車載行駛記錄儀軟件性能測試工具設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?

寧先洪 于嘉維 王淑雪

（1北京中宏遠(yuǎn)達(dá)科技發(fā)展有限公司 北京 100094）

（2海軍工程大學(xué)計(jì)算機(jī)工程系 武漢 430033）

車載行駛記錄儀軟件性能測試工具設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?

寧先洪1于嘉維2王淑雪1

（1北京中宏遠(yuǎn)達(dá)科技發(fā)展有限公司 北京 100094）

（2海軍工程大學(xué)計(jì)算機(jī)工程系 武漢 430033）

根據(jù)車載行駛記錄儀通過接口數(shù)據(jù)展現(xiàn)功能、性能（含資源消耗性）測試實(shí)施成本過高的特點(diǎn)，針對(duì)性地提出了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不變鍵值遞增的測試數(shù)據(jù)生成工具和陪試軟硬件統(tǒng)籌配合的測試場景控制工具的設(shè)計(jì)理念。貫徹這些理念于車載行駛記錄儀的測試設(shè)計(jì)過程，借助開發(fā)的專用軟件測試工具，完成了記錄儀的性能測試，顯著縮短了測試周期，提高了被測軟件的性能和可靠性。

測試數(shù)據(jù)生成；測試場景控制；嵌入式軟件性能測試；嵌入式軟件資源消耗性測試

Classnumber TP311

1 引言

車載行駛記錄儀（簡稱記錄儀）可實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛行駛狀態(tài)和車輛位置的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過對(duì)記錄儀所記錄的行駛信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以掌控車輛的各種行駛狀況，有利于防止駕駛員違章駕駛，遏制重大交通事故，提高車輛利用率，降低運(yùn)行成本［1］。記錄儀軟件中包含有嵌入式軟件，為驗(yàn)證軟件功能、性能、可靠性等特性，常采用軟件測試技術(shù)對(duì)軟件進(jìn)行測試。

軟件測試是軟件生命周期中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是保證軟件質(zhì)量的重要方法［2］，它作為一個(gè)決定性技術(shù)和軟件工程的主要研究對(duì)象在各行各業(yè)中被廣泛應(yīng)用［3］。根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的統(tǒng)計(jì)報(bào)告指出，采用有效的軟件測試手段可以使由于軟件失效引起的經(jīng)濟(jì)損失減少到三分之二［4］。然而，軟件測試作為最常用的軟件驗(yàn)證技術(shù)卻依然面臨著巨大挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般軟件測試的花費(fèi)占軟件開發(fā)總成本的50%以上，所占時(shí)間和資源達(dá)到了40%～85%［5］。

實(shí)際項(xiàng)目中，為改善用戶體驗(yàn)，降低售后維護(hù)成本，需要對(duì)記錄儀進(jìn)行充分的測試［6］。無論是從節(jié)約成本的角度還是從保證軟件運(yùn)行質(zhì)量的角度出發(fā)，都需要面向?qū)嶋H問題研究并改進(jìn)軟件測試方法與技術(shù)［7～8］。

軟件功能正確、健壯性強(qiáng)是執(zhí)行性能（含資源消耗性）測試工作的前置條件，并不能說明該軟件沒有性能問題［9］。本文針對(duì)現(xiàn)有測試手段和方法的局限性，結(jié)合記錄儀軟件特性及性能測試過程中遇到的實(shí)際困難，從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不變鍵值遞增的測試數(shù)據(jù)生成和陪試軟硬件統(tǒng)籌配合的測試場景控制二個(gè)方面進(jìn)行軟件性能測試工具設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究。

2 性能測試工具設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)背景

嵌入式軟件是指依賴于硬件設(shè)備的內(nèi)嵌軟件，由于自身嵌入性、實(shí)時(shí)性、專用性、硬件依賴性、內(nèi)存不豐富、I/O通道少等特點(diǎn)，嵌入式軟件測試所用到的測試策略、方法和技術(shù)相比一般應(yīng)用軟件更為復(fù)雜［10］。記錄儀軟件正是一種用于監(jiān)控車輛行駛狀態(tài)和車輛位置的嵌入式軟件。

性能測試一般是在功能測試和健壯性測試完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的［11］。完成記錄儀軟件的較為徹底的功能測試（通過軟件測試輔助工具軟件向記錄儀接口注入正常數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)）和健壯性測試（通過軟件測試輔助工具軟件向記錄儀接口注入異常數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)）以后，需要對(duì)記錄儀展開性能測試。文獻(xiàn)［12］中介紹了對(duì)車載行駛記錄儀軟件功能與健壯性測試工具的設(shè)計(jì)與開發(fā)，本文在此工具的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)對(duì)記錄儀進(jìn)行測試性能和資源消耗性能測試工具。

