航空電子系統(tǒng)的自動(dòng)化測試應(yīng)用

張雪園

摘要：為了比較全面的了解目前航空電子系統(tǒng)的自動(dòng)化測試技術(shù)，以指導(dǎo)測試工作的實(shí)施，本文在對比航空電子系統(tǒng)領(lǐng)域中常用的自動(dòng)化測試方法的基礎(chǔ)上，介紹了國內(nèi)外產(chǎn)品級、接口/總線級、平臺/系統(tǒng)級自動(dòng)化測試技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：航空電子系統(tǒng);自動(dòng)化測試;應(yīng)用現(xiàn)狀

1 ?自動(dòng)化測試的概念和意義

隨著技術(shù)的發(fā)展，航空電子設(shè)備越來越趨向于小型化、集成化，航空電子系統(tǒng)由各子系統(tǒng)相對獨(dú)立的聯(lián)合式系統(tǒng)發(fā)展為集成度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的綜合模塊化航空電子系統(tǒng)[1，2]，系統(tǒng)測試日益復(fù)雜。傳統(tǒng)的手工測試難以滿足日益復(fù)雜的航空電子系統(tǒng)驗(yàn)證需求，傳統(tǒng)的手工測試中大量枯燥的重復(fù)操作增加試驗(yàn)人員的誤操作幾率和試驗(yàn)周期[3]。自動(dòng)化測試指的是用機(jī)器執(zhí)行代替人為驅(qū)動(dòng)的測試行為。它在預(yù)定條件（包括正常條件和異常條件）下運(yùn)行系統(tǒng)或軟件，評估運(yùn)行效果。自動(dòng)化測試的意義在于：

①優(yōu)化成本：降低勞動(dòng)量，降低測試成本;

②可靠：提高測試的全面性，提高測試精確度;

③快速：加快測試速度，縮短測試周期;

④規(guī)范化：提供規(guī)范化的測試流程;

⑤可重用：提高測試的重用性。

2 ?自動(dòng)化測試應(yīng)用及方法概述

航空電子系統(tǒng)中的自動(dòng)化技術(shù)主要應(yīng)用在接口測試自動(dòng)化和仿真控制與仿真模型調(diào)參。其中，接口測試自動(dòng)化包括面向ICD的自動(dòng)化測試和激勵(lì)響應(yīng)式的測試;仿真控制與仿真模型調(diào)參包括仿真啟停控制、仿真模型狀態(tài)切換和仿真模型參數(shù)調(diào)整。

常見的自動(dòng)化測試方法有記錄回放（Record and playback）、線性腳本（Linear scripting）、模塊化腳本（Modular scripting）、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測試（Data-driven testing）、關(guān)鍵字驅(qū)動(dòng)測試（Keyword-driven testing）等[4]。

3 ?自動(dòng)化測試技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

以采用基于關(guān)鍵字驅(qū)動(dòng)測試方式的柔性測試系統(tǒng)為例，在研制階段作為調(diào)試工具，輔助研發(fā)人員進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試、半實(shí)物仿真測試和功能邏輯驗(yàn)證;測試階段作為測試工具或驗(yàn)收工具，輔助測試人員進(jìn)行系統(tǒng)的出廠測試或驗(yàn)收測試;集成階段作為集成驗(yàn)證平臺，輔助系統(tǒng)工程師進(jìn)行多設(shè)備的集成、功能確認(rèn)和故障定位;維護(hù)階段作為檢測驗(yàn)證工具，輔助維護(hù)人員進(jìn)行故障定位、問題確認(rèn)和復(fù)現(xiàn)。

自動(dòng)化測試應(yīng)用案例：采用Rainbot（采用基于關(guān)鍵字的腳本框架）可實(shí)現(xiàn)部分場景測試（比如批產(chǎn)測試）;采用ITB+Rainbot---IO接口測試/自動(dòng)化測試系統(tǒng)，用于研發(fā)試驗(yàn);采用ITB+IMSS（新一代產(chǎn)品名為Simpole）+Rainbot實(shí)現(xiàn)基于動(dòng)態(tài)仿真的自動(dòng)化測試;故障注入測試（應(yīng)用層采用ITB+Rainbot，物理層、電氣層和協(xié)議層需額外的硬件，串在總線鏈路中制造故障）等。

