建模高效性、分析準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，使其在測(cè)試性與診斷設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工程、可靠性與維修性等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。具有代表性的有ARINC公司的信息流模型(IFM)、Queltech公司的多信號(hào)流圖模型(MSFG)以及DSI公司的eXpress混合模型。
其中eXpress軟件及其所采用的eXpress信息模型將功能模型與故障模式模型有機(jī)結(jié)合，在測(cè)試性分析方面具有很大優(yōu)勢(shì)，并且適應(yīng)幾乎所有的系統(tǒng)，然而eXpress軟件在針對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，也存在著一些不足，如eXpress信息模型將功能作為端口的屬性而非元件的屬性，這就使其在表示并行總線時(shí)，難以很好地處理易操作性與計(jì)算復(fù)雜度的矛盾；對(duì)于只有輸入端口的部件而言，在eXpress中無(wú)法定義故障模式的影響；對(duì)具有復(fù)雜內(nèi)部功能的元件，建模難度較大。因此，在研究多信號(hào)流圖模型和eXpress信息模型的基礎(chǔ)上提出了一種適合電子系統(tǒng)的測(cè)試性模型-ESTIM模型(electronic system testability information model)。
2 電子系統(tǒng)ESTIM模型研究
測(cè)試性建模的一般原則要求測(cè)試性模型應(yīng)具有易操作性。模型的易操作性與模型的表示方法有著密切的聯(lián)系，通常與系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)相接近的表示方法具有更好的操作性。針對(duì)電子系統(tǒng)提出的ESTIM模型借鑒了eXpress信息模型在表示方法上的特點(diǎn)，且與EDA軟件相兼容，具有更好的易操作性，它利用功能相關(guān)性模型和故障模式相關(guān)性模型進(jìn)行測(cè)試性分析，并可利用現(xiàn)有方法對(duì)模型進(jìn)行求解。
2.1 ESTIM模型構(gòu)成及建模方法
ESTIM模型是一種以電路圖為基礎(chǔ)的模型，其分析的基礎(chǔ)就是電路連接。在獲得電路連接信息的基礎(chǔ)上，需為各元件定義功能及功能影響關(guān)系。在ESTIM中，功能間的直接影響關(guān)系構(gòu)成了功能鄰接關(guān)系，根據(jù)這種鄰接關(guān)系就可以得到功能相關(guān)性信息。建立功能相關(guān)性之后需要為系統(tǒng)定義故障模式、故障率以及故障之間的直接影響，根據(jù)故障模式之間的直接影響所構(gòu)成的鄰接關(guān)系，可以根據(jù)相關(guān)性推理進(jìn)一步得到故障模式相關(guān)性的表示。
ESTIM模型在建模過(guò)程中充分利用了EDA設(shè)計(jì)文檔所提供的信息，其建模方法如圖1所示。在圖1中，拓?fù)淠Ｐ图礊橄到y(tǒng)的電路連接，可以從EDA軟件設(shè)計(jì)文檔中獲得，只要按照特定格式讀取EDA軟件的設(shè)計(jì)文檔，就能從中獲得電路連接的情況，因而拓?fù)淠Ｐ偷慕⒑苋菀讓?shí)現(xiàn)。
圖1 ESTIM模型的建模方法
2.2 ESTIM模型表示方法
為獲得較好的易操作性，ESTIM模型采用與電路原理圖相兼容的表示方法，如圖2所示。ESTIM模型的基本組成元素有：元件、連接、組件、端口和測(cè)試。在分層建模時(shí)按照自頂向下進(jìn)行系統(tǒng)劃分，自底向上進(jìn)行測(cè)試性分析的步驟進(jìn)行。
圖2 ESTIM模型的表示方法
ESTIM模型可以獲得以下幾種信息：
1)功能相關(guān)性信息。即功能與功能之間的相互影響關(guān)系。圖3所示為一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)分析可知，模數(shù)轉(zhuǎn)換器在不同時(shí)刻分別完成了對(duì)3個(gè)溫度傳感器輸出的信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換：MCU1在不同時(shí)刻分別完成對(duì)3路信號(hào)的處理；而MCU2在不同時(shí)刻分別完成對(duì)3路信號(hào)的判斷以及3個(gè)LED的控制。根據(jù)相關(guān)性的不同，為模數(shù)轉(zhuǎn)換器、MCU1、MCU2分別定義3個(gè)功能，其相關(guān)性如圖4所示。通過(guò)將不同時(shí)刻的行為映射為同一時(shí)刻的不同功能，ESTIM模型能夠?qū)⑾到y(tǒng)的相關(guān)性全部表示出來(lái)；
