Python在光收發(fā)模塊測(cè)試腳本中的實(shí)現(xiàn)

摘 要：光收發(fā)模塊固件開發(fā)需根據(jù)不同的客戶需求而定制，使得測(cè)試用例不斷增加，因此長(zhǎng)時(shí)間的壓力測(cè)試也日益增多，為了節(jié)省測(cè)試用例編寫時(shí)間，提出了用Python語言編寫光收發(fā)模塊固件測(cè)試腳本的方法。文中介紹了基于Python調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫、構(gòu)建測(cè)試環(huán)境、編寫測(cè)試用例腳本等內(nèi)容。結(jié)果表明，選用Python易于編寫測(cè)試用例，提高了測(cè)試效率。

關(guān)鍵詞：光收發(fā)模塊；Python；測(cè)試腳本；動(dòng)態(tài)鏈接庫；ctypes；SFF-8472

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）06-0-03

0 引 言

光收發(fā)模塊是光通信系統(tǒng)的重要組成部分，是光纖通信系統(tǒng)中光電轉(zhuǎn)化的器件。本地終端將待傳輸?shù)碾娦盘?hào)由光收發(fā)模塊的電/光（E/O）轉(zhuǎn)換為適宜傳輸?shù)墓庑盘?hào)發(fā)送到光纖鏈路中，再由遠(yuǎn)方終端的另一個(gè)模塊把接收的光信號(hào)經(jīng)光收發(fā)模塊的光/電（O/E）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出給遠(yuǎn)方終端主機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)異地終端通信[1]。光收發(fā)模塊要滿足MSA協(xié)議的數(shù)字診斷監(jiān)測(cè)和監(jiān)控信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[2]、模擬量溫度補(bǔ)償以及系統(tǒng)I2C和突發(fā)Trigger中斷處理要求，因此固件（Firmware）測(cè)試是很重要的環(huán)節(jié)。

光模塊固件功能和性能測(cè)試是嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的工作，在固件交付給硬件工程師調(diào)測(cè)之前必須完成全面測(cè)試。具體測(cè)試方法主要包括白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試。黑盒測(cè)試可稱為功能測(cè)試、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測(cè)試或基于需求說明的測(cè)試，是在完全不考慮程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性的情況下，檢查輸入與輸出之間的關(guān)系是否符合要求[3]。我們?cè)谕瓿晒碳缀袦y(cè)試的條件下，黑盒測(cè)試主要是為滿足不同用戶對(duì)MSA多源協(xié)議的開放區(qū)域和加密區(qū)域需求以及面對(duì)潛在資源訪問沖突風(fēng)險(xiǎn)而進(jìn)行的測(cè)試。如果采用人工手動(dòng)測(cè)試，往往按照測(cè)試用例步驟反復(fù)操作，工作量很大，并且單調(diào)重復(fù)的工作容易出錯(cuò)；其次，系統(tǒng)壓力測(cè)試、性能測(cè)試需要模擬用戶系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景；最后，固件是否能長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行也非手工測(cè)試可以執(zhí)行。因此，需要軟件開發(fā)人員開發(fā)自動(dòng)化測(cè)試方案。光模塊的自動(dòng)化測(cè)試有幾種形式，最常見的是基于傳統(tǒng)的文本語言軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有LabWindows/CVI、VB、VC++、C#等；一種是基于圖形化語言軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有NI的LabVIEW編寫的GUI程序測(cè)試，或使用工具命令語言TCL編寫腳本測(cè)試[4]。軟件測(cè)試中，腳本技術(shù)的引入是實(shí)現(xiàn)軟件測(cè)試自動(dòng)化技術(shù)的有效手段[5]，Python易學(xué)易用，有更多模塊庫的支持，在編寫測(cè)試腳本中具有很大優(yōu)勢(shì)。

Python是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝愿呒?jí)編程語言，具有動(dòng)態(tài)語義[6]。Python的優(yōu)點(diǎn)是易讀易維護(hù)、可擴(kuò)展、可移植、擁有豐富的庫支撐[7]。Python是開發(fā)腳本的絕佳工具，Python的最大缺點(diǎn)是其整體性能。作為一種解釋性語言，Python比一些編譯語言（如C）慢。在一些重視速度的任務(wù)中，會(huì)影響測(cè)試性能。但可以把Python腳本編寫優(yōu)勢(shì)與其他語言的優(yōu)勢(shì)融合，使用Python開發(fā)自動(dòng)測(cè)試腳本，同時(shí)對(duì)于性能關(guān)鍵型和特定設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序代碼則仍使用其他語言，比如C，通過調(diào)用C語言編寫的動(dòng)態(tài)庫來克服其缺點(diǎn)?？梢杂肞ython的擴(kuò)展工具ctypes。ctypes最初是Thomas Heller開發(fā)的一個(gè)項(xiàng)目，但現(xiàn)在包含在標(biāo)準(zhǔn)庫中，雖然存在一些限制，但這可能是訪問C語言代碼的最簡(jiǎn)單方式之一，只需將庫導(dǎo)入就可使用。