以下將從產(chǎn)品級、接口/總線級、平臺/系統(tǒng)級和基于模型的自動(dòng)化測試技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

3.1 產(chǎn)品級測試

NI公司的TestStand可用于LRU級產(chǎn)品的通訊規(guī)約測試（主要是收發(fā)數(shù)據(jù)格式）。Boeing公司、商飛等才用TestStand對綜合顯示控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化測試。其中，采用的自動(dòng)化測試框架涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括自動(dòng)化測試腳本、接口自動(dòng)化測試、GUI自動(dòng)化測試等。

圖1是一種基于綜顯系統(tǒng)自動(dòng)化測試框架，實(shí)現(xiàn)的面向VAPS的自動(dòng)化測試應(yīng)用，它能夠完成對VAPS生成的綜合顯示軟件的自動(dòng)化測試。

3.2 接口/總線級自動(dòng)化測試應(yīng)用現(xiàn)狀

I/O接口測試平臺—ITB（InterfaceTestBench）用于電子系統(tǒng)/設(shè)備研發(fā)、集成測試、驗(yàn)收測試、外場測試和系統(tǒng)維護(hù)等階段的通信接口測試和故障定位，并具有接口激勵(lì)、旁路采集、實(shí)時(shí)解析監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析功能。支持IO資源部署包括AFDX、ARINC429、1553B、RS422/485/232、模擬量和離散量等。

615所的智能測試平臺功能上和ITB類似，它是基于bs架構(gòu)（指的是采用網(wǎng)頁開發(fā)的方式）設(shè)計(jì)的方法，采用python腳本根據(jù)icd的邏輯編寫測試用例。主要應(yīng)用于接口的ICD測試，包括icd解析、綁定和收發(fā)，能夠自動(dòng)生成測試序列和測試報(bào)告等功能。支持AFDX、ARINC429、1553B、RS422、FC、模擬量和離散量等測試。

中航工業(yè)第一飛機(jī)研究所的趙永庫等人設(shè)計(jì)了一種命令/響應(yīng)型的測試策略，對測試用例進(jìn)行設(shè)計(jì)（采用Python腳本語言），建立的AFDX網(wǎng)絡(luò)平臺可實(shí)現(xiàn)對AFDX總線通信數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和故障檢測，其中，可對測試進(jìn)程進(jìn)行管理和自動(dòng)生成測試報(bào)告[5]。

北京華力創(chuàng)通的多總線仿真測試平臺，采用Python腳本語言開發(fā)測試用例。它支持多種總線數(shù)據(jù)（包括ARINC 664、FC-AE、TTE、MIL-STD1553B、ARINC429、RS485/422、CAN、FlexRay等）的監(jiān)控、收發(fā)、查詢、統(tǒng)計(jì)分析和顯示的功能，支持測試用例生成和編輯、自動(dòng)化測試并保存測試數(shù)據(jù)、提供測試流程管理、測試報(bào)告輸出等。

3.3 平臺/系統(tǒng)級自動(dòng)化測試應(yīng)用

IMA測試平臺：主要用于支持IMA系統(tǒng)完成DO-297中要求的4級測試驗(yàn)證任務(wù)。目前，美國GE公司為中國商飛研發(fā)了支持完成DO-297中要求的4級測試驗(yàn)證任務(wù)IMA測試設(shè)備，技術(shù)處于領(lǐng)先地位。

恒潤的無人機(jī)總裝總調(diào)測試系統(tǒng)：主要針對無人機(jī)總裝測試任務(wù)，通過本系統(tǒng)可對無人機(jī)進(jìn)行整機(jī)功能性測試，可在總裝過程中確保整機(jī)組裝的可靠性。測試系統(tǒng)由信號調(diào)理適配箱、測試管理單元、機(jī)柜、電源等組成。

