模塊化通用測試設(shè)備及自動化測試

文/黃榮 張劍平 高偉松

隨著航空技術(shù)的快速發(fā)展, 電子裝備的多樣化和復(fù)雜化程度不斷提高, 對相應(yīng)的測試設(shè)備提出了越來越高的測試要求,使得測試設(shè)備更新速度加快、自動化程度日益提高。

為了滿足各種復(fù)雜電子裝備的測試需求，科研院所相繼研制了各種專用的測試設(shè)備。然而在電子裝備快速發(fā)展的歷程中,這種專用測試設(shè)備的研制,就顯露出了其浪費系統(tǒng)資源、更新速度慢、升級困難等諸多缺點。因此,隨著各種測試設(shè)備研制需求的不斷增加，一種模塊化、通用化的測試設(shè)備就越顯重要。

模塊化通用測試設(shè)備研制需求是基于軍品研究所2017年產(chǎn)品測試類基礎(chǔ)設(shè)施配置需求統(tǒng)計分析以及各型號軟件測試要求（如實時性要求、安全性測試、強度測試等）獲取。本文將從模塊化通用測試設(shè)備系統(tǒng)方案、軟件ETest_RT 平臺簡介、自動化測試三個方面進行描述。

1 系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)組成及功能

模塊化測試設(shè)備由主控計算機以及五大類、共九種測試模塊構(gòu)建，如圖1所示。主控計算機是通用測試設(shè)備的核心，通過以太網(wǎng)向各種測試模塊發(fā)送測試要求，同時接收各測試模塊反饋的信息，判斷產(chǎn)品工作狀態(tài)，生成測試報告。各種測試模塊按照主控計算機的指令，向被測產(chǎn)品提供相應(yīng)信號，并采集被測產(chǎn)品回送的信號，或與被測產(chǎn)品建立通訊，實現(xiàn)產(chǎn)品測試，并向主控計算機反饋被測產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息。模塊化通用測試設(shè)備系統(tǒng)采用ETestStudio 作為進行此次項目建設(shè)的基礎(chǔ)開發(fā)平臺。

1.2 構(gòu)建方案

圖1：模塊化通用測試設(shè)備系統(tǒng)組成框圖

模塊化測試設(shè)備平臺硬件包括主控計算機與測試模塊，主控計算機采用工控計算機，測試模塊采用PCI 構(gòu)架的測控計算機，兩者之間采用以太網(wǎng)絡(luò)相連，硬件架構(gòu)見圖1。模塊化測試設(shè)備平臺中的應(yīng)用軟件主要包括測試設(shè)計子系統(tǒng)、測試運行子系統(tǒng)、測試監(jiān)控與分析子系統(tǒng)。主控計算機和測試模塊均安裝ETestStudio 軟件，其中主控計算機主要執(zhí)行測試方案設(shè)計、硬件環(huán)境配置、接收測試模塊返回數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，而測試模塊則負(fù)責(zé)按照主控計算機設(shè)計的方案執(zhí)行并反饋數(shù)據(jù)至主控計算機，主控計算機配置為軟件服務(wù)端，測試模塊配置為軟件客戶端，兩者之間的通信如圖2所示。

如圖2所示，在主控計算機上的客戶端控制服務(wù)中配置各個測試模塊為客戶端，如各客戶端（測試模塊）IP 地址配置等，兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸采用TCP/IP 以太網(wǎng)協(xié)議。通過主控計算機的設(shè)備規(guī)劃功能，將每個測試模塊中的信號采集設(shè)備與對應(yīng)的客戶端建立關(guān)系。當(dāng)主控計算機上測試客戶端發(fā)送測試指令時，測試模塊可以自動接收指令，并調(diào)用信號采集設(shè)備對應(yīng)的API 函數(shù)，驅(qū)動信號采集設(shè)備向被測系統(tǒng)發(fā)送出模擬信號。這種方式不受網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)的影響，測試穩(wěn)定性較高。