1 光收發(fā)模塊測(cè)試接口

訪問光收發(fā)模塊監(jiān)控量接口時(shí)遵循多元協(xié)議，即SFF-8472協(xié)議。xPon的OLT和ONU使用SFF-8472協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)光鏈路的測(cè)量和診斷[8]。A0和A2地址值是SFF-8472規(guī)定的從設(shè)備地址值，每個(gè)地址可訪問256 B數(shù)據(jù)，如圖1所示[9]。A2地址還可通過127字段來選擇擴(kuò)展頁，其中128到255頁供光模塊生產(chǎn)商使用，一般用來調(diào)試接口或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 搭建Python自動(dòng)化測(cè)試腳本環(huán)境

2.1 Python調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫的方法

Python調(diào)用C語言編寫動(dòng)態(tài)鏈接庫，不僅要兼容C接口的調(diào)用習(xí)慣，還要兼容C語言的數(shù)據(jù)類型。而ctypes庫已經(jīng)做了這兩方面工作，使得調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫非常方便。ctypes導(dǎo)出cdll以及Windows下的windll和oledll對(duì)象，用于加載動(dòng)態(tài)鏈接庫。通過訪問這3個(gè)對(duì)象的屬性，就可以調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫的函數(shù)。cdll加載使用標(biāo)準(zhǔn)cdecl調(diào)用約定導(dǎo)出函數(shù)的庫，而windll庫使用stdcall調(diào)用約定函數(shù)。oledll使用stdcall調(diào)用約定，且返回值是Windows中返回的HRESULT值[10]。在Python程序中添加import ctype語句就可以導(dǎo)入ctypes庫。

2.2 cdll庫的加載

測(cè)試腳本需要加載2種不同調(diào)用約定方式的動(dòng)態(tài)鏈接庫，一種是cdll，另一種是windll。按cdll調(diào)用約定的動(dòng)態(tài)鏈接庫ATEAPI.dll是測(cè)試板驅(qū)動(dòng)程序，主要由USB訪問、I2C讀寫、測(cè)試板電源控制等底層操作函數(shù)組成，該動(dòng)態(tài)鏈接庫的加載如下：

self.objdll = ctypes.cdll.LoadLibrary（\".＼ATEAPI.dll\"）

2.2.1 測(cè)試板類的設(shè)計(jì)

可以設(shè)計(jì)一個(gè)類，在類中加載動(dòng)態(tài)鏈接庫ATEAPI.dll，并增加屬性和方法，便于測(cè)試腳本調(diào)用，具體代碼如下：

