中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所　葉祥明

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ESITest測(cè)試平臺(tái)在某型電子監(jiān)測(cè)儀軟件測(cè)試中的應(yīng)用

中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所葉祥明

【摘要】利用通用嵌入式系統(tǒng)軟件測(cè)試平臺(tái)（ESITest）建立了某型電子監(jiān)測(cè)儀的軟件測(cè)試環(huán)境，通過在ESITest平臺(tái)中開發(fā)測(cè)試用例腳本，實(shí)現(xiàn)了電子監(jiān)測(cè)儀嵌入式軟件的自動(dòng)化測(cè)試，提高了電子監(jiān)測(cè)儀嵌入式軟件測(cè)試的覆蓋率和可靠性。

【關(guān)鍵詞】嵌入式軟件；軟件測(cè)試；測(cè)試環(huán)境；腳本編碼

1　引言

某型工程機(jī)械的電子監(jiān)測(cè)儀是集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字顯示技術(shù)和電子傳感技術(shù)為一體的嵌入式設(shè)備，主要用于變速油壓、燃油液位、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、制動(dòng)氣壓、冷卻液溫度、蓄電池電壓等信息的采集處理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)全車各部件的狀態(tài)監(jiān)控與管理。為了完成該型電子監(jiān)測(cè)儀的嵌入式軟件測(cè)試，利用通用嵌入式系統(tǒng)軟件測(cè)試平臺(tái)（ESITest），模擬電子監(jiān)測(cè)儀需要處理的9路DI信號(hào)、2路脈沖信號(hào)和7路DA信號(hào)，通過ESITest測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試用例腳本編碼功能，實(shí)現(xiàn)了電子監(jiān)測(cè)儀的功能、性能、負(fù)載以及連續(xù)運(yùn)行時(shí)間等軟件的自動(dòng)測(cè)試任務(wù)，確保了電子監(jiān)測(cè)儀嵌入式軟件運(yùn)行的可靠性。

2　電子監(jiān)測(cè)儀的測(cè)試需求分析

2.1電子監(jiān)測(cè)儀的外部接口

電子監(jiān)測(cè)儀是工程機(jī)械裝備的一個(gè)重要零部件，是適應(yīng)工程機(jī)械裝備使用的電子化、數(shù)字化、信息化發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)品，主要用于工程機(jī)械的各類信號(hào)采集和狀態(tài)監(jiān)控管理，具有數(shù)據(jù)采集、接口通信、參數(shù)設(shè)置、信息報(bào)警等功能。圖1為該型電子監(jiān)測(cè)儀的外部接口關(guān)系圖。

圖1　電子監(jiān)測(cè)儀外部接口關(guān)系圖

電子監(jiān)測(cè)儀通過航插接口接收5類輸入信號(hào)，輸出2類輸出信號(hào)。

第一類輸入信號(hào)是4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流型信號(hào)，共7路，用于采集變速油壓、燃油液位、油溫、油壓、制動(dòng)氣壓等傳感器的信號(hào)。

第二類輸入信號(hào)是脈沖信號(hào)，共2路，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速的信號(hào)采集處理。第三類輸入信號(hào)是數(shù)字量輸入信號(hào)DI，共9路，為24V的高低電平，用于濾油器、空氣濾清器、轉(zhuǎn)向燈、遠(yuǎn)光燈等狀態(tài)量的采集。

第四類輸入信號(hào)是模擬電壓信號(hào)，只有一路，為蓄電池電壓的采集輸入量，電壓范圍0～36V。

第五類輸入信號(hào)是來自于CAN總線的通信接口，用于接收外部發(fā)送來的各種指令。

電子監(jiān)測(cè)儀輸出2路的燈光報(bào)警信號(hào)，為TTL電平的數(shù)字量輸出信號(hào)。另外1路輸出信號(hào)為CAN總線輸出，需要將采集到的各類信息，通過CAN總線發(fā)送給工程機(jī)械的儀表終端，用于完成各類信息的顯示處理。