記錄儀為黑匣子結(jié)構(gòu)，與外界之間有以下涉及性能的交聯(lián)方式：

1）通過RS232串口與上位機(jī)進(jìn)行有線交聯(lián)（已通過上位機(jī)與記錄儀間串口通信模擬軟件完成功能和健壯性測試），例如因數(shù)據(jù)積累而需要持續(xù)向上位機(jī)發(fā)送大量車輛行駛數(shù)據(jù)；

2）通過WiFi鏈路與無線數(shù)據(jù)接收器（簡稱接收器）進(jìn)行無線交聯(lián)（已通過接收器與記錄儀間WiFi通信模擬軟件完成功能和健壯性測試），例如因數(shù)據(jù)積累而需要持續(xù)向接收器發(fā)送大量車輛行駛數(shù)據(jù)；

3）通過移動(dòng)通信GSM鏈路使用GSM短信與車場監(jiān)控臺(tái)站（簡稱監(jiān)控臺(tái)）進(jìn)行GSM短信交聯(lián)（已通過監(jiān)控臺(tái)與記錄儀間GSM短信模擬軟件完成功能測試和健壯性測試），在這種交聯(lián)方式中，所有類型的短信均為實(shí)時(shí)發(fā)送，不存在數(shù)據(jù)積累現(xiàn)象。

記錄儀軟件沒有GUI界面，無法用主流的第三方軟件性能測試工具操作錄制（以形成性能測試腳本）、性能測試腳本編程、數(shù)據(jù)池處理編程和性能測試腳本回放等技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行性能測試。

記錄儀具有自動(dòng)保存6萬公里或200天車輛行駛數(shù)據(jù)的技術(shù)能力要求。本文的研究目的是如何采用適當(dāng)?shù)暮诤袦y試技術(shù)驗(yàn)證此需求并對(duì)其進(jìn)行充分的性能測試。

面向上述需求，本文在功能和健壯性測試工具的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了性能測試工具，以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不變鍵值遞增的測試數(shù)據(jù)生成和陪試軟硬件統(tǒng)籌配合的測試場景控制，來克服當(dāng)前記錄儀性能測試中存在的困難，實(shí)現(xiàn)了測試過程的高效性和充分性。圖1展示了采用本文方法的記錄儀性能測試環(huán)境示意圖。

圖1 記錄儀性能測試環(huán)境示意圖

如文獻(xiàn)［12］中所述，測試環(huán)境由寄主計(jì)算機(jī)、測試線纜和測試工裝等多個(gè)專用軟件測試工具組成：1）記錄儀持續(xù)行駛數(shù)據(jù)注入軟件用于實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不變鍵值遞增的測試數(shù)據(jù)生成工作；2）記錄儀長時(shí)間重復(fù)關(guān)機(jī)測試輔助軟件用于實(shí)現(xiàn)陪試軟硬件統(tǒng)籌配合的測試場景控制工作；3）導(dǎo)航數(shù)據(jù)錄入軟件用于形成導(dǎo)航數(shù)據(jù)樣本；4）上位機(jī)與記錄儀間串口通信模擬軟件、接收器與記錄儀間WiFi通信模擬軟件、監(jiān)控臺(tái)與記錄儀間GSM短信模擬軟件和記錄儀隨車行駛軌跡數(shù)據(jù)標(biāo)繪軟件用于監(jiān)測記錄儀運(yùn)行狀態(tài)。

本文第3、4節(jié)詳細(xì)介紹了記錄儀持續(xù)行駛數(shù)據(jù)注入軟件和記錄儀長時(shí)間重復(fù)關(guān)機(jī)測試輔助軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。

3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不變鍵值遞增的測試數(shù)據(jù)生成工具軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 持續(xù)性測試數(shù)據(jù)生成需求

我們可以用人工攜帶記錄儀驅(qū)車進(jìn)行6萬公里跑車試驗(yàn)的方法來驗(yàn)證記錄儀具有自動(dòng)保存6萬公里行駛數(shù)據(jù)的技術(shù)能力，但是該方法試驗(yàn)周期過長，人力和財(cái)力消耗成本較高；同時(shí)試驗(yàn)過程中記錄儀在野外出現(xiàn)問題不便于分析和修改，無法兼顧資源消耗性測試。

