嵌入式模塊接口性能測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

李 瑋，董淵科

（1.西北工業(yè)大學(xué) 軟件與微電子學(xué)院，陜西 西安 710072；2.西北工業(yè)大學(xué) 航海學(xué)院，陜西 西安 710072）

隨著ETX、SPT2C、ATPPC等嵌入式模塊的規(guī)?；a(chǎn)，設(shè)計(jì)技術(shù)的成熟，對(duì)這些模塊的驗(yàn)收測試、仿真與其交聯(lián)的模塊、驗(yàn)證其功能、性能及接口的工作也越來越頻繁?，F(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)是由多個(gè)分系統(tǒng)組成的，每個(gè)分系統(tǒng)由通用系統(tǒng)或?qū)Ｓ孟到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)，并承擔(dān)一部分相對(duì)獨(dú)立的測控任務(wù)，各分系統(tǒng)之間通過信息交換實(shí)現(xiàn)并行與協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)測試系統(tǒng)的功能[1]。提出一種采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)讓每個(gè)客戶機(jī)負(fù)責(zé)在本地對(duì)嵌入式模塊的接口進(jìn)行測試，而服務(wù)器負(fù)責(zé)各項(xiàng)測試命令的發(fā)送以及結(jié)果的接收和顯示，這樣可使測試部分和控制部分分離，便于模塊化設(shè)計(jì)，提高整個(gè)測試系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1 測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 通信流程

測試系統(tǒng)分為測試平臺(tái)和控制平臺(tái)2部分，控制平臺(tái)相當(dāng)于服務(wù)器，負(fù)責(zé)測試命令的發(fā)送。測試平臺(tái)用于對(duì)嵌入式模塊接口進(jìn)行本地測試，它啟動(dòng)后必須連接到控制平臺(tái)獲得測試的相關(guān)信息后方可進(jìn)行測試。對(duì)于測試平臺(tái)的主體部分，測試人員可以根據(jù)被測對(duì)象使用不同的語言和方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以不局限于使用與控制平臺(tái)相同的語言，這也是采用C/S模式的優(yōu)勢。測試臺(tái)-控制臺(tái)通信流程如圖1所示。

在各模塊交聯(lián)測試中，測試的命令與結(jié)果數(shù)據(jù)量一般都很小，往往測試平臺(tái)反饋給控制平臺(tái)的結(jié)果只有正常/異常，或者一些簡略的異常信息，但是也有一些測試平臺(tái)需要將一些大容量的文件信息發(fā)送給控制平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)并顯示，在此，以小數(shù)據(jù)量的通信來設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)傳輸中的數(shù)據(jù)包格式。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信是基于TCP/IP協(xié)議的。選用TCP/IP協(xié)議是因?yàn)樗诨镜腎P數(shù)據(jù)包上增加了可靠性和流量控制，其流式套接字定義了一種可靠的面向連接的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了無差錯(cuò)無重復(fù)的順序數(shù)據(jù)傳輸[2]。

1.2.1 通信協(xié)議

測試系統(tǒng)通過發(fā)送一定格式的數(shù)據(jù)包來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。一次發(fā)送和接收命令信息的緩沖區(qū)大小為1 024字節(jié)，一次通信過程（發(fā)送/接收）只能包含一個(gè)命令或結(jié)果。具體協(xié)議的格式為：狀態(tài)字段+數(shù)據(jù)長度字段+命令字段+數(shù)據(jù)字段。信息結(jié)構(gòu)格式見表1。

表1 命令信息結(jié)構(gòu)表Tab.1 Structure of command packet

在此還需注意的是，控制平臺(tái)和測試平臺(tái)在開發(fā)過程中可能是用不同的開發(fā)環(huán)境或不同的編程語言，由此而產(chǎn)生相同的數(shù)據(jù)類型可能所占的字節(jié)數(shù)不同，雙方需要約定數(shù)據(jù)包中各字段的數(shù)據(jù)存放方式與所代表的數(shù)據(jù)類型。同時(shí)可以根據(jù)具體調(diào)試臺(tái)系統(tǒng)的需要設(shè)計(jì)不同的命令字段和狀態(tài)字段編碼。

1.2.2 CAsyncSocket特性分析

CAsyncSocket提供全面的由事件驅(qū)動(dòng)的Socket通信能力，應(yīng)用程序要響應(yīng)Windows Socket激發(fā)的事件，就要?jiǎng)?chuàng)建自己派生的Socket子類捕獲和響應(yīng)事件[3]。由于CAsyncSocket是虛擬了一個(gè)消息池，借助它來完成各部分的消息循環(huán)，所有的操作必須在一個(gè)線程里完成才可以，其本身是異步的，已經(jīng)設(shè)置了類似于多線程的機(jī)制。因此在使用CAsyncSocket實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，不需要使用多線程技術(shù)，只要將CAsyncSocket與MFC的消息響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行有效地結(jié)合，就可以提高網(wǎng)絡(luò)通信的處理效率。