圖3 一個(gè)功能隨時(shí)間變化的系統(tǒng)
圖4 系統(tǒng)的功能相關(guān)性的表示
2)故障模式與功能之間的相關(guān)性信息。ESTIM模型在對(duì)元件定義故障模式時(shí)，通過(guò)指明所定義故障模式能夠直接影響的功能來(lái)建立功能與故障模式之間的相關(guān)性；
3)測(cè)試與測(cè)試對(duì)象（功能、故障模式或元件）的相關(guān)性信息。在ESTIM模型中進(jìn)行測(cè)試定義時(shí)，測(cè)試可以將功能、故障模式及元件作為測(cè)試對(duì)象。通過(guò)電路原理圖（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）、元件引腳及功能定義、元件的故障模式，獲得功能與功能的相關(guān)性、功能與元件的相關(guān)性以及功能與故障模式的相關(guān)性，因此知道測(cè)試與某個(gè)功能、故障模式或元件的直接影響關(guān)系，就可以知道測(cè)試與其他功能、故障模式以及元件的相關(guān)性；
4)故障率、故障模式發(fā)生概率以及測(cè)試成本等信息。在ESTIM模型中，將故障率和故障模式作為元件的屬性。在選定了元件之后，可以通過(guò)制造商提供的數(shù)據(jù)手冊(cè)、電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)以及以往的使用經(jīng)驗(yàn)等獲得元件故障率、故障模式以及各種故障模式的發(fā)生概率等信息。
2.3 ESTIM模型的求解過(guò)程
圖5給出了ESTIM模型的求解過(guò)程，可以看出功能相關(guān)性計(jì)算是整個(gè)模型求解過(guò)程的基礎(chǔ)。得到各功能之間的相關(guān)性，就可以建立故障模式與功能、功能與測(cè)試的關(guān)系，進(jìn)而得到測(cè)試與故障模式之間的關(guān)系，利用測(cè)試與故障模式的相關(guān)性就可以進(jìn)行定性分析和測(cè)試性參數(shù)計(jì)算，識(shí)別出不可檢測(cè)故障、故障模糊組和冗余測(cè)試，并計(jì)算出故障檢測(cè)率和故障隔離率。
圖5 ESTIM模型的求解
2.3.1 功能相關(guān)性計(jì)算
功能相關(guān)性是ESTIM模型進(jìn)行分析和計(jì)算的基礎(chǔ)。通過(guò)分析，采用Warshall算法求ESTIM模型中的功能相關(guān)性，其算法復(fù)雜度為O(n3)，與傳遞閉包運(yùn)算相比，運(yùn)算過(guò)程大大簡(jiǎn)化。其程序流程如圖6所示。
圖6 計(jì)算功能相關(guān)性的算法流程
2.3.2 測(cè)試性分析與計(jì)算
圖7給出了ESTIM模型進(jìn)行測(cè)試性分析與計(jì)算的流程。可以看出在這一過(guò)程中，首先要獲得故障模式與測(cè)試之間的相關(guān)性矩陣DMT，然后才能進(jìn)行定性分析和定量計(jì)算。
圖7 測(cè)試性分析與計(jì)算的流程
獲得DMT后，根據(jù)故障檢測(cè)率的定義，可知系統(tǒng)的故障檢測(cè)率為：
式中：λi為第i個(gè)子模塊的故障率；λDi是第i個(gè)子模塊中能夠被檢測(cè)出來(lái)的所有故障模式的概率之和；FDRia=λDi/λi為第i個(gè)子模塊的故障檢測(cè)率。
單故障假設(shè)條件下，如果系統(tǒng)被檢測(cè)到有故障，則以下事件有且僅有一件發(fā)生：Ai={子模塊i發(fā)生故障}，即，
在單故障假設(shè)前提下，如果系統(tǒng)的測(cè)試集能夠?qū)⒐收细綦x到各子模塊，則由概率論的知識(shí)可知，系統(tǒng)的故障隔離率為：
式中：FIRAi為Ai事件發(fā)生的前提下系統(tǒng)的故障隔離率，即子模塊i的故障隔離率。
一種電子系統(tǒng)測(cè)試性模型的研究與應(yīng)用（二）
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本文標(biāo)題：一種電子系統(tǒng)測(cè)試性模型的研究與應(yīng)用（一）
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