class cTestEvb：

def __init__（self， devusbindex=0）：

self.devUsbIndex = devusbindex

# load dll

self.objdll = ctypes.cdll.LoadLibrary（\".＼ATEAPI.dll\"）

# use property

def setUsbDevice（self， devusbindex）：

self.devUsbIndex = devusbindex

def getUsbDevice（self）：

return self.devUsbIndex

devusbindex = property（setUsbDevice， getUsbDevice）

# Open USB Device

def openUsbDevice（self）：

usbHandle = None

usbHandle = self.objdll.AteOpenDevice（self.devUsbIndex）

if usbHandle ！= None：

print（\"Open USB device {}\".format（self.devUsbIndex））

self.objdll.AteCloseDevice（usbHandle）

# Slot Power On

def AteAllPowerOn（self）：

self.objdll.AteSffPowerOn（self.devUsbIndex）

self.objdll.AteSfpPowerOn（self.devUsbIndex）

def AteAllPowerOff（self）：

self.objdll.AteSffPowerOff（self.devUsbIndex）

self.objdll.AteSfpPowerOff（self.devUsbIndex）

在編寫測(cè)試腳本程序時(shí)，首先創(chuàng)建類的對(duì)象，然后打開USB設(shè)備和測(cè)試板電源，代碼如下：

testEvb = cTestEvb（devUsbIndex）

testEvb.openUsbDevice（）

testEvb.AteAllPowerOn（）

2.3 windll庫的加載

另一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫是CommandIndex.dll，該庫可以完成一些測(cè)試命令的解析，通過在測(cè)試腳本輸入命令的方式測(cè)試光模塊，比直接操作光模塊A2擴(kuò)展頁中的寄存器更加方便快捷，因?yàn)檫@樣無需反復(fù)查看固件工程師編寫的Memory map文件，只需輸入命令，經(jīng)過CommandIndex.dll解析命令轉(zhuǎn)換為一幀含有包頭、包尾、累加和校驗(yàn)的數(shù)據(jù)包。光模塊接收這幀數(shù)據(jù)并解析命令后調(diào)用對(duì)應(yīng)函數(shù)或讀寫數(shù)據(jù)，再將讀數(shù)據(jù)打包，返回上位機(jī)。CommandIndex.dll的接口函數(shù)AteCmdSer完成命令輸入與數(shù)據(jù)輸出，函數(shù)原型如下：

__declspec（dllexport） int __stdcall AteCmdSer（char* ArgIn， char* ArgOut）;

ArgIn命令以字符串輸入，ArgOut數(shù)據(jù)以字符串輸出。

AteCmdSer函數(shù)負(fù)責(zé)接收輸入命令、解析命令、執(zhí)行命令（執(zhí)行時(shí)調(diào)用測(cè)試板動(dòng)態(tài)鏈接庫ATEAPI.dll的驅(qū)動(dòng)程序），返回結(jié)果。

CommandIndex.dll按照stdcall調(diào)用約定，所以按如下語句加載動(dòng)態(tài)庫：

cmdservdll=ctypes.windll.LoadLibrary（\".＼CommandIndex.dll\"）

2.3.1 定義和注冊(cè)回調(diào)函數(shù)

在光模塊測(cè)試中，光模塊與外界唯一的通信接口是I2C總線，不論任何命令，最終發(fā)給光模塊的數(shù)據(jù)均以I2C總線為載體，而CommandIndex.dll是通用鏈接庫，ATEAPI.dll是測(cè)試板專用鏈接庫，因此針對(duì)不同的測(cè)試板或設(shè)備需要指定I2C讀寫的調(diào)用函數(shù)，然后將I2C讀函數(shù)和I2C寫函數(shù)的指針傳遞給CommandIndex.dll，即注冊(cè)這2個(gè)回調(diào)函數(shù)。定義I2C讀函數(shù)和I2C寫函數(shù)，可以看到調(diào)用ATEAPI.dll的I2C讀寫函數(shù)：

def I2C_Read（nDev， nReg， nLen， pbyBuf）：

pbyValBuff = ctypes.c_ubyte * 256

pbyVal = pbyValBuff（）

wRes = testEvb.objdll.AteIicRandomRead（devusbindex， devSffChannel， nDev， nReg， nLen， pbyVal）

if 0 == wRes：

for i in range（nLen）：

pbyBuf[i] = pbyVal[i]

return wRes

def I2C_Write（nDev， nReg， nLen， pbyDat）：

pbyValBuff = ctypes.c_ubyte * 256

pbyVal = pbyValBuff（）

for i in range（nLen）：

pbyVal[i % 256] = pbyDat[i]

byRes = testEvb.objdll.AteIicRandomWrite（devusbindex， devSffChannel， nDev， nReg， nLen， ctypes.byref（pbyVal））

return byRes

ctypes允許從Python調(diào)用函數(shù)創(chuàng)建C可調(diào)用函數(shù)指針，有時(shí)稱為回調(diào)函數(shù)。首先，必須為回調(diào)函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)類。該類知道調(diào)用約定、返回類型以及該函數(shù)將接收的參數(shù)數(shù)量和類型。CFUNCTYPE（）函數(shù)使用cdecl調(diào)用約定為回調(diào)函數(shù)創(chuàng)建類型。在Windows下，WINFUNCTYPE（）函數(shù)使用stdcall調(diào)用約定為回調(diào)函數(shù)創(chuàng)建類型。調(diào)用這2個(gè)工廠函數(shù)時(shí)，將結(jié)果類型作為第一個(gè)參數(shù)，回調(diào)函數(shù)預(yù)期的參數(shù)類型作為剩余參數(shù)。