對于總線測試模塊，可分為高速總線、通用總線及專用總線測試模塊，每個測試模塊配置相應(yīng)數(shù)量的總線模塊，故在使用模塊化通用測試設(shè)備后，僅需根據(jù)各型號通訊總線情況配置相應(yīng)數(shù)量總線測試模塊，通過以太網(wǎng)與主控計算機建立連接，在主控計算機配置各測試模塊IP 地址，設(shè)計測試方案，并設(shè)計監(jiān)控軟件。則測試模塊則會按照主控計算機設(shè)計的腳本自動運行。在執(zhí)行過程中可通過監(jiān)控軟件查看總線數(shù)據(jù)收發(fā)情況。因數(shù)據(jù)接收發(fā)送測試腳本均在測試模塊中運行，通過在測試腳本中設(shè)置時間來保證數(shù)據(jù)實時性要求。而對于測試擴展，則可通過多通道或多測試模塊運行，通過測試腳本設(shè)計來保證1 拖4 的要求。

2 ETest_RT平臺簡介

ETest_RT的應(yīng)用軟件由測試設(shè)計子系統(tǒng)、測試運行子系統(tǒng)、測試監(jiān)控與分析子系統(tǒng)和測試輔助工具軟件組成。詳見圖3軟件功能架構(gòu)。

2.1 測試設(shè)計子系統(tǒng)

該系統(tǒng)功能包含設(shè)計工作臺和設(shè)備資源管理。設(shè)計工作臺主要對待測產(chǎn)品及其對外接口進行建模，進行協(xié)議編輯及分析、創(chuàng)建測試監(jiān)控軟件、建立硬件規(guī)劃、創(chuàng)建及管理測試用例，確定測試要準(zhǔn)備的接口設(shè)備數(shù)量。其中創(chuàng)建的監(jiān)控軟件對應(yīng)于之前使用的測試軟件，區(qū)別在于該軟件開發(fā)是在ETest_RT 平臺基礎(chǔ)上開發(fā)，且該軟件僅需綁定屬性及綁定相應(yīng)測試腳本等圖形操作開發(fā)，無需進行單獨編程。整個產(chǎn)品測試的核心在于測試腳本的設(shè)計，測試腳本能夠按照自定的時序控制方式實現(xiàn)向待測產(chǎn)品的數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)自動解析，將比特流解析成具有意義的用戶數(shù)據(jù)。設(shè)備資源管理軟件模塊提供了系統(tǒng)支持的測試設(shè)備及通道的管理功能，提供了系統(tǒng)設(shè)備擴展的接口。

表1

圖2：通信方式

圖3：軟件功能架構(gòu)

圖4：RS232 接口仿真模型設(shè)計

2.2 測試運行子系統(tǒng)

該系統(tǒng)功能包含測試運行服務(wù)軟件、運行態(tài)執(zhí)行端實時上位機、運行態(tài)執(zhí)行端實時下位機。測試運行服務(wù)軟件包括測試調(diào)度臺（如用于調(diào)度哪個測試模塊進行通訊）、運行服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心，它們是與客戶端軟件（測試模塊中軟件）相配合，驅(qū)動測試數(shù)據(jù)，進行自動化測試執(zhí)行。運行態(tài)執(zhí)行端是實現(xiàn)實時性的關(guān)鍵子系統(tǒng)，包括實時上位機和實時下位機。

2.3 測試監(jiān)控與分析子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)監(jiān)控器則以虛擬儀表或圖表方式顯示當(dāng)前測試數(shù)據(jù)，與VC 及LabWindows 所開發(fā)的測試軟件界面相似。測試數(shù)據(jù)分析提供了對測試過程中數(shù)據(jù)的記錄，可以實現(xiàn)對歷史測試數(shù)據(jù)的查詢，并自動按照一定的模板格式創(chuàng)建測試用例單。

2.4 測試輔助工具軟件

工具軟件提供了嵌入式系統(tǒng)測試時部分常用的軟件工具，主要包含計算器、曲線數(shù)據(jù)生成工具、協(xié)議模板管理等

3 自動化測試

本章節(jié)從自動化測試技術(shù)介紹、測試方案搭建、測試軟件開發(fā)以及測試方案執(zhí)行四個方面進行介紹。

3.1 自動化測試計劃介紹

軟件測試自動化主要是通過使用自動測試工具，按照設(shè)計的機制，自動對被測系統(tǒng)進行測試的一種技術(shù)，它具有良好的可操作性、高效率和可重復(fù)性等特點。測試自動化是軟件測試中提高測試效率、測試覆蓋率和測試可靠性的重要手段。本文介紹的自動化測試均是基于Python 語言編寫的測試腳本。