實(shí)際跑車試驗(yàn)條件難以實(shí)現(xiàn)，因此必須借助輔助工具軟件完成這項(xiàng)測試工作。在文獻(xiàn)［12］中在記錄儀軟件的功能和健壯性測試階段已經(jīng)開發(fā)了一些軟件測試輔助工具軟件［1］，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行漸進(jìn)性設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)可行的。

3.2 持續(xù)性測試數(shù)據(jù)生成設(shè)計(jì)

為模擬記錄儀行駛6萬公里的場景，對(duì)記錄儀的衛(wèi)星定位模塊輸出的導(dǎo)航數(shù)據(jù)（為ASCII字符串，遵循NMEA0183，每秒一幀）進(jìn)行了分析：導(dǎo)航數(shù)據(jù)包括當(dāng)前時(shí)間、位置、航向、導(dǎo)航衛(wèi)星的俯仰角和方位角；當(dāng)前時(shí)間信息可以視為導(dǎo)航數(shù)據(jù)中的鍵值，其余信息為基本信息（記錄儀可以在不同時(shí)間多次途經(jīng)同一個(gè)地點(diǎn)，不可以同一時(shí)間位于不同的地點(diǎn)）。根據(jù)分析，對(duì)記錄儀軟件進(jìn)行重復(fù)性測試時(shí)開發(fā)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)回放軟件進(jìn)行功能改進(jìn)：1）回放時(shí)，樣本導(dǎo)航數(shù)據(jù)中的時(shí)間信息以指定時(shí)間為基準(zhǔn)，以組為單位按秒遞增，其余信息不變，校驗(yàn)數(shù)據(jù)重新計(jì)算，然后將數(shù)據(jù)經(jīng)串口注入記錄儀；2）添加樣本導(dǎo)航數(shù)據(jù)持續(xù)重復(fù)回放控制功能，每次循環(huán)回放導(dǎo)航數(shù)據(jù)中的時(shí)間信息依次遞增；3）記錄儀隨車行駛軌跡標(biāo)繪軟件（以下簡稱標(biāo)繪軟件）接收進(jìn)程間消息，獲取記錄儀的當(dāng)前時(shí)間、位置、速度和航向，將行駛信息標(biāo)繪在地圖上。

選擇適當(dāng)行車路線（含行車場景），使用導(dǎo)航數(shù)據(jù)錄制軟件錄制記錄儀從車場出發(fā)沿設(shè)定路線跑車后返回車場期間的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，啟動(dòng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)回放軟件，設(shè)定好回放次數(shù)后進(jìn)行驗(yàn)證，觀察記錄儀是否具有自動(dòng)保存6萬公里行駛數(shù)據(jù)的技術(shù)能力。

為檢查試驗(yàn)過程中記錄儀工作是否正常，需對(duì)原有軟件測試輔助工具軟件進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)：

1）監(jiān)控臺(tái)與記錄儀間GSM短信模擬軟件向標(biāo)繪軟件發(fā)送進(jìn)程間消息，告知記錄儀上報(bào)的行駛信息，標(biāo)繪軟件將該信息標(biāo)繪在地圖上；

2）接收器與記錄儀間WiFi通信模擬軟件向標(biāo)繪軟件發(fā)送進(jìn)程間消息，告知記錄儀上報(bào)的行駛信息，標(biāo)繪軟件將該信息標(biāo)繪在地圖上。

3.3 持續(xù)性測試數(shù)據(jù)生成實(shí)現(xiàn)

根據(jù)持續(xù)性測試場景生成設(shè)計(jì)方案，開發(fā)了記錄儀持續(xù)行駛數(shù)據(jù)注入軟件，對(duì)原有軟件測試輔助工具進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)。

記錄儀持續(xù)行駛數(shù)據(jù)注入軟件可驅(qū)使記錄儀不間斷模擬行駛完6萬公里路程（此過程中亦伴隨性進(jìn)行了記錄儀軟件的資源消耗性測試），期間可使用GSM短信模擬軟件和標(biāo)繪軟件監(jiān)測記錄儀行駛狀態(tài)，可挑選若干時(shí)間點(diǎn)使用串口通信模擬軟件和WiFi通信模擬軟件查詢記錄儀中的大量歷史數(shù)據(jù)，檢查記錄儀輸出的存量數(shù)據(jù)的正確性。

4 陪試軟硬件統(tǒng)籌配合的測試場景控制工具軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 測試場景控制工具需求