2 測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信控制平臺(tái)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

為了說明問題，建立一個(gè)會(huì)話程序的例子，控制平臺(tái)和測試平臺(tái)分別獨(dú)立編程。因?yàn)樵诠こ讨锌刂破脚_(tái)除了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信可能還負(fù)擔(dān)有別的功能，所以本例中控制平臺(tái)被建立為單文檔MFC應(yīng)用程序ServerProject，使用向?qū)?，選擇支持WinSock；測試平臺(tái)被建立為基于對(duì)話框的MFC應(yīng)用程序ClientProject，使用向?qū)桑x擇支持 WinSock。在控制平臺(tái)和測試平臺(tái)都自定義派生于CAsyncSocket類的CMySocket類。

從軟件設(shè)計(jì)一致性的角度，關(guān)于socket的全部處理都使用MFC消息響應(yīng)機(jī)制，所以在控制平臺(tái)和測試平臺(tái)都需要構(gòu)造以下4類消息[4]：

1）WM_MY_INITSOCKET 消息，初始化 Socket；

2）WM_MY_MESSAGE消息，發(fā)送 Socket數(shù)據(jù)；

3）WM_MY_RECEIVE消息，接收來自Socket的數(shù)據(jù)；

4）WM_MY_CLOSE消息，接收Socket連接斷開的事件。

以上消息分別對(duì)應(yīng)于 OnMyInitial （），OnMyMessage（），OnMyReceive（），OnMyClose（）等函數(shù)。

在實(shí)際工程中，控制平臺(tái)的應(yīng)用程序往往會(huì)有多個(gè)對(duì)話框，網(wǎng)絡(luò)通信的結(jié)果也需要在多個(gè)對(duì)話框中傳遞，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，在ServerProjectView類中生成并調(diào)用CMySocket類的對(duì)象是一種可靠的方法。

2.1 控制平臺(tái)ServerProjectView類的實(shí)現(xiàn)

在ServerProjectView類中需要一個(gè)新的消息WM_MY_ACCEPT，用于處理Socket的OnAccept函數(shù)[5]，它所對(duì)應(yīng)的函數(shù)為OnMyAccept（）。在ServerProjectView.cpp中聲明全局變量m_listenSocket用于控制平臺(tái)監(jiān)聽連接請(qǐng)求，m_connectSocket用于處理連接Socket。ServerProjectView類的工作過程如下：

1）應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)，響應(yīng)WM_MY_INITSOCKET消息，在OnMyInitial（）函數(shù)中初始化全局變量，調(diào)用Create函數(shù)將端口號(hào)與控制平臺(tái)本地IP地址綁定于m_listenSocket變量，調(diào)用Listen（）函數(shù)，使m_listenSocket變量處于監(jiān)聽狀態(tài)；

2）測試平臺(tái)啟動(dòng)并發(fā)起連接請(qǐng)求后，響應(yīng)WM_MY_ACCEPT消息，完成Socket連接；

3）測試人員根據(jù)相關(guān)界面進(jìn)行操作，確定要發(fā)送的測試命令后，響應(yīng)WM_MY_MESSAGE消息，調(diào)用Send函數(shù)將這些測試命令數(shù)據(jù)包發(fā)送給測試平臺(tái)；

4）Socket接收到測試結(jié)果后，響應(yīng)WM_MY_RECEIVE消息，解析所得數(shù)據(jù)獲得結(jié)果。

2.2 控制平臺(tái)CMySocket類的實(shí)現(xiàn)

在CMySocket類中需要聲明常量MAX_MSG_PACKET為1 024，還需要聲明如下變量：

1）BYTE m_nBuffer[MAX_MSG_PACKET+1];//m_nBuffer為類的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

2）UINT m_nLength;//m_nLength為緩沖區(qū)大小值

3）CView*pView;//視類指針

CMySocket類的工作過程如下：

1）函數(shù) bool CMySocket::GetView（）獲取應(yīng)用程序視類指針，并賦值給pView；

2）函數(shù) void CMySocket::OnAccept（int nErrorCode）接收到連接請(qǐng)求，處理FD_ACCEPT事件，通過視類指針發(fā)送WM_MY_ACCEPT消息；