2.2測(cè)試需求分析

為了開展對(duì)電子監(jiān)測(cè)儀嵌入式軟件的全面測(cè)試，除需要對(duì)單個(gè)功能逐項(xiàng)測(cè)試外，還需要將多路輸入信號(hào)與輸出信號(hào)全部連接起來進(jìn)行長時(shí)間的自動(dòng)化測(cè)試[1,2]，模擬電子監(jiān)測(cè)儀的實(shí)際運(yùn)行情況，檢驗(yàn)電子監(jiān)測(cè)儀嵌入式軟件對(duì)多路信號(hào)的采集處理以及CAN總線的通信處理，確保最終發(fā)布的電子監(jiān)測(cè)儀嵌入式軟件能可靠運(yùn)行。

除了對(duì)電子監(jiān)測(cè)儀開展長時(shí)間的自動(dòng)化綜合測(cè)試外，在電子監(jiān)測(cè)儀功能中，還有2項(xiàng)功能為報(bào)警輸出的時(shí)間性能要求，第1項(xiàng)是發(fā)動(dòng)機(jī)油壓的報(bào)警延時(shí)，另外1項(xiàng)是變速箱油壓報(bào)警延時(shí)，這兩項(xiàng)報(bào)警延時(shí)都要求當(dāng)油壓低于設(shè)定的最低閾值時(shí)，5秒內(nèi)發(fā)出燈光報(bào)警。

3　ESITest測(cè)試平臺(tái)介紹

3.1ESITest概要描述

通用嵌入式系統(tǒng)軟件測(cè)試平臺(tái)（ESITest）是北京凱云創(chuàng)智軟件技術(shù)有限公司研制的一款高度集成的可用于嵌入式系統(tǒng)軟件測(cè)試的綜合測(cè)試平臺(tái)，具有測(cè)試工程管理、測(cè)試交聯(lián)環(huán)境仿真建模、應(yīng)用協(xié)議描述與編譯處理、測(cè)試用例腳本編碼、測(cè)試監(jiān)控窗體設(shè)計(jì)、測(cè)試執(zhí)行過程控制、測(cè)試結(jié)果分析等功能[3]。

ESITest測(cè)試平臺(tái)主要用于支持嵌入式軟件配置項(xiàng)級(jí)別和系統(tǒng)級(jí)別的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證測(cè)試，能夠?qū)η度胧较到y(tǒng)外部各類接口（CAN、AD、DA、DI、DO、RS232、RS422）進(jìn)行輸入模擬和輸出監(jiān)視，可以完成軟件配置項(xiàng)單接口、多接口和多配置項(xiàng)的系統(tǒng)測(cè)試，具有攜帶方便、配置靈活的特點(diǎn)，可適應(yīng)不同類型的嵌入式系統(tǒng)測(cè)試要求。

圖2　ESITest測(cè)試平臺(tái)的軟硬件組成

3.2ESITest的系統(tǒng)組成

ESITest測(cè)試平臺(tái)由硬件部分和軟件部分組成，如圖2所示。硬件部分由PC機(jī)和各類USB接口設(shè)備組成，USB接口設(shè)備包括CAN通信設(shè)備、1553B通信設(shè)備，RS232、RS422/485串口通信設(shè)備，DA轉(zhuǎn)換設(shè)備，AD采集設(shè)備，DI/DO設(shè)備，繼電器模塊、虛擬示波器和波形發(fā)生器等。軟件部分主要包括測(cè)試設(shè)計(jì)軟件、測(cè)試執(zhí)行服務(wù)器軟件、測(cè)試執(zhí)行客戶端軟件、設(shè)備資源管理軟件以及USB接口設(shè)備所提供的輔助調(diào)試軟件。

USB接口設(shè)備一端與客戶端PC的USB接口相連，另一端與待測(cè)系統(tǒng)的特定接口相連。客戶端PC機(jī)負(fù)責(zé)運(yùn)行測(cè)試執(zhí)行客戶端軟件，實(shí)現(xiàn)與待測(cè)系統(tǒng)的接口互聯(lián)，處理測(cè)試數(shù)據(jù)。服務(wù)器端統(tǒng)一進(jìn)行測(cè)試設(shè)計(jì)和測(cè)試執(zhí)行控制。多臺(tái)PC機(jī)構(gòu)成C/S結(jié)構(gòu)的分布式系統(tǒng)，從而組成不同規(guī)模需求的測(cè)試環(huán)境。

3.3平臺(tái)使用流程

利用ESITest測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)軟件測(cè)試的主要流程如下。

（1）首先在設(shè)備資源管理軟件中對(duì)通信設(shè)備及設(shè)備下的通道進(jìn)行維護(hù)，生成資源配置文件，供測(cè)試設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)備規(guī)劃時(shí)使用；

