专利名称：一种基于状态图的机内测试建模仿真方法
技术领域：
本发明属于电子信息的测试性技术领域，涉及利用状态图技术的机内测试(BIT) 建模仿真方法。
背景技术：
机内测试(Built-in Test,BIT)是系统或设备内部提供的检测和隔离故障的自动测试能力，是电子系统或设备的重要组成部分，BIT作为改善系统故障诊断与维修能力的有力手段，极大地降低设备维修和综合保障费用。目前，BIT由模拟向数字化发展，由硬件向软件和软硬件综合化方向发展。在现有的BIT设计分析方法中，除了工程化设计分析方法之外，还包括基于TEAMS 软件的故障与BIT关联关系建模分析、基于EDA软件的BIT电路性能建模仿真分析。基于 TEAMS的关联建模分析方法，属于定性分析方法，不支持对BIT自身功能和性能进行定量描述和分析。基于EDA的性能建模仿真分析方法虽然属于定量分析方法，但适用范围小，不能对数字化和软件化BIT进行性能建模仿真。状态图是利用有限状态机、流程图符、状态转换符建立复杂系统生存周期模型来描述对象随时间变化的动态行为。利用状态图，可以实现对各类形式的BIT进行建模仿真分析，以发现BIT设计不足。在目前关于BIT设计分析方法的公开资料中，还没有利用状态图技术进行BIT建模仿真分析的方法。
发明内容
本发明的目的是为了实现对各类形式BIT进行建模仿真分析，在MATLAB的 Simulink和Mateflow工具基础上，提出一种基于状态图的BIT建模仿真分析方法，主要通过对BIT要素分解，基于要素与状态图仿真基本模型映射关系的要素建模，要素模型综合， 故障与干扰注入，模型仿真与分析，实现对各类形式BIT的故障检测与虚警抑制能力的仿真分析。一种基于状态图的机内测试建模仿真方法，包括以下几个步骤步骤一建立被测单元的状态图模型；步骤二 建立BIT的状态图模型；步骤三建立干扰的状态图模型；步骤四建立BIT仿真综合模型；步骤五故障与干扰注入及仿真评价；本发明的优点在于(1)本发明从BIT的设计特性出发，给出了 BIT的通用要素模板，根据该模板可以快捷地进行BIT要素分解；(2)本发明给出了 BIT各要素的状态图建模基本方式，能够对常见的模拟BIT、数字BIT、软件BIT进行建模；
(3)本发明给出了故障与干扰的仿真注入方法，通过状态仿真可以对BIT的故障检测和虚警抑制能力进行分析；(4)本发明填补了基于状态图技术的BIT建模仿真分析方法的空白。
图1是本发明的方法流程图2是本发明方法建立UUT状态图模型的流程；
图3是本发明方法检测逻辑的状态图模型；
图4是本发明方法重复测试方法的状态图模型；
图5是本发明方法BIT信息编码算法的状态图模型；
图6是本发明方法综合BIT要素建立BIT状态图模型的流程；
图7是本发明方法建立测试参数/项目的干扰状态图模型的流程；
图8是本发明方法BIT状态图模型仿真流程；
图9是本发明方法CPU板的状态图模型；
图10是本发明方法CPU板温度BIT的状态图模型；
图11是本发明方法CPU板温度参数干扰的状态图模型；
图12是本发明方法建立的CPU板BIT状态图仿真综合模型示意图。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明是一种基于状态图的机内测试建模仿真方法，如图1所示，包括以下几个步骤步骤一建立被测单元的状态图模型被测单元(Unit Under Test, UUT)的状态图模型为U= (UIi,UOpUSl i = 1 η)(1)式中U表示UUT的状态图模型；UIi表示UUT的第i个输入，η表示输入的总数，输入一般包含故障状态、故障类型、故障模式、故障时间等，UIi = (INi, IVj, IMjIi = 1 n，j =1 η)，INi表示UUT第i个输入的名称，IVj表示UUT第i个输入的第j个取值，％表示UUT第i个输入的第j个取值的含义；UOi表示UUT的第i个输出，输出一般为UUT的测试参数/项目，UOi = (ONi, OVj, OMj I i = 1 n，j = 1 η)，ONi表示UUT第i个输出的名称，OVj表示UUT第i个输出的第j个取值范围，OMj表示UUT第i个输出的第j个取值范围的说明；US表示UUT的状态转移描述，US = (NSi, OSi, USi I i = 1 η}，NSi表示UUT的第i个状态的名称，状态包含正常与故障两种形式；OSi表示第i个状态的状态动作；USi表示第i个状态的转移逻辑，USi = {TOSj, TLj I j = 1 n}，TOSj表示第i个状态转移逻辑的第j个转移目标状态，TLj表示第i个状态转移逻辑的第j个转移标签。UUT的输入变量可以采用表1所示的表格进行描述，包含输入变量的序号、名称、 取值和含义。UUT的输出变量可以采用表2所示的表格进行描述，包含输出变量的序号、名称、 取值范围和说明。
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表1输入变量描述
权利要求
1. 一种基于状态图的机内测试建模仿真方法，其特征在于，包括以下几个步骤 步骤一建立被测单元的状态图模型； 被测单元简称UUT，被测单元的状态图模型为U = (UIi, UOi, US I i = 1 η)(1)式中U表示UUT的状态图模型；UIi表示UUT的第i个输入，η表示输入的总数，UIi = (INi, IVj, IMj I i = 1 n，j = 1 η)，INi表示UUT第i个输入的名称，IVj表示UUT第i 个输入的第j个取值，IMj表示UUT第i个输入的第j个取值的含义；UOi表示UUT的第i个输出，UOi = (ONi, OVj, OMj I i = 1 n，j = 1 η)，ONi表示UUT第i个输出的名称，OVj表示UUT第i个输出的第j个取值范围，OMj表示UUT第i个输出的第j个取值范围的说明； US表示UUT的状态转移描述，US = (NSi, OSi, USi I i = 1 η}，NSi表示UUT的第i个状态的名称，状态包含正常与故障两种形式；OSi表示第i个状态的状态动作；USi表示第i个状态的转移逻辑，USi = {TOSj, TLj I j = 1 n}，TOSj表示第i个状态转移逻辑的第j个转移目标状态，TLj表示第i个状态转移逻辑的第j个转移标签； 步骤二 建立BIT的状态图模型； 具体为(1)分析UUT的BIT组成与要素； BIT元组模型如下BE = (ID, G, TP, DL, FA, IM, 0M, AO, IN, OUT)(2)式中BE表示BIT的要素；ID表示BIT标识集合，ID = (BITi | i = 1 η}，BITi表示第i个BIT的标识，η表示 BIT的总数；G表示BIT功能集合，G = I i = 1 η}，&表示第i个BIT的功能； TP表示测试参数/项目集合，TP = {Pi I i = 1 n}，Pi表示第i个BIT的测试参数或测试项目；当第i个BIT的功能为集成管理时，Pi为空值；DL表示检测逻辑集合，DL = {(C" AMi) i = 1 n}，Ci表示第i个BIT的测试判别基准，表示第i个BIT的判别算法；当第i个BIT的功能为集成管理时，Ci和AMi为空值；FA表示防虚警措施集合，FA = {fa, I i = 1 n}，fa,表示第i个BIT的防虚警措施； 当第i个BIT的功能为集成管理时，fa,为空值；IM表示管理算法集合，IM = Umi I i = 1 n}，Imi表示第i个BIT的管理算法，当第i 个BIT的功能为测试时，Imi为空值；OM表示输出方式集合，OM = Iomi I i = 1 η}，Omi表示第i个BIT的输出方式； AO表示接收对象集合，AO = Iaoi I i = 1 n}，a0i表示第i个BIT输出信号的接收对象；a0i为一个或多个BIT，当第i个BIT的功能为集成管理时，ao,为空值； IN表示输入集合，IN = Uni I i = 1 n}，Ini表示第i个BIT的输入子集； OUT表示输出集合，OUT = Iouti I i = 1 η}，Outi表示第i个BIT的输出子集；(2)确定BIT要素的通用状态图模型； 具体过程如下1)确定BIT标识BIT标识即被测单元的各BIT状态图模型的名称，位于状态图的下方；2)确定BIT功能BIT功能是BIT的属性，无直接的状态图模型与其对应；当BIT的功能为测试时，则BIT 仅包含检测逻辑和防虚警措施；当BIT的功能为集成管理时，则BIT仅包含管理算法；3)确定测试参数/项目4)确定检测逻辑检测逻辑包含判别基准和判别算法；判别基准，即测试参数/项目的门限值/基准值， 用状态图的数据对象表示；检测逻辑的判别算法是测试参数/项目与判别基准进行比较的过程，包含正常和故障两个分支；5)确定防虚警措施6)确定管理算法7)确定输出方式8)确定接收对象接收对象是指BIT的检测结果的输出目标对象；9)确定输入BIT的输入包含来自UUT的测试参数/项目、检测逻辑的判别基准和防虚警措施的参数；10)确定输出BIT的输出是BIT的检测结果信号，检测结果只有通过与不通过两种；(3)综合BIT要素建立BIT的状态图模型具体步骤如下①从确定的BIT标识集合中选择一项，插入状态图作为该BIT标识对应BIT的状态图模型；②如果BIT的功能是测试，则确定BIT的测试参数/项目，将BIT要素中的检测逻辑和防虚警措施两项添加到BIT状态图模型中；如果BIT的测试功能是集成管理，则确定被管理的BIT项目，将BIT要素中的管理算法一项添加到BIT状态图模型中；③为状态图添加数据对象，并设置数据对象的数据类型和作用范围；④将测试参数/项目和检测逻辑的输入参数通过信号连接线连接到状态图的输入端口上，将状态图的输出端口通过信号连接线连接到BIT的接受对象的输入端口上；⑤如果BIT标识集合中存在相对应BIT的状态图模型尚未建立，则转到①；步骤三建立干扰的状态图模型；干扰模块的状态图模型为DB = (DBIi, DBOi, DBS, do, dl | i = 1 η)(3)式中DB表示干扰的状态图模型；DBIi表示干扰的第i个输入，η表示干扰输入的总数， DBIi = (INi, IVj, IMj | i = 1 n，j = 1 η)，INi表示干扰第i个输入的名称，IVj表示干扰第i个输入的第j个取值，IMj表示干扰第i个输入的第j个取值的含义；DBOi表示干扰的第i个输出；DBOi = (ONijOVrOMj | i = 1 n，j = 1 η)，ONi表示干扰第i个输出的名称，OVj表示干扰第i个输出的第j个取值范围，OMj表示干扰第i个输出的第j个取值范围的说明；DBS表示干扰的状态图，DBS = (NSi, OSi, DBSi | i = 1 η}，NSi表示干扰的第i 个状态的名称；OSi表示第i个状态的状态动作；DBSi表示第i个状态的转移逻辑，DBSi ={TOSj, TLj I j = 1 n}，TOSj表示第i个状态转移逻辑的第j个转移目标状态，TLj表示第 i个状态转移逻辑的第j个转移标签；do表示被干扰的测试参数/项目，即被干扰对象；dl 表示被干扰对象的干扰位置；步骤四建立BIT仿真综合模型； 具体步骤如下(1)在建立好的UUT、BIT、干扰的状态图模型基础上添加Simulink部件a、根据被干扰对象的干扰位置，将各个测试参数/项目干扰的输出通过信号连接线连接到相应的干扰位置；b、为建立好的UUT模型、BIT模型和干扰模型添加外部触发，即将所有状态图模型的更新模式设置为外部事件触发；(2)将状态图模型的输入、输出、状态图模型以及接入到状态图模型输入和输出的 Simul ink部件通过信号线连接起来组成BIT仿真综合模型；步骤五故障与干扰注入及仿真评价； 具体为(1)故障注入与BIT仿真； 