人工驅(qū)車攜帶記錄儀連續(xù)進(jìn)行200天的跑車試驗(yàn)會(huì)消耗大量的時(shí)間和資源，實(shí)際操作難度較大。因此，為驗(yàn)證記錄儀具有保存200天行駛數(shù)據(jù)的技術(shù)能力就必須通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)此測試場景，實(shí)際使用記錄儀的場景如下：

1）駕駛員啟動(dòng)記錄儀載車，記錄儀接通電源后接收導(dǎo)航數(shù)據(jù)并開始工作；

2）記錄儀載車駛近車場值班室，記錄儀收到接收器WiFi信號(hào)；

3）記錄儀載車駛離車場值班室，記錄儀與接收器失去WiFi信號(hào)連接；

4）記錄儀載車完成任務(wù)后返回，駛近過車場值班室，記錄儀接收到接收器WiFi信號(hào)后向接收器報(bào)送當(dāng)次車輛行駛數(shù)據(jù)；

5）記錄儀載車駛離車場值班室回停車位，記錄儀失去與接收器之間的WiFi信號(hào)連接；

6）記錄儀載車熄火，記錄儀斷電。

4.2 測試場景控制工具設(shè)計(jì)

測試場景控制工具需要完成的與記錄儀的實(shí)際使用場景相對(duì)應(yīng)的工作有：

1）記錄儀的適時(shí)上電與斷電；

2）WiFi信號(hào)的適時(shí)出現(xiàn)與消失；

3）模擬記錄儀行駛用導(dǎo)航數(shù)據(jù)適時(shí)注入記錄儀；

4）接收器適時(shí)開始從記錄儀接收車輛行駛數(shù)據(jù)。

所需陪試硬件如下：

1）記錄儀輸入電源；

2）無線路由器（為接收器與記錄儀間WiFi通信模擬軟件提供WiFi鏈路）；

3）四口RS232串口控制繼電器（控制記錄儀電源和無線路由器電源的通斷電操作）；

4）記錄儀接口線纜［10］。

須開發(fā)測試場景控制工具軟件，統(tǒng)籌調(diào)度相關(guān)的軟件和配試硬件協(xié)調(diào)工作：

1）通過RS232串口控制繼電器（硬件），為記錄儀上電與斷電；

2）通過RS232串口控制繼電器（硬件）為無線路由器上電與斷電，模擬WiFi信號(hào)適時(shí)出現(xiàn)與消失場景；

3）通過復(fù)用和改進(jìn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)回放軟件中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的按日生成和注入；

4）通過添加進(jìn)程間消息控制接收器模擬器（即接收器與記錄儀間WiFi通信模擬軟件，其部署在計(jì)算機(jī)上通過網(wǎng)線連接無線路由器）啟動(dòng)或停止接收行駛數(shù)據(jù)，接收器與記錄儀間WiFi通信模擬軟件需做適應(yīng)性改進(jìn)；

5）統(tǒng)籌調(diào)度上述四條所描述各項(xiàng)事務(wù)。

4.3 測試場景控制工具實(shí)現(xiàn)

根據(jù)測試場景控制工具軟件設(shè)計(jì)方案，在VC2010平臺(tái)上開發(fā)了記錄儀長時(shí)間重復(fù)關(guān)機(jī)測試輔助軟件（簡稱開關(guān)機(jī)測試軟件）。該軟件在Windows7環(huán)境下運(yùn)行，其主控界面如圖2所示。

圖2 記錄儀長時(shí)間重復(fù)關(guān)機(jī)測試輔助軟件主控界面

對(duì)開關(guān)機(jī)測試軟件簡要說明如下：

1）開關(guān)機(jī)測試軟件通過記錄儀串口號(hào)往記錄儀中注入模擬導(dǎo)航數(shù)據(jù)；

2）開關(guān)機(jī)測試軟件通過繼電器串口號(hào)控制記錄儀和無線路由器的適時(shí)通斷電；

3）點(diǎn)擊‘樣本文件’按鈕可選擇導(dǎo)航數(shù)據(jù)樣本文件，其中樣本文件通過事先規(guī)劃好跑車試驗(yàn)場景后使用導(dǎo)航數(shù)據(jù)錄制軟件錄制后形成；

4）‘樣本長’右側(cè)編輯框的內(nèi)容由開關(guān)機(jī)測試軟件分析樣本文件后自行填充；

5）‘循環(huán)結(jié)束前’右側(cè)編輯框可設(shè)置啟動(dòng)無線路由器的時(shí)機(jī)，‘接收器運(yùn)行’右側(cè)編輯框可設(shè)置關(guān)閉無線路由器的時(shí)機(jī)；