（2）使用測(cè)試設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建測(cè)試方案、測(cè)試項(xiàng)目，在測(cè)試項(xiàng)目下創(chuàng)建仿真模型，添加待測(cè)系統(tǒng)、外圍系統(tǒng)、通道、協(xié)議，創(chuàng)建設(shè)備規(guī)劃、PC規(guī)劃，設(shè)計(jì)測(cè)試監(jiān)控窗體；

（3）使用測(cè)試執(zhí)行服務(wù)器軟件，打開測(cè)試方案，監(jiān)聽客戶端的連接請(qǐng)求，建立與客戶端的連接，形成分布式的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

（4）使用測(cè)試腳本編寫測(cè)試用例，測(cè)試用例執(zhí)行時(shí)發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)客戶端到USB設(shè)備，最終到達(dá)待測(cè)系統(tǒng)中，并接收經(jīng)由客戶端返回的待測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

（5）選擇編寫好的測(cè)試用例腳本執(zhí)行，在測(cè)試執(zhí)行過程中，服務(wù)器端和客戶端均能打開測(cè)試監(jiān)控窗臺(tái)，實(shí)時(shí)對(duì)測(cè)試執(zhí)行中的通信數(shù)據(jù)顯示和保存；

（6）測(cè)試用例腳本執(zhí)行完成后，如果測(cè)試用例腳本中具有預(yù)期結(jié)果與實(shí)際結(jié)果判斷的邏輯，則會(huì)自動(dòng)給出本次測(cè)試執(zhí)行是否通過，如果腳本中沒有預(yù)期結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的判斷邏輯，事后可以對(duì)記錄的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷本測(cè)試用例腳本是否執(zhí)行通過。

4　ESITest平臺(tái)在電子監(jiān)測(cè)儀測(cè)試中的應(yīng)用

4.1測(cè)試環(huán)境搭建

圖3為利用ESITest測(cè)試平臺(tái)搭建的電子監(jiān)測(cè)儀綜合測(cè)試環(huán)境，測(cè)試環(huán)境由1個(gè)服務(wù)器端、2個(gè)客戶端、2塊AD/DA板卡（EM9636BD）、1塊繼電器板卡（USB2211）、1塊虛擬波形發(fā)生器卡（DDS3005）、1塊DI/DO板卡（USB-7660B/2）、1塊CAN通信板卡（GY8508）組成。

圖3　電子監(jiān)測(cè)儀的ESITest測(cè)試環(huán)境搭建

服務(wù)器端通過USB連接兩個(gè)EM9636BD，通過隔離模塊將EM9636BD的0-5V模擬電壓輸出轉(zhuǎn)為0-20mA的模擬電流輸出，共7路；同時(shí)通過第2塊EM9636BD 的DI輸入接收電子監(jiān)測(cè)儀的2路報(bào)警輸出信號(hào)；通過ESITest測(cè)試平臺(tái)客戶端1連接1個(gè)繼電器模塊USB-2211，通過繼電器開關(guān)的閉合模擬24V的開關(guān)量信號(hào)共9路，此開關(guān)量信號(hào)由24直流電源供電；同時(shí)客戶端1再連接1塊CAN總線GY8508板卡，用于與電子監(jiān)測(cè)儀之間實(shí)現(xiàn)CAN通信交互；通過ESITest測(cè)試平臺(tái)客戶端2連接1個(gè)任意波形發(fā)生器USB-DDS3005產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)USB-7660B/2的時(shí)鐘信號(hào)，由USB-7660B/2分頻產(chǎn)生2路計(jì)數(shù)器輸出，通過ESITest測(cè)試平臺(tái)客戶端設(shè)置分頻的計(jì)數(shù)值用于驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速的脈沖信號(hào)。

4.2基于ESITest的測(cè)試設(shè)計(jì)

