姿軌控軟件黑盒測試方法研究

宋力立++周楷林

摘要：姿軌控軟件為衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制軟件，論文從實(shí)際測試實(shí)踐出發(fā)，根據(jù)姿軌控軟件黑盒測試的相關(guān)特點(diǎn)，介紹了基于由底而上的故障狀態(tài)輸入的測試方法，該測試方法在保障測試質(zhì)量的同時，可以有效地提高工作效率，同時也對與之類似的中大型控制系統(tǒng)軟件的測試有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞： 控制；軟件測試；黑盒；由底而上；故障狀態(tài)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）29-0191-02

Investigation on the Black-box Testing Method of Attitude-control Software

SONG Li-li，ZHOU Kai-lin

（Shanghai Aerospace Computer and Technology Insitute， Shanghai 201109， China）

Abstract：Attitude-control software is satellite attitude and orbit control software. Proceeding from the practice of practical testing， and according to the features of the attitude-control software black-box testing， this dissertation introduce the test method based on bottom up error-status input. This testing method can improve the quality and efficiency of the test， and it can also be a reference value for other control system software.

Key words：control； software testing； black-box testing； bottom up； error-status

姿軌控軟件為衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制軟件，負(fù)責(zé)接收單機(jī)數(shù)據(jù)，姿態(tài)解算后輸出控制動作，完成衛(wèi)星實(shí)際任務(wù)，是衛(wèi)星所有軟件中最重要的“司令塔”。該類軟件的測試具有代碼長度大、算法復(fù)雜、牽涉面廣、軟件更改多、測試周期緊張等難點(diǎn)。姿軌控軟件的被測試內(nèi)容一般包括：底層硬件管理、外部接口處理、復(fù)雜算法計算、系統(tǒng)流程控制、安全保護(hù)措施等等[1]。

姿軌控軟件的黑盒測試平臺一般采用設(shè)計師測試平臺，與白盒測試相比，黑盒測試由于采用了外圍動力學(xué)模型模擬軟件外部環(huán)境，包括敏感部件的姿態(tài)輸入和執(zhí)行部件的動作效果，可以實(shí)現(xiàn)軟件的閉環(huán)運(yùn)行，執(zhí)行內(nèi)部復(fù)雜功能相關(guān)的測試用例，在測試結(jié)果有效性和測試問題暴露率上都具有白盒測試不可比擬的優(yōu)越性，目前黑盒測試在衛(wèi)星姿軌控軟件測試中仍然占主導(dǎo)性地位。本文就姿軌控軟件黑盒測試技術(shù)進(jìn)行探討，從測試用例輸入的方法、測試用例的設(shè)計、用例執(zhí)行的經(jīng)驗和體會等方面，總結(jié)姿軌控軟件的黑盒測試心得，對于姿軌控軟件測試技術(shù)的總體提高有著重要意義，且對與之相似的中大型上層總體控制軟件的測試有著一定的參考價值。

1 姿軌控軟件的測試輸入

與一般星載軟件以發(fā)送指令==>查看指令執(zhí)行情況為主要測試流程的測試方法不同，姿軌控由于具有眾多的下位單機(jī)（包括敏感部件和執(zhí)行部件）、復(fù)雜的軟件內(nèi)部功能，其測試用例的輸入條件五花八門，僅靠遙控指令并不能實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜功能相關(guān)測試用例的全部輸入，在此，我們將姿軌控軟件測試中需要用到的測試輸入羅列如下：

1）遙控指令和傳送指令

2）星上計時

3）下位單機(jī)反饋的接口數(shù)據(jù)

4）下位單機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)

5）動力學(xué)計算的衛(wèi)星姿態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)

其中，遙控指令和傳送指令由地面測試設(shè)備注入、星上計時由地面修正，此兩者可以由地面完全控制。下位單機(jī)反饋的接口數(shù)據(jù)是姿軌控軟件最重要的輸入，接口測試、數(shù)據(jù)處理測試、功能測試中的很多測試輸入都由此而來，接口數(shù)據(jù)一般由動力學(xué)模擬提供，根據(jù)測試平臺的開發(fā)情況不同，其中部分輸入可以進(jìn)行手動調(diào)整。下位單機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)一般由姿軌控軟件自主判斷生成，測試人員可以通過測試平臺創(chuàng)造條件使其發(fā)生變化。動力學(xué)計算的衛(wèi)星姿態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)完全由動力學(xué)模型計算生成，測試人員只能通過更改軟件內(nèi)部運(yùn)行流程對其進(jìn)行影響，不可直接控制[2]。

2 由底而上的故障狀態(tài)輸入

對于黑盒測試平臺而言，實(shí)現(xiàn)軟件功能的正?？刂屏鞒淌腔竟δ埽鴮τ谡Ａ鞒讨獾漠惓９收吓袛嗵幚?，則相對不易實(shí)現(xiàn)，因為單機(jī)的故障包括底層硬件接口故障、中層數(shù)據(jù)處理故障、上層系統(tǒng)診斷故障，而在功能用例執(zhí)行過程中，需要輸入的一般是上層系統(tǒng)診斷出的最終故障狀態(tài)，所以此時，可以采用一種由底而上的故障狀態(tài)輸入方法進(jìn)行測試用例設(shè)計。

