1 引言
測試性是系統(tǒng)和設(shè)備的一種便于測試和診斷的重要設(shè)計特性。具有良好的測試性的系統(tǒng)和設(shè)備，可以及時、快速地檢測與隔離故障，提高執(zhí)行任務(wù)的可靠性與安全性，縮短故障檢測與隔離時間，進(jìn)而減少維修時間，提高系統(tǒng)的可用性，降低產(chǎn)品的全壽命周期費用。
系統(tǒng)測試性設(shè)計是在系統(tǒng)設(shè)計中，通過綜合考慮并實現(xiàn)測試的可控性與可觀測性、初始化與可達(dá)性、BIT以及和外部測試設(shè)備兼容性等，達(dá)到測試性要求的設(shè)計過程。系統(tǒng)的測試性設(shè)計是否達(dá)標(biāo)需要進(jìn)行分析與評估。
目前進(jìn)行系統(tǒng)測試性分析與評估主要有兩種方法：一種是基于經(jīng)驗的工程加權(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。基于模型的方法可以將系統(tǒng)的設(shè)計信息進(jìn)行建模，然后進(jìn)行分析和處理，獲得比人工加權(quán)計算更為準(zhǔn)確的測試性數(shù)據(jù)。
基于圖論的相關(guān)性模型作為測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，使其在測試性與診斷設(shè)計、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，在測試性分析方面具有很大優(yōu)勢，并且適應(yīng)幾乎所有的系統(tǒng)，然而eXpress軟件在針對電子系統(tǒng)進(jìn)行建模時，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，難以很好地處理易操作性與計算復(fù)雜度的矛盾；對于只有輸入端口的部件而言，在eXpress中無法定義故障模式的影響；對具有復(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)的測試性模型-ESTIM模型(electronic system testability information model)。
2 電子系統(tǒng)ESTIM模型研究
測試性建模的一般原則要求測試性模型應(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，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)行測試性分析，并可利用現(xiàn)有方法對模型進(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模型在建模過程中充分利用了EDA設(shè)計文檔所提供的信息，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)計文檔中獲得，只要按照特定格式讀取EDA軟件的設(shè)計文檔，就能從中獲得電路連接的情況，因而拓?fù)淠Ｐ偷慕⒑苋菀讓崿F(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、端口和測試。在分層建模時按照自頂向下進(jìn)行系統(tǒng)劃分，自底向上進(jìn)行測試性分析的步驟進(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所示為一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過分析可知，模數(shù)轉(zhuǎn)換器在不同時刻分別完成了對3個溫度傳感器輸出的信號采集與轉(zhuǎn)換：MCU1在不同時刻分別完成對3路信號的處理；而MCU2在不同時刻分別完成對3路信號的判斷以及3個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個功能，其相關(guān)性如圖4所示。通過將不同時刻的行為映射為同一時刻的不同功能，ESTIM模型能夠?qū)⑾到y(tǒng)的相關(guān)性全部表示出來；
圖3 一個功能隨時間變化的系統(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模型在對元件定義故障模式時，通過指明所定義故障模式能夠直接影響的功能來建立功能與故障模式之間的相關(guān)性；
3)測試與測試對象（功能、故障模式或元件）的相關(guān)性信息。在ESTIM模型中進(jìn)行測試定義時，測試可以將功能、故障模式及元件作為測試對象。通過電路原理圖（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，因此知道測試與某個功能、故障模式或元件的直接影響關(guān)系，就可以知道測試與其他功能、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，可以通過制造商提供的數(shù)據(jù)手冊、電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊以及以往的使用經(jīng)驗等獲得元件故障率、故障模式以及各種故障模式的發(fā)生概率等信息。
2.3 ESTIM模型的求解過程
圖5給出了ESTIM模型的求解過程，可以看出功能相關(guān)性計算是整個模型求解過程的基礎(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、功能與測試的關(guān)系，進(jìn)而得到測試與故障模式之間的關(guān)系，利用測試與故障模式的相關(guān)性就可以進(jìn)行定性分析和測試性參數(shù)計算，識別出不可檢測故障、故障模糊組和冗余測試，并計算出故障檢測率和故障隔離率。
圖5 ESTIM模型的求解
2.3.1 功能相關(guān)性計算
功能相關(guān)性是ESTIM模型進(jìn)行分析和計算的基礎(chǔ)。通過分析，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)，與傳遞閉包運算相比，運算過程大大簡化。其程序流程如圖6所示。
圖6 計算功能相關(guān)性的算法流程
2.3.2 測試性分析與計算
圖7給出了ESTIM模型進(jìn)行測試性分析與計算的流程。可以看出在這一過程中，首先要獲得故障模式與測試之間的相關(guān)性矩陣DMT，然后才能進(jìn)行定性分析和定量計算。
圖7 測試性分析與計算的流程
獲得DMT后，根據(jù)故障檢測率的定義，可知系統(tǒng)的故障檢測率為：
式中：λi為第i個子模塊的故障率；λDi是第i個子模塊中能夠被檢測出來的所有故障模式的概率之和；FDRia=λDi/λi為第i個子模塊的故障檢測率。
單故障假設(shè)條件下，如果系統(tǒng)被檢測到有故障，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)的測試集能夠?qū)⒐收细綦x到各子模塊，則由概率論的知識可知，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)測試性模型的研究與應(yīng)用（二）
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