搭建好硬件測(cè)試環(huán)境后，需要利用ESITest測(cè)試平臺(tái)開展測(cè)試設(shè)計(jì)工作。首先在ESITest測(cè)試平臺(tái)中進(jìn)行測(cè)試交聯(lián)環(huán)境仿真建模，添加外圍系統(tǒng)以及7 路DA（模擬量輸出）通道、1路DI（數(shù)字量輸入）通道、9路DO（數(shù)字量輸出）通道、2路CTO（計(jì)數(shù)器輸出）通道和1路CAN通信通道。并為每個(gè)通道設(shè)置相應(yīng)的屬性和添加相應(yīng)的協(xié)議。DA通道屬性設(shè)置為：輸出模式：物理值，輸出范圍：0V-10V，通道號(hào)：1-4；DO通道屬性只需設(shè)置通道號(hào)1-9；CTO通道：工作方式：方式3（輸出方波），計(jì)數(shù)初值：100，通道號(hào)：1-2。CAN通道：波特率：115200bps，過濾模式：雙濾波，過濾屏蔽碼：0xFF、0xED、0xfd、0xbe。

為設(shè)備規(guī)劃添加所用到的板卡設(shè)備，添加好設(shè)備后，將交聯(lián)環(huán)境建模的各個(gè)通道分別綁定到相應(yīng)的板卡設(shè)備上，2路CTO通道綁定到USB7660B/2上，7路DA與1路DI通道綁定到2塊EM9636BD上，9路DO綁定在USB-2211繼電器板卡上，CAN綁定在GY8508板卡上。然后將規(guī)劃好的硬件板卡與測(cè)試計(jì)算機(jī)終端相連，建立PC規(guī)劃方案，通過三臺(tái)筆記本電腦作為測(cè)試服務(wù)器與客戶端，設(shè)置各個(gè)測(cè)試終端的IP地址與端口號(hào)。

圖4　ESITest測(cè)試平臺(tái)交聯(lián)環(huán)境建模

為每個(gè)通道連線編寫應(yīng)用層的協(xié)議，對(duì)于AD、DA、DI、DO以及CTO通道，其協(xié)議只包括一個(gè)字段，定義為Segment Data StandardUInt8Default=0即可，對(duì)于CAN總線接口，按照CAN應(yīng)用協(xié)議的定義用ESITest測(cè)試平臺(tái)提供的通信協(xié)議描述編輯器描述如下：

Protocol ExtendedFrame

Segment LenRandomUInt Length=4

#數(shù)據(jù)長度

Segment h1 RandomInt Length=2 Format=Complement

#保留

Segment FrameType Boolean

#幀類型

Segment FrameFormatBoolean

#幀格式

Segment ID StandardUInt32 ByteOrder=Big

#ID

Segment LQYWD StandardUInt8Default=0

#冷卻液溫度

Segment ZLQWD StandardUInt8Default=0

#中冷器溫度

Segment YYYW StandardUInt8Default=0

#液壓油溫

Segment BJQYW StandardUInt8Default=0

#變矩器油溫

Segment h2 StandardInt32 Format=Complement

#保留

End

最后，為了方便對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的觀測(cè)，在三個(gè)測(cè)試終端上分別建立數(shù)據(jù)監(jiān)控窗口，在監(jiān)控窗口設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于每個(gè)監(jiān)控控件，只需要直接綁定協(xié)議描述語言中的字段變量，就可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試過程中的自動(dòng)監(jiān)控。

圖5　電子監(jiān)測(cè)儀測(cè)試執(zhí)行中的ESITest監(jiān)控窗體

4.3連續(xù)運(yùn)行時(shí)間測(cè)試

編寫電子監(jiān)測(cè)儀連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的python測(cè)試用例腳本[4]，主要代碼如下：

tm=8*60*1000

#設(shè)置連續(xù)運(yùn)行8小時(shí)

steptm=4000

#設(shè)置每4秒改變一次輸入模擬

N=tm/400

#求取運(yùn)行的次數(shù)

for i in range(N)

#多次循環(huán)以測(cè)試連續(xù)運(yùn)行情況

DA1_P.P1.DA.Value = DA1[i]

#為通道協(xié)議賦值

DO1_P.P1.DO.Value = DO1[i]

CTO1_P.P1.CTO.Value = CTO1[i]

DA1_P.Write()

#進(jìn)行通道輸出

DO1_P.Write()

CTO1_P.Write()

CAN1.Read(true)

#等待從CAN總線中讀取響應(yīng)數(shù)據(jù)

Assert(CAN1.ExtendedFrame.LQYWD.Value= DA1_P.P1.DA.Value/65536*100)

