一種通用化便攜式軟件測試設(shè)備的設(shè)計(jì)

于晗 李柯達(dá)

關(guān)鍵詞：軟件測試；專用測試設(shè)備；通用測試設(shè)備；通信協(xié)議；通用性

0 引言

隨著我國軍事事業(yè)的不斷發(fā)展，不同兵種作戰(zhàn)產(chǎn)品的種類越來越多，復(fù)雜程度也越來越大。在產(chǎn)品的系列化發(fā)展過程中，通常需要很多測試設(shè)備對產(chǎn)品的各個(gè)部件進(jìn)行測試，以確定其各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求[1]。

傳統(tǒng)的專用測試設(shè)備通常由項(xiàng)目組在立項(xiàng)之初起就進(jìn)行同步設(shè)計(jì)，這類測試設(shè)備大部分是針對一種或兩種部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，而無法應(yīng)用于其他部件，具有很強(qiáng)的專用性[2]。一臺專用測試設(shè)備往往只適用于一個(gè)項(xiàng)目，在項(xiàng)目結(jié)束之后，測試設(shè)備也就失去了作用，這造成了硬件的極大浪費(fèi)。專用軟件測試設(shè)備面臨的另一個(gè)問題是研發(fā)周期很長，由于通信協(xié)議制定以及研發(fā)過程中協(xié)議在不斷地變更，導(dǎo)致專用測試設(shè)備也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。這種調(diào)整往往是重新進(jìn)行編碼，因而周期很長、成本很高。

此外，由于專用測試設(shè)備的種種限制，測試環(huán)境的搭建會非常耗時(shí)并且一些特殊的測試用例也無法得到執(zhí)行。為了解決上述這些問題，同時(shí)滿足產(chǎn)品開發(fā)的需要，建立一種通用化的軟件測試設(shè)備，是非常必要的。

目前，通用化的測試?yán)砟钜呀?jīng)在各個(gè)不同領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3-8]。2011年，何銀菊等人設(shè)計(jì)開發(fā)了基于LabView的控制器自動測試平臺，該平臺可以在短時(shí)間內(nèi)完成控制器自動測試系統(tǒng)的硬件連接和軟件定制[9]。2019年張旭洲和李林研究了航空電子產(chǎn)品的通用測試設(shè)備架構(gòu)，從而縮短了開發(fā)周期、節(jié)約了研制成本，提升了設(shè)備利用率[10]。

本文提出了一種通用化便攜式軟件測試設(shè)備，它配置有RS422串口、ARINC429接口、AD/DA接口、IO 接口等多個(gè)硬件接口，滿足了絕大多數(shù)軍用軟件接口測試的需求，充分地利用了硬件資源，節(jié)約了研制成本。同時(shí)，測試設(shè)備提供了便捷的通信邏輯和時(shí)序邏輯編譯環(huán)境，方便用戶根據(jù)情況進(jìn)行修改，具有一定的通用性。軟件測試設(shè)備主要包括以下內(nèi)容：總體設(shè)計(jì)及工作原理、硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)。

1 總體設(shè)計(jì)及工作原理

通用化便攜式軟件測試設(shè)備是一個(gè)涉及硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的綜合平臺，平臺主要由主控計(jì)算機(jī)、信號處理系統(tǒng)以及接口適配器三部分組成。

主控計(jì)算機(jī)內(nèi)部集成控制處理系統(tǒng)，并運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件，包括有測試用例編程軟件、測試用例數(shù)據(jù)管理軟件、測試實(shí)例數(shù)據(jù)接收軟件、測試實(shí)例架構(gòu)軟件、測試實(shí)例數(shù)據(jù)發(fā)送軟件以及接口驅(qū)動軟件等，負(fù)責(zé)模式設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、處理及導(dǎo)出等各種操作，并且與信號處理系統(tǒng)進(jìn)行通信，對整個(gè)測試過程進(jìn)行控制。

信號處理系統(tǒng)包含了一個(gè)多功能接口系統(tǒng)板和一個(gè)信號調(diào)理板，主要完成對被測設(shè)備連接的信號調(diào)理、處理，信息采集，激勵(lì)信號產(chǎn)生等任務(wù)，接口適配器負(fù)責(zé)與被測設(shè)備連接。

區(qū)別于分體式設(shè)計(jì)，本文采用一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將主控計(jì)算機(jī)、信號處理系統(tǒng)以及接口適配器集成到同一個(gè)工控機(jī)箱中，重量較輕、便于攜帶。軟件測試設(shè)備總體設(shè)計(jì)框圖見圖1。

通用化便攜式軟件測試設(shè)備的工作原理包括以下幾部分：

1） 搭建測試環(huán)境。建立測試設(shè)備與被測件之間的仿真交聯(lián)環(huán)境，依據(jù)通信協(xié)議配置硬件接口與軟件通信協(xié)議和時(shí)序邏輯，為后續(xù)的軟件測試提供仿真測試環(huán)境。