6）‘循環(huán)（天）數(shù)’右側(cè)編輯框可設(shè)置重復(fù)開關(guān)機(jī)次數(shù)，每次開機(jī)至關(guān)機(jī)模擬記錄儀一天的運(yùn)行（每天運(yùn)行時(shí)長由樣本文件時(shí)長確定），開關(guān)機(jī)測試軟件將樣本數(shù)據(jù)中的時(shí)間屬性按日遞增后注入到記錄儀中；

7）‘起始日’右側(cè)組合框可設(shè)置模擬數(shù)據(jù)的起始日期以避免與記錄儀中的存量數(shù)據(jù)發(fā)生沖突；

8）開關(guān)機(jī)測試軟件主界面下方列表框用于顯示發(fā)往或從記錄儀接收的數(shù)據(jù)；

9）開關(guān)機(jī)測試軟件的運(yùn)行日志界面，如圖3所示。

圖3 記錄儀長時(shí)間重復(fù)關(guān)機(jī)測試輔助軟件日志界面

進(jìn)行重復(fù)開關(guān)機(jī)試驗(yàn)期間，可使用改進(jìn)后記錄儀隨車行駛軌跡標(biāo)繪軟件、監(jiān)控臺(tái)與記錄儀間GSM短信模擬軟件、接收器與記錄儀間WiFi通信模擬軟件觀察記錄儀的工作狀態(tài)，確認(rèn)記錄儀是否處于正常工作狀態(tài)。

使用開關(guān)機(jī)測試軟件可以驗(yàn)證記錄儀是否具有保存200天行駛數(shù)據(jù)的技術(shù)能力，卻無法對(duì)記錄儀軟件進(jìn)行資源消耗性測試（因記錄儀需反復(fù)上電和斷電，相關(guān)資源被釋放）。待試驗(yàn)完成后，可使用上位機(jī)與記錄儀間串口通信模擬軟件和接收器與記錄儀間WiFi通信模擬軟件查詢記錄儀中的大量歷史存量數(shù)據(jù)，檢查記錄儀輸出的大批量存量數(shù)據(jù)的正確性。

5 結(jié)語

本文針對(duì)記錄儀軟件性能測試過程中出現(xiàn)的測試場景實(shí)施成本過高的情況，針對(duì)性地提出了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不變鍵值遞增的測試數(shù)據(jù)生成工具設(shè)計(jì)理念、陪試軟硬件統(tǒng)籌配合的測試場景控制工具軟件設(shè)計(jì)理念，并針對(duì)性地開發(fā)了測試輔助工具軟件，對(duì)記錄儀功能和健壯性測試階段開發(fā)的測試輔助工具軟件進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)。

借助這些測試輔助工具軟件，測試人員對(duì)記錄儀的性能進(jìn)行了充分測試。經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)了記錄儀功能和健壯性測試階段的測試手段無法發(fā)現(xiàn)的性能問題，這些性能問題將在記錄儀投入使用若干年后出現(xiàn)。

在記錄儀的性能測試期間，附帶發(fā)現(xiàn)了記錄儀硬件本身存在的一些非確定性故障，對(duì)這些故障現(xiàn)象進(jìn)行分析與修正，提高了記錄儀硬件的可靠性。

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Design and Im p lementation of Software Performance Testing Tools for Vehicle Traveling Data Recorder

NING Xianhong1YU Jiawei2WANG Shuxue1
（1 Beijing ZHYD Technology DevelopmentCo.，Ltd.Beijing 100094）
（2DepartmentofComputer Science，NavalUniversity of Engineering，Wuhan 430033）

According to the features of vehicle traveling data recorder that show the function through the interface data and high costof performance test implementation(including resource consumption),puting forward the design concept that toolofgenerating testdatawith basic-data-the-same and increasing key and testing scene control tool of co-ordinateing hardwarewith software.The testdesign process of carrying out the idea to the vehicle traveling data recorder,using special software testing tools to complete the performance testing instrument，shorten the testcycle,improve the performance and reliability of the tested software.

test data generate，test scenario control，embedded software performance testing，embedded software resource consumption test

TP311

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.09.018

2017年3月8日，

2017年4月21日

寧先洪，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：測量設(shè)備、精密儀器。于嘉維，男，碩士研究生，研究方向：軟件質(zhì)量保證技術(shù)。王淑雪，男，碩士，工程師，研究方向：軟件測試開發(fā)技術(shù)研究及實(shí)踐。