軟件測試自動化存在如下優(yōu)點:

（1）節(jié)省人力資源，降低測試成本。如在回歸測試中，如果使用的是手工方式，就需要大量的人力測試原有功能，而在自動化測試中，可以利用測試工具將原測試用例保存下來，重新運行一遍就可以了，這樣就節(jié)省了大量的人力資源；

（2）增強測試的穩(wěn)定性和可靠性。通過測試工具進行自動測試，減少測試人員的過程干預(yù)，保證測試的穩(wěn)定性。同時減少手工測試時人員可能產(chǎn)生的漏測或失誤。

（3）完備測試方法和手段。系統(tǒng)測試的基本要求是被測系統(tǒng)能盡量運行在真實的環(huán)境中，這要求嵌入式軟件必須實現(xiàn)實時、閉環(huán)、非侵入的系統(tǒng)測試，但如果完全依賴于真實的運行環(huán)境，由于很難創(chuàng)造各類可能會引起嵌入式軟件故障的輸入條件，導(dǎo)致對嵌入式軟件的測試很難達到充分性要求。就比如對數(shù)據(jù)從發(fā)送到接收的時效性、各總線數(shù)據(jù)按一定時序發(fā)送等測試手段。

3.2 測試方案搭建

以ETest_RT 平臺基礎(chǔ)上新建測試方案，首先須進行仿真模型搭建，對顯示器的通訊進行分析，以圖形化方式建立模型圖，如圖4RS232 接口仿真模型設(shè)計所示。

完成模型圖設(shè)計后，則是對每一路通訊協(xié)議進行定義，通過給定的ICD 格式用DPD 語言進行描述，以RS232 協(xié)議為例，協(xié)議見表1所示。

該協(xié)議共包含四個部分：數(shù)據(jù)包頭、命令、數(shù)據(jù)、校驗和，分別用DPD 語言描述：

（1）數(shù)據(jù)包頭：0xaa 0x55 兩個字節(jié)，需要用16 位無符號整形StandardUInt16 定義，也可以用兩個StandardUInt8 定義。

（2）命令：一個字節(jié)，需要用8 位無符號整形StandardUInt8 定義

（3）數(shù)據(jù)：一個字節(jié)，需要用8 位無符號整形StandardUInt8 定義

（4）校驗和：需要用校驗字段類型定義，并指定校驗算法、校驗位長度、以及校驗范圍

即該協(xié)議定義格式為：

Protocol Main

Segment 數(shù)據(jù)包頭 StandardUInt16 Default=0xaa55 ByteOrder=Big #數(shù)據(jù)包頭

Segment 命令 StandardUInt8 Default=0 #0x00：日模式 0x0a：夜模式

Segment 數(shù)據(jù) StandardUInt8 Default=0 #0-255

Segment 校驗和 CRC Algorithm=CRC_SUM_8 BitCount=8 #校驗位

End

（1）Protocol、End：固定格式

（2）Main：協(xié)議名稱，可自定義

（3）Segment：定義協(xié)議字段關(guān)鍵字

（4）數(shù)據(jù)包頭：該字段的名稱，自定義

（5）StandardUInt16：該字段的數(shù)據(jù)類型，根據(jù)協(xié)議格式選擇不同的數(shù)據(jù)類型

（6）Default：為默認(rèn)值

（7）ByteOrder：字節(jié)序（僅針對多字節(jié)數(shù)據(jù)），0xaa 為低字節(jié)，賦值時為0xaa55，則字節(jié)序為Big（大端模式）；如果賦值為0x55aa，則字節(jié)序為Small（小端模式）