2） 確定測試項(xiàng)目。根據(jù)軟件測試需求，明確軟件測試項(xiàng)目，然后通過編輯測試用例，加載到“實(shí)時(shí)測試系統(tǒng)”中進(jìn)行實(shí)時(shí)測試，驅(qū)動仿真模型的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)與被測設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。

3） 進(jìn)行測試。對測試結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。通過對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定被測設(shè)備軟件是否符合軟件測試需求。

2 硬件設(shè)計(jì)

軍用武器系統(tǒng)裝備復(fù)雜，一個(gè)系統(tǒng)通常包含多個(gè)不同的部件，而一個(gè)部件又往往與多個(gè)不同的部件相關(guān)聯(lián)。因此，測試設(shè)備要能夠與多個(gè)不同外部設(shè)備相關(guān)聯(lián)。這就要求軟件測試設(shè)備的硬件具有一定的通用性。

本文通過對以往慣性導(dǎo)航裝置、伺服控制裝置以及發(fā)控裝置軟件測試中使用的硬件接口進(jìn)行整理， 歸納出如下接口（見圖2） 。如果一個(gè)軟件測試設(shè)備可以集結(jié)上述硬件接口，由用戶根據(jù)需求進(jìn)行相應(yīng)的配置，那么這個(gè)測試設(shè)備就具有一定的通用性。

根據(jù)通用性的要求，軟件測試設(shè)備配置了RS422 串口、ARINC429 串口、AD接口以及DA接口等，具體情況見表1。用戶可以根據(jù)軟件測試需要選擇相應(yīng)的硬件接口并且對接口通訊進(jìn)行設(shè)置。此外，測試設(shè)備還預(yù)留了卡槽，方便用戶根據(jù)實(shí)際情況對設(shè)備硬件資源進(jìn)行擴(kuò)展，以適應(yīng)不同的測試需求。

以RS422端口為例，考慮到不同被測設(shè)備端口數(shù)量的不同，測試系統(tǒng)包含了8 路普通接口（422-1～422-7） 可以發(fā)送以及3路專用串口（422-9～422-11） 只用于發(fā)送，用戶可以根據(jù)需要決定通道使能。同時(shí)，用戶也可以對串口的波特率、校驗(yàn)方式（無校驗(yàn)、偶校驗(yàn)和奇校驗(yàn)）以及串口發(fā)送周期進(jìn)行設(shè)定。

3 軟件設(shè)計(jì)

作為整個(gè)便攜式軟件測試系統(tǒng)的重要組成部分，軟件設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)測試系統(tǒng)的測試性能以及軟件測試流程的順利進(jìn)行?？紤]到軟件設(shè)計(jì)的可靠性與可維護(hù)性原則，本文選用LabView作為軟件開發(fā)平臺，它具有開發(fā)便利、可以快捷進(jìn)行協(xié)議配置和通信邏輯配置等優(yōu)點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)分為通信協(xié)議設(shè)計(jì)和時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)兩大塊。

3.1 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

軟件測試系統(tǒng)的通用性主要體現(xiàn)在通信協(xié)議可配置。 傳統(tǒng)專用測試設(shè)備的通信協(xié)議通常是根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)行定制，與測試設(shè)備直接關(guān)聯(lián)，無法更改。如果在產(chǎn)品的研發(fā)過程中通信協(xié)議發(fā)生變化，則需要重新編譯并與測試設(shè)備進(jìn)行鏈接。這就會增加軟件的開發(fā)時(shí)間，成本很高。

與傳統(tǒng)專用測試設(shè)備不同，本文提出的軟件測試系統(tǒng)提供了協(xié)議配置項(xiàng)的管理功能。協(xié)議配置項(xiàng)可供軟件配置加載也可供結(jié)果數(shù)據(jù)的解析使用。協(xié)議配置項(xiàng)是某個(gè)具體的協(xié)議，可由用戶手動輸入。用戶可以對測試設(shè)備參數(shù)配置表中的協(xié)議配置項(xiàng)進(jìn)行編輯、刪除、修改與新建。每個(gè)協(xié)議配置項(xiàng)都有一個(gè)唯一的名稱。

協(xié)議配置項(xiàng)由若干字段組成，每個(gè)字段都可以設(shè)置長度（單位：字節(jié)）、最大值、最小值、比例尺等。同時(shí)，用戶可以指定協(xié)議的長度、采取的是大端法還是小端法。

3.2 時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)

時(shí)序邏輯是整個(gè)軟件的核心功能，時(shí)序邏輯配置完成了信息交互的個(gè)性化定制，使得測試設(shè)備能夠滿足不同測試任務(wù)的測試需求，大大增強(qiáng)了測試設(shè)備的通用性。

在軟件測試過程中，外部設(shè)備與被測件之間通過報(bào)文進(jìn)行信息交互，而外部設(shè)備不同報(bào)文的發(fā)送是通過時(shí)序和事件節(jié)點(diǎn)觸發(fā)的。