#判斷是否通過

Sleep(steptm)

#等待steptm ms，以進(jìn)行下一循環(huán)測(cè)試

測(cè)試用例腳本編寫非常簡(jiǎn)單，用戶只需要編寫很短的幾行代碼，就可以完成較復(fù)雜的自動(dòng)化測(cè)試。在該測(cè)試用例腳本中，設(shè)置tm為需要運(yùn)行的時(shí)間，這里設(shè)置運(yùn)行8小時(shí)，就可以連續(xù)不斷地開展對(duì)電子監(jiān)測(cè)儀的測(cè)試，并且不同通道的數(shù)據(jù)可以根據(jù)事先設(shè)置的數(shù)組取值，確保了連續(xù)運(yùn)行時(shí)間測(cè)試時(shí)對(duì)不同的數(shù)據(jù)輸入達(dá)到覆蓋率的要求，同時(shí)還可以在腳本中加入測(cè)試用例是否通過的判定語句。測(cè)試執(zhí)行時(shí)，只需要在ESITest測(cè)試平臺(tái)選擇編寫好的測(cè)試用例腳本進(jìn)行執(zhí)行，執(zhí)行的過程中可以打開不同的監(jiān)控窗體監(jiān)控通道的數(shù)據(jù)變化情況。如圖5所示。

4.4報(bào)警時(shí)間性能測(cè)試

為測(cè)試油壓報(bào)警延時(shí)，需要利用ESITest測(cè)試平臺(tái)模擬報(bào)警事件，并計(jì)算出從電子監(jiān)測(cè)儀接收到超出閾值的信號(hào)到電子監(jiān)測(cè)儀輸出報(bào)警信號(hào)的時(shí)間，驗(yàn)證電子監(jiān)測(cè)儀的報(bào)警延時(shí)時(shí)間是否在允許的誤差范圍內(nèi)。主要的測(cè)試腳本編碼如下：

DA1_P.P1.DA.Value = 3050

#設(shè)置模擬的油壓信號(hào)，使其超出閾值范圍

a = HNow()

#取出當(dāng)前時(shí)間

DA1_P.Write()

#輸出給電子監(jiān)測(cè)儀

while 1:

#等待報(bào)警輸出DO為高點(diǎn)平

DI1_P.Read(True)

if DI1_P.P1.DI7.Value == 1:

b = HNow()

break

printfb-a

#輸出給控制臺(tái)時(shí)間性能值

Assert（b-a<5000）

#判斷是否滿足5s的要求

在服務(wù)器端運(yùn)行該測(cè)試用例腳本后，就可以輸出相應(yīng)的報(bào)警延時(shí)時(shí)間值，可以多次運(yùn)行取出最大值、最小值以及平均值，以此來作為報(bào)警延時(shí)的時(shí)間性能測(cè)量結(jié)果。

5　結(jié)束語

ESITest測(cè)試平臺(tái)提供了高度集成的測(cè)試設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境，具有測(cè)試項(xiàng)目管理、交聯(lián)環(huán)境仿真建模、應(yīng)用協(xié)議描述、測(cè)試資源規(guī)劃、實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)、測(cè)試用腳本開發(fā)及管理、測(cè)試執(zhí)行、測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析、測(cè)試報(bào)告生成等功能，分布式的系統(tǒng)架構(gòu)使其具有極強(qiáng)的擴(kuò)展能力，可靈活組件不同規(guī)模要求的測(cè)試環(huán)境。利用ESITest測(cè)試平臺(tái)所完成的某型工程機(jī)械電子監(jiān)測(cè)儀的自動(dòng)化測(cè)試任務(wù)，極大地提高了電子監(jiān)測(cè)儀嵌入式軟件測(cè)試的覆蓋率和可靠性，通過ESITest測(cè)試平臺(tái)服務(wù)器的統(tǒng)一時(shí)鐘管理優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了電子監(jiān)測(cè)儀油壓報(bào)警延時(shí)的時(shí)間性能測(cè)試，為電子監(jiān)測(cè)儀的報(bào)警反應(yīng)時(shí)間性能指標(biāo)驗(yàn)收提供了技術(shù)手段。

參考文獻(xiàn)

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葉祥明，江西瑞昌人，工程師，目前主要從事裝備軟件測(cè)試工作。

作者簡(jiǎn)介：