（8）校驗字段：用CRC 定 義，Algorithm 為校驗算法（提供常用算法，也可以自定義），BitCount 為校驗位長度

協(xié)議定義完成后，則需將實際連接的測試模塊與仿真模型中所使用的總線進行綁定，配置相應(yīng)的波特率、通道等屬性，此時前期的準(zhǔn)備工作已完成，后續(xù)則是開展測試的執(zhí)行工作，具體見下文。

3.3 測試軟件開發(fā)

ETest_RT 可以用直觀的方式在測試過程中顯示測試數(shù)據(jù)。設(shè)計工作臺中提供了對測試監(jiān)控界面的設(shè)計功能，用戶可以在監(jiān)控設(shè)計面板上添加數(shù)據(jù)監(jiān)控控件，并通過綁定協(xié)議字段或協(xié)議字段的計算公式，從而可以在監(jiān)控運行時直觀地顯示測試數(shù)據(jù)的變化。在測試軟件開發(fā)時類似于VC 及LabWindows 進行圖形化界面設(shè)計，但區(qū)別在于其無需編寫代碼，只需綁定協(xié)議定義的屬性或綁定下面所涉及的腳本即可完成數(shù)據(jù)發(fā)送及接收的顯示，設(shè)計界面見圖5所示。

圖5：測試軟件設(shè)計界面

3.4 測試方案執(zhí)行

在完成上述步驟后，則進入測試的核心工作即測試腳本設(shè)計，測試腳本以Python 語言基礎(chǔ)，遵循Python 語法規(guī)則，用縮進代表語句塊。

Python 是一種解釋型、面向?qū)ο?、動態(tài)數(shù)據(jù)類型的高級程序設(shè)計語言。具有開發(fā)效率高，語言簡潔，易閱讀，描述能力強、跨平臺、復(fù)用性良好，與C 或C++性能相同等特點。測試腳本包括了對嵌入式系統(tǒng)測試特性的描述，主要有測試輸入（發(fā)送數(shù)據(jù)）、獲取測試反饋（接收數(shù)據(jù)）以及執(zhí)行時間控制等。

仍然以上述RS232 為例，在腳本中訪問協(xié)議字段的方法：數(shù)據(jù)連接對象名稱.字段名.Value，例如：COMW.命令.Value，就可以對其進行賦值、打印操作。在數(shù)據(jù)的發(fā)送與讀取有：數(shù)據(jù)連接對象.Write()、數(shù)據(jù)連接對象.BlockRead()（阻塞讀取方式）、數(shù)據(jù)連接對象.Read()（非阻塞讀取方式），即該腳本即可寫成如下所示：

def Main():

for i in range(1000):

COMW.數(shù)據(jù)包頭.Value = 0xaa55#給協(xié)議字段賦值

COMW.命令.Value = 0x00

COMW.數(shù)據(jù).Value = 1

COMW.Write() #將數(shù)據(jù)組包并發(fā)送出去

COMR.BlockRead() #讀取返回的數(shù)據(jù)，并解析

print COMR.亮度.Value#打印讀取的數(shù)據(jù)值

print COMR.加熱狀態(tài).Value

print COMR.日夜模式.ValueAPI.Common.Timer.Normal.Sleep(20) #延時，每隔20ms 發(fā)送一幀數(shù)據(jù)

Main()

該腳本實現(xiàn)了定時20ms 進行數(shù)據(jù)發(fā)送，其中只需將COMW、COMR 與監(jiān)控軟件綁定即可實現(xiàn)監(jiān)控軟件顯示，在腳本中設(shè)計可通過加載各種函數(shù)庫實現(xiàn)各種功能，通過if 語句判定用例是否通過，以及通過文本記錄整個測試過程中。包括在什么時間點發(fā)送什么數(shù)據(jù)接收什么數(shù)據(jù)結(jié)果怎么樣均能通過測試腳本設(shè)計。對于測試測試人員可以依據(jù)腳本設(shè)計復(fù)雜時序以達到性能、安全性、強度測試等要求內(nèi)容。而且在腳本設(shè)計完成后，過程中腳本執(zhí)行可無需人員在旁。對于回歸測試或者系統(tǒng)產(chǎn)品可直接借用測試腳本只需進行相應(yīng)內(nèi)容修改即可。但這也同時對測試工程師的技術(shù)要求提高。