根據(jù)觸發(fā)條件的不同，時(shí)序邏輯配置可以分為以下三類（見圖3） ：

1） 時(shí)序節(jié)點(diǎn)觸發(fā)：外部設(shè)備在設(shè)定好的一段時(shí)間后發(fā)送報(bào)文；

2） 事件節(jié)點(diǎn)觸發(fā)：外部設(shè)備在收到被測件的報(bào)文并按相應(yīng)協(xié)議解析后，按照一定的規(guī)則選擇報(bào)文并發(fā)送；

3） 時(shí)序和事件雙重節(jié)點(diǎn)觸發(fā)：在同時(shí)滿足時(shí)序和事件的條件下觸發(fā)。

軟件配置決定了發(fā)送報(bào)文的時(shí)序和邏輯結(jié)構(gòu)，但并不指定具體的報(bào)文，具體的報(bào)文在測試用例中添加。

4 測試流程

通用化便攜式軟件測試設(shè)備的測試流程包括了五部分：搭建測試環(huán)境、進(jìn)行協(xié)議配置、新建測試項(xiàng)目和測試用例、執(zhí)行測試用例、查看測試結(jié)果。本文以某慣性導(dǎo)航裝置軟件的測試為例，描述軟件測試設(shè)備的測試流程：

1） 首先建立測試設(shè)備與被測設(shè)備之間的仿真交聯(lián)環(huán)境（見圖4） 。慣性導(dǎo)航裝置（被測件）外部硬件環(huán)境包括5路RS422串行接口、6路TTL電平以及兩路電源（一路設(shè)置為±15V，一路設(shè)置為5V） 。

2） 對測試設(shè)備與被測件（慣性導(dǎo)航裝置）之間通信協(xié)議進(jìn)行配置。具體為將5路RS422串口信號、6 路TTL電平（脈沖輸出），按照通信協(xié)議內(nèi)容，進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置。

以其中3路RS422上的通信協(xié)議配置為例。被測件上電后，以2.5ms為周期，通過3路RS422向測試設(shè)備發(fā)送命令0xb1；測試設(shè)備收到命令0xb1后，通過3 路RS422向被測件回送報(bào)文a（周期為2.5ms） 。3路RS422上的報(bào)文傳遞如圖5所示。

3） 新建測試項(xiàng)目和測試用例。根據(jù)測試需求分析，建立測試項(xiàng)目。測試設(shè)備可以新建、編輯、刪除、修改測試項(xiàng)目和測試用例，每個(gè)測試項(xiàng)目和測試用例都有一個(gè)唯一的標(biāo)識。在測試用例編輯界面（見圖6） ，可以加載之前設(shè)置的硬件配置項(xiàng)和軟件配置項(xiàng)；若所需的硬件配置項(xiàng)、軟件配置項(xiàng)不存在，也可以手動設(shè)置，并將設(shè)置好的配置項(xiàng)保存到數(shù)據(jù)庫中，供后續(xù)測試用例重復(fù)使用。

4） 執(zhí)行測試用例。所有設(shè)置完畢后，給被測設(shè)備上電，開始運(yùn)行測試用例。通過日志可以實(shí)時(shí)查看報(bào)文的交互過程。

5） 查看測試結(jié)果。測試用例執(zhí)行完畢后，對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定被測件是否達(dá)到了預(yù)期的測試目的。

目前，本發(fā)明一種通用化便攜式軟件測試設(shè)備，已成功地應(yīng)用到某型號的彈載計(jì)算機(jī)和慣性導(dǎo)航裝置軟件的測試過程中。與傳統(tǒng)的專用軟件測試設(shè)備相比，本發(fā)明提出的技術(shù)方案中建立了多種不同類別的硬件接口，用戶可以通過選擇不同的硬件接口來模擬與不同被測設(shè)備之間的仿真交聯(lián)環(huán)境，可以充分利用硬件資源，節(jié)約研制成本，具有一定的通用性。同時(shí)，軟件測試設(shè)備與被測設(shè)備之間硬件以及通信協(xié)議均可以進(jìn)行配置，方便用戶根據(jù)測試依據(jù)進(jìn)行修改。此外，該測試設(shè)備具有很好的可擴(kuò)展性，平臺硬件和通用測試模塊均可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行擴(kuò)展，以適應(yīng)未來的測試需求。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種應(yīng)用于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的通用化便攜式軟件測試設(shè)備。用戶可以通過搭建被測件與測試設(shè)備之間的仿真交聯(lián)環(huán)境，配置硬件接口與軟件通信協(xié)議和時(shí)序邏輯，從而實(shí)現(xiàn)對被測件的軟件測試。區(qū)別于傳統(tǒng)的專用軟件測試設(shè)備，該測試設(shè)備能夠遷移應(yīng)用于多個(gè)不同的軍用軟件測試項(xiàng)目，具有一定的通用性。另一方面，測試設(shè)備搭建環(huán)境簡便快捷，能夠滿足當(dāng)前軍用軟件研制快節(jié)奏的要求。