下面以衛(wèi)星姿軌控軟件中的星敏+陀螺系統(tǒng)舉例說明，星敏+陀螺是衛(wèi)星機(jī)動中常用的姿態(tài)輸入系統(tǒng)，衛(wèi)星機(jī)動時以該系統(tǒng)為判斷依據(jù)。如下圖1所示，當(dāng)?shù)讓佑布涌诎l(fā)生故障，或數(shù)據(jù)處理中識別出單機(jī)輸入數(shù)據(jù)有異常時，通過故障狀態(tài)的層層向上傳遞，最終由星敏+陀螺系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級的故障診斷以及基準(zhǔn)選擇，將診斷的結(jié)果交給姿態(tài)機(jī)動功能函數(shù)，由該函數(shù)按照軟件需求進(jìn)行統(tǒng)籌控制。

作為軟件測試人員，被測試的軟件是整個姿軌控軟件，也就是需要對上圖中所有的模塊均抱有懷疑的態(tài)度，在未測試之前認(rèn)為其不可信，只有在所有模塊都通過測試之后，才能認(rèn)為系統(tǒng)功能正確。在通常情況下正常功能樹的測試中，僅當(dāng)所有子功能和子子功能全部正常時，父功能才能正常實(shí)現(xiàn)全部功能，父功能可以認(rèn)為是子功能“相與”的結(jié)果。而在故障系統(tǒng)測試中，各種子故障只要有一個判斷出異常，就將導(dǎo)致父故障返回異常的判斷結(jié)果，父故障可以認(rèn)為是子故障“相或”的結(jié)果[3]。下圖2父子功能和故障的正常異常關(guān)系示意圖。

測試工作實(shí)際展開時，若直接對上層系統(tǒng)的故障情況進(jìn)行測試，測試人員只能輸入底層故障由姿軌控軟件本身層層上報并仲裁，這樣不僅容易出現(xiàn)正常系統(tǒng)測試中常見的發(fā)現(xiàn)了錯誤難以定位到具體模塊的問題，甚至可能導(dǎo)致漏測問題的情況發(fā)生。

由此，采用由底而上的故障狀態(tài)測試手段，仍以圖1中的星敏+陀螺系統(tǒng)為例，首先在接口測試?yán)?，對星敏和陀螺相關(guān)接口的各種故障進(jìn)行測試，確保軟件能夠正常識別各種接口故障，向上層模塊反饋接口故障狀態(tài)字；之后同樣在數(shù)據(jù)處理測試?yán)?，對各種數(shù)據(jù)異常情況進(jìn)行測試，同時包括下層接口故障時數(shù)據(jù)的處理；最后在功能測試中，以接口測試和數(shù)據(jù)處理測試中輸出的故障狀況作為測試輸入，對星敏+陀螺系統(tǒng)的故障診斷和基準(zhǔn)選擇進(jìn)行測試，并最終產(chǎn)生故障標(biāo)志，對機(jī)動功能造成影響。

采用此種測試方式，有以下幾點(diǎn)好處：

1）方便故障定位。子故障模式測試完畢后再進(jìn)行父故障模式測試，一旦測試用例不通過，可以僅在父故障模式中尋找問題產(chǎn)生原因，省去步步排查的麻煩。

2）子故障測試用例的輸出結(jié)果可以作為父故障測試用例的輸入。由于故障標(biāo)志由底而上層層傳遞的特性，下層的測試用例通過某種測試輸入實(shí)現(xiàn)了故障狀態(tài)的輸出后，中上層的測試用例可以直接使用該測試用例作為該故障狀態(tài)的輸入，例如對于某些單機(jī)，接口校驗錯可以作為數(shù)據(jù)無效的輸入，接口超時錯可以作為整個單機(jī)故障的輸入等。

3）對于某些黑盒測試平臺難以模擬的故障狀態(tài)，一般通過白盒測試實(shí)現(xiàn)，在上層系統(tǒng)故障用例測試時可以避開這類測試輸入。由前文可知，多種底層的故障狀態(tài)對于上層系統(tǒng)而言可能是同一個故障，所以測試時可以使用平臺較容易實(shí)現(xiàn)的底層故障輸入方法作為測試輸入，提高測試效率和有效性。

4）有利于循序漸進(jìn)掌握測試平臺。無論什么平臺，對于首次接觸的測評師而言都是相對陌生的，這種由底而上，由點(diǎn)及面的測試順序有利于測試人員循序漸進(jìn)地掌握測試平臺的使用方法，為后期最上層復(fù)雜系統(tǒng)功能的測試提供基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

姿軌控軟件由于其較高的軟件復(fù)雜性以及相對單一的測試輸入方法，導(dǎo)致黑盒測試中很多測試用例難于執(zhí)行，此時，采用由底而上的故障狀態(tài)輸入方法，能夠一定程度上解決這個問題，有助于測試工作的有效展開，同時提高了工作的效率和質(zhì)量。對于與姿軌控軟件相似的中大型綜合控制系統(tǒng)軟件，如雷達(dá)主控軟件、武器控制軟件等，也可以參考本文的方法進(jìn)行測試[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 章仁為. 衛(wèi)星軌道姿態(tài)動力學(xué)與控制[M]. 北京： 航空航天大學(xué)出版社， 1997.

[2] 印玲. 星載姿軌控軟件仿真測試平臺研究[D]. 上海： 華東理工大學(xué)， 2015.

[3] 金亮亮. 基于故障樹的航天器故障診斷專家系統(tǒng)研究[D].南京： 南京航空航天大學(xué)， 2008

[4] 高賽軍， 戴小倩. 基于嵌入式武控軟件的數(shù)學(xué)模型驗證研究[J]. 電腦知識與技術(shù)， 2015， 11（4）： 58-60.