具体步骤如下①根据UUT的FMECA数据建立UUT的故障模式集，完成故障输入数据表，对被测单元进行故障注入；②确定干扰输入数据表，设置干扰模块干扰信号量输出为零，运行仿真模型；③设置BIT配置包括判别基准、防虚警措施和BIT故障代码三项；各项参数设置完毕后运行仿真模型，观察BIT输出信号的波形和故障代码，得到BIT仿真模型的故障注入诊断结论；(2)故障和干扰注入与BIT仿真具体步骤如下1)根据故障输入数据表对被测单元设置故障注入参数；2)根据干扰输入数据表对测试参数设置干扰注入参数，运行仿真模型，完成故障与干扰的注入；3)观察BIT输出信号的波形与故障代码，得到诊断结论数据；(3)仿真评价A、仿真评价参数计算具体步骤如下①计算故障检测率故障检测率计算模型如下MFDi =χ 100%(4)lyISF式中FDR表示故障检测率；Nksf表示诊断结论数据中状态类别为单故障且正确检测到的故障总数；Nisf表示仿真输入数据集中故障类型为单故障的总数；②计算虚警率虚警率计算模型如下
2.根据权利要求1所述的一种基于状态图的机内测试建模仿真方法，其特征在于，步骤一的具体步骤为(1)根据仿真要求确定UUT状态图模型的输入，UUT的输入包括故障状态、故障类型、故障模式、故障时间、输入名称、取值、含义，根据UUT的仿真需求确定；(2)根据UUT被测试的测试参数/项目，确定UUT的输出变量，输出变量的名称即测试参数/项目，输出变量的取值范围及其说明根据UUT的设计资料与故障数据确定；(3)根据UUT的FMECA数据，分析UUT的所有故障模式，再加上正常状态，可确定UUT状态转移描述的状态集合；(4)从状态集合中选择一个状态，根据测试参数/项目的判别基准确定状态动作，添加状态动作的数据对象，确定方法如下A、若所选状态为正常状态，则状态动作为将每一项测试参数/项目的判别基准内取值赋给相应的测试参数/项目以及状态触发更新次数计数；B、若所选状态为故障状态，则状态动作为将与该故障影响的测试参数/项目对应的判别基准外取值赋给相应的测试参数/项目；(5)确定上述(3)中所选状态的转移目标状态和转移标签，添加转移标签的数据对象， 确定方法如下A、若所选状态为正常状态，转移目标状态有两类一类是正常状态自身，此时状态转移逻辑的转移标签为空；另一类是状态集合中所有的故障状态，根据UUT的输入参数与故障状态的发生条件确定向各个故障状态转移时的转移标签；B、若所选状态为故障状态，则状态转移目标是该故障状态本身，此时状态转移逻辑的转移标签为空，即自循环；其中，默认转移逻辑的转移目标状态为正常状态，默认转移逻辑的转移标签为空；(6)如果状态集合内的所有状态分析完毕，则继续下一步，否则转到(3)；(7)根据上述步骤确定的状态转移描述，建立UUT的状态图模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于状态图的机内测试建模仿真方法，其特征在于，所述的步骤二中(1)中，所述的BIT功能分为测试和集成管理两类；所述的测试参数通常是指BIT监测的参数或信号，测试项目是指不适于利用参数或信号直接表达的测试内容；所述的防虚警措施根据BIT具体情况确定，包括重复测试、表决测试和延时测试；所述的管理算法包括 BIT信息合成、编码和调用管理；BIT输出方式的包括高低电平输出、模拟量输出、数字化总线输出、软件消息输出；(2)的幻中，所述的测试参数/项目用状态图的数据对象表示，数据对象在状态图或模型浏览器中通过菜单或工具按钮添加，数据对象的类型根据测试参数/项目的具体情况而定，通过将数据对象的作用范围设置为input从而在BIT状态图模型中建立的输入端口将从UUT输出的测试参数/项目通过信号连接线连接到各BIT状态图模型的输入端口 ；4)中检测逻辑的执行过程为将测试参数/项目与判别基准进行比较，如果测试参数/项目不满足判别基准则测试不通过给出不通过信号；否则测试通过给出通过信号，其中不通过与通过信号为0、1数字信号力)中防虚警措施采用重复测试方法，具体为重复测试次数初始值为0，重复测试法的执行过程为当BIT测试参数/项目不满足判别基准时，判断重复测试次数是否大于等于重复测试阈值，则BIT测试不通过输出不通过信号，表示测试参数/项目故障；否则重复测试次数自加1 ；如果测试参数/项目满足判别基准，则BIT测试通过输出通过信号，表示测试参数/项目正常，此时重复测试次数清零；6)中管理算法包括BIT信息合成、编码和调用管理；7)中输出方式采用Simulink的信号连接线表示，将BIT的输出信号送到接受对象输入端口或子系统的输出端口 ；8)中接受对象是BIT或者其他功能模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于状态图的机内测试建模仿真方法，其特征在于，所述的步骤三具体步骤为(1)从UUT输出的测试参数/项目中选择一项作为干扰对象；(2)根据仿真要求确定干扰状态图模型的输入，干扰的输入包括干扰状态、干扰类型、 干扰模式、干扰时间，输入的名称、取值、含义根据干扰的仿真需求确定；(3)根据被干扰的测试参数/项目，确定干扰的输出，输出即干扰变量，输出的名称、取值范围及其说明根据干扰的设计资料与干扰数据确定；(4)根据干扰的工作模式确定状态转移描述的状态集合，状态集合包含了无干扰状态、随机干扰状态和注入干扰状态三个状态；(5)从状态集合中选择一个状态，根据被干扰的测试参数/项目确定状态动作，添加状态动作的数据对象，确定方法如下A、若所选状态为无干扰状态，则状态动作为将干扰量清零；B、若所选状态为随机干扰状态，则状态动作为利用随机算法将制定区间的随机值赋给干扰变量；C、若所选状态为注入干扰状态，则状态动作为利用指定的干扰算法产生的干扰值赋给干扰变量；(6)确定所选状态的转移目标状态和转移标签，添加转移标签的数据对象，确定方法如下A、若所选状态为无干扰状态，转移目标状态有两类一类是随机干扰状态，根据；另一类是注入干扰状态，根据干扰的输入参数与状态的发生条件确定向状态转移目标转移的转移标签；其中，默认转移的转移目标状态是无干扰状态，此时默认转移的转移标签为空；B、若所选状态为随机干扰状态，则状态转移目标是该状态本身，此时状态转移逻辑的转移标签为空，即自循环；C、若所选状态为注入干扰状态，则状态转移目标是该状态本身，此时状态转移逻辑的转移标签为空，即自循环；(7)如果状态集合内的所有状态分析完毕，则继续下一步，否则转到(5)；(8)如果UUT的测试参数/项目中存在未建立干扰模型的测试参数/项目，则转到(1)， 直至为所有的测试参数/项目建立了相应干扰的状态图模型为止。
5.根据权利要求1所述的一种基于状态图的机内测试建模仿真方法，其特征在于，所述步骤五(1)的①中，故障注入数据表包含编号、故障状态、故障类型、故障模式和故障注入时间五项；②中，干扰输入数据表包含编号、干扰模块、干扰状态、干扰模型、干扰注入时间、干扰结束时间和干扰量七项；③中诊断结论采用表格进行描述，包含编号、故障模式两项。
全文摘要
本发明公开了一种基于状态图的机内测试(BIT)建模仿真方法，属于电子信息的测试性技术领域，包括以下几个步骤步骤一建立被测单元的状态图模型；步骤二建立BIT的状态图模型；步骤三建立干扰的状态图模型；步骤四建立BIT仿真综合模型；步骤五故障与干扰注入及仿真评价；本发明从BIT的设计特性出发，给出了BIT的通用要素模板，根据该模板可以快捷地进行BIT要素分解；本发明给出了BIT各要素的状态图建模基本方式，能够对常见的模拟BIT、数字BIT、软件BIT进行建模；本发明给出了故障与干扰的仿真注入方法，通过状态仿真可以对BIT的故障检测和虚警抑制能力进行分析。
文档编号G06F17/50GK102270253SQ20111016058
公开日2011年12月7日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者李海伟, 王璐, 石君友 申请人:北京航空航天大学