測試系統(tǒng)通過測試線纜與無人機(jī)飛控計(jì)算機(jī)連接，并與其建立RS232、RS422/485的數(shù)據(jù)通訊。

自動(dòng)測試設(shè)備設(shè)計(jì)工具：可提供集成的開發(fā)環(huán)境和設(shè)備硬件接口組件模型、測試流程編輯與控制組件，故障診斷與分析算法模型組件和信息顯示組件等一系列組件模型，支持ATE測試方案和測試流程的快速設(shè)計(jì)和測試運(yùn)行管控，構(gòu)建出面向特定系統(tǒng)/設(shè)備/部件的自動(dòng)測試設(shè)備。

哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司的盧丹和上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院的孟益民等人對民用飛機(jī)航電系統(tǒng)的自動(dòng)化測試與管理設(shè)計(jì)進(jìn)行過報(bào)道[6，7]。

SPHEREA公司（從空客獨(dú)立出來的公司）的U-TEST用于構(gòu)建綜合測試臺可實(shí)現(xiàn)的功能包括模型、ICD、視圖、自動(dòng)化測試、試驗(yàn)構(gòu)型配置管理，以及運(yùn)行時(shí)環(huán)境和控制。目前，U-TEST應(yīng)用于C919信息系統(tǒng)GIPC綜合測試臺。

3.4 基于模型的自動(dòng)化測試

基于航電Rhapsody模型，應(yīng)用Rhapsody軟件附帶的測試用例自動(dòng)生成模塊ATG自動(dòng)生成各種應(yīng)用場景下的測試用例;基于測試用例生成和編輯，可執(zhí)行、運(yùn)行測試腳本，驅(qū)動(dòng)開發(fā)環(huán)境，運(yùn)行平臺的仿真和測試資源，利用“激勵(lì)-響應(yīng)”測試方法，通過模型在特定激勵(lì)情況下的實(shí)際響應(yīng)與期望響應(yīng)比對，判定分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型和分系統(tǒng)實(shí)物設(shè)備是否符合設(shè)計(jì)要求。

以美國NI公司的TestStand作為自動(dòng)化測試用例的執(zhí)行引擎，采用基于COTS產(chǎn)品的硬件平臺和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并提供仿真模型的實(shí)時(shí)運(yùn)行平臺，實(shí)現(xiàn)了包含“激勵(lì)-響應(yīng)”測試和動(dòng)態(tài)閉環(huán)測試兩種方法的一體化解決方案。

德國TechSAT有限公司分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)開發(fā)、集成和測試解決方案ADS2產(chǎn)品包含有支持自動(dòng)化測試和測試用例管理的相關(guān)產(chǎn)品。如DevPySim工具，便是基于Python的腳本語言，用于自動(dòng)測試的應(yīng)用。

4 ?結(jié)束語

自動(dòng)化測試技術(shù)為航空電子系統(tǒng)的驗(yàn)證提供了支持，在測試工作實(shí)施之前，需要根據(jù)實(shí)際情況統(tǒng)籌考慮各自動(dòng)化測試技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的測試方法;同時(shí)，趨于集成度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的綜合模塊化航空電子系統(tǒng)對自動(dòng)化測試手段提出了更高的要求，促進(jìn)自動(dòng)化測試技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝文哲.基于模塊化測試框架的單元自動(dòng)化測試框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].華中科技大學(xué)碩士論文，2007.

[2]何志強(qiáng).綜合化航空電子系統(tǒng)發(fā)展歷程及重要支撐技術(shù)[J].電訊技術(shù)，2004（4）.

[3]殷莉莉.軟件測試自動(dòng)化框架的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京郵電大學(xué)碩士論文，2010.

[4]孟益民，王昕.民用飛機(jī)航電系統(tǒng)自動(dòng)化測試與管理設(shè)計(jì)與研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（29）.

[5]趙永庫.AFDX網(wǎng)絡(luò)測試技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)測量與控制， 2012（20）.

[6]盧丹.民用飛機(jī)航電系統(tǒng)自動(dòng)化測試與管理設(shè)計(jì)與研究[J]. 科技論壇，2012.