3）函數(shù) void CMySocket::OnReceive（int nErrorCode）處理FD_READ事件，通過視類指針發(fā)送WM_MY_RECEIVE消息，將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給ServerProjectView類。

3 測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信測試平臺(tái)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

測試平臺(tái)為一個(gè)基于對(duì)話框的應(yīng)用程序ClientProject，在ClientProjectDlg類中生成并調(diào)用CMySocket類的對(duì)象。

3.1 測試平臺(tái)ClientProjectDlg類的實(shí)現(xiàn)

在ClientProjectDlg中聲明全局變量m_clientSocket用于與控制平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。ClientProjectDlg類的工作過程如下：

1）應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)，響應(yīng)WM_MY_INITSOCKET消息，在OnMyInitial（）函數(shù)中初始化全局變量，調(diào)用Create函數(shù)，無需指定端口號(hào)，但必須指定控制平臺(tái)的IP地址serverIP，因?yàn)镃reate函數(shù)中觸發(fā)了FD_CONNECT事件，m_clientSocket會(huì)自動(dòng)向控制平臺(tái)發(fā)起連接請(qǐng)求；

2）Socket接收到測試命令后，響應(yīng) WM_MY_RECEIVE消息，解析所得數(shù)據(jù)獲得命令；

3）執(zhí)行完成測試命令并得到測試結(jié)果后，根據(jù)協(xié)議將數(shù)據(jù)構(gòu)造測試結(jié)果數(shù)據(jù)包，響應(yīng)WM_MY_MESSAGE消息，調(diào)用Send函數(shù)將這些測試結(jié)果數(shù)據(jù)包發(fā)送給控制平臺(tái)。

3.2 測試平臺(tái)CMySocket類的實(shí)現(xiàn)

在CMySocket類中需要聲明常量MAX_MSG_PACKET為1 024，需要聲明如下變量：

1）YTE m_nBuffer[MAX_MSG_PACKET+1];//m_nBuffer 為類的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

2）INT m_nLength;//m_nLength為緩沖區(qū)大小值

3）ClientProjectDlg*pMyDialog;//對(duì)話框類指針

CMySocket類的工作過程如下：

1）函數(shù) bool CMySocket::GetDlg（）獲取應(yīng)用程序?qū)υ捒蝾愔羔?，并賦值給pMyDialog；

2）函數(shù) void CMySocket::OnReceive（int nErrorCode）處理FD_READ事件，通過視類指針發(fā)送WM_MY_RECEIVE消息，將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給ClientProjectDlg類。

4 系統(tǒng)運(yùn)行效果及分析

作為基于網(wǎng)絡(luò)通信的測試系統(tǒng)，應(yīng)具有最大的可擴(kuò)展性和高穩(wěn)定性[6]。由于TCP/IP協(xié)議采用3次握手建立連接，提供可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù)，可以保證其基礎(chǔ)上所搭建的測試系統(tǒng)的高穩(wěn)定性。在項(xiàng)目測試實(shí)驗(yàn)過程中，網(wǎng)絡(luò)通信達(dá)到無誤碼率，滿足嵌入式模塊接口測試對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確性的需求。

該網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用于地圖嵌入式模塊測試及語音嵌入式模塊測試。其中前者需要進(jìn)行命令通信，而后者既需要傳輸命令，又需要傳輸大批量的語音文件。此時(shí)專用通信協(xié)議表現(xiàn)出良好的可移植性，通過對(duì)命令信息結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)字段的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)語音文件的可靠和高速傳輸。

在設(shè)計(jì)過程中，異常處理是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電纜被拔出、測試臺(tái)程序或控制臺(tái)程序被強(qiáng)制關(guān)閉時(shí)，需要及時(shí)被發(fā)現(xiàn)并處理。因此，在控制臺(tái)設(shè)置定時(shí)器，周期查詢連接是否正常，結(jié)合WM_MY_CLOSE消息的接收情況，對(duì)異常情況進(jìn)行有效識(shí)別并處理。

5 結(jié) 論

提出了一種針對(duì)嵌入式模塊接口性能測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信方式，使用了Visual C++6.0 MFC平臺(tái)，主要運(yùn)用了MFC封裝的CAsyncSocket類的相關(guān)特性，并將之與MFC具有的消息響應(yīng)機(jī)制結(jié)合，通過引入自定義的通信協(xié)議，達(dá)到快速穩(wěn)定的通信效果。所有代碼均來源于自動(dòng)化測試軟件的實(shí)際工程中，在Visual C++6.0平臺(tái)下調(diào)試通過。

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