由于dll中調(diào)用約定是stdcall，所以使用WINFUNCTYPE（）

作為回調(diào)函數(shù)創(chuàng)建類型：

I2C_Read_FUNC = ctypes.WINFUNCTYPE（ctypes.c_int， ctypes.c_int， ctypes.c_int， ctypes.c_int， ctypes.POINTER（ctypes.c_ubyte））

I2C_Write_FUNC = ctypes.WINFUNCTYPE（ctypes.c_int， ctypes.c_int， ctypes.c_int， ctypes.c_int， ctypes.POINTER（ctypes.c_ubyte））

接下來調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫CommandIndex.dll中的RegistCallBackFunciton進(jìn)行注冊(cè)，注冊(cè)函數(shù)原型如下：

__declspec（dllexport） int __stdcall RegistCallBackFunciton（char* ArgIn， pBkFun pFun）;

將回調(diào)函數(shù)指針以及對(duì)應(yīng)的命令作為參數(shù)注冊(cè)：

_i2c_write_func = I2C_Write_FUNC（I2C_Write）

cmdType = b\"I2C_WRITE\"

cmdservdll.RegistCallBackFunciton（ctypes.string_at（cmdType）， _i2c_write_func）

i2c_read_func = I2C_Read_FUNC（I2C_Read）

cmdType = b'I2C_READ'

cmdservdll.RegistCallBackFunciton（ctypes.string_at（cmdType）， _i2c_read_func）

至此，我們就架起了測(cè)試腳本命令和測(cè)試板I2C讀寫的橋梁。

2.3.2 命令實(shí)現(xiàn)舉例

例如要讀固件版本的命令是“MCU_GET_VERSION（）”，我們可以這樣設(shè)計(jì)代碼：

strCmdIn = create_string_buffer（b'MCU_GET_VERSION（）'）

strCmdOutBuff = ctypes.c_ubyte*64

strCmdOut = strCmdOutBuff（）

strFwVer = []

retStauts = cmdservdll. AteCmdSer （strCmdIn， strCmdOut）

if 0 == retStauts：

strFwVer = [chr（strCmdOut[item]） for item in range（len（strCmdOut）） if 0 ！= strCmdOut[item]]

else：

print（\"Can't get firmware version， stop test ！ \"）

sys.exit（）

strFwVer = ''.join（strFwVer）

字符串格式為固件編號(hào)_版本號(hào)_編譯時(shí)間，讀出結(jié)果如下所示：

FEP91_1.3_20220426115813

3 編寫Python測(cè)試腳本

完成Python測(cè)試腳本測(cè)試環(huán)境的搭建后，可以很快編寫出測(cè)試用例腳本，以一個(gè)讀寫SFF-8472協(xié)議中的A2地址值0到96字段的壓力測(cè)試為例，流程如圖2所示。

該壓力測(cè)試腳本可以自行設(shè)定測(cè)試次數(shù)，我們以測(cè)試

10次為例演示測(cè)試腳本的過程和結(jié)果，如圖3所示。

4 結(jié) 語

本文提出了一種新穎的自動(dòng)化腳本測(cè)試—采用Python編寫光收發(fā)模塊自動(dòng)化測(cè)試腳本，詳細(xì)描述了如何搭建Python語言測(cè)試腳本的使用環(huán)境，并演示了自動(dòng)化腳本的編寫以及運(yùn)行結(jié)果。經(jīng)實(shí)際工作證明，針對(duì)不同的測(cè)試需求，能夠快速開發(fā)出測(cè)試腳本，提高測(cè)試效率，較好應(yīng)對(duì)客戶定制光模塊固件所帶來的需求變化。后續(xù)我們考慮充分利用Python強(qiáng)大的程序庫的支持，尤其在字符串處理、數(shù)據(jù)可視化、圖表輸出等方面，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為定位固件bug、性能分析提供強(qiáng)有力的支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]胡慶紅. SFP光收發(fā)模塊測(cè)試平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

[2]蘇友章，周劍揚(yáng)，郭元章.基于通用MCU的智能SFP光模塊設(shè)計(jì)[J].福建電腦，2009，25（3）：134-135.

[3]劉戈.嵌入式軟件測(cè)試[J].長(zhǎng)嶺技術(shù)，2006（2）：3.

[4]李志報(bào)，袁亮.基于Tcl/Tk語言的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013，39（1）：59-61.

[5]于以序，何艷敏，左雪梅，等.實(shí)時(shí)嵌入式軟件測(cè)試研究[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2004，30（5）：3-6.

[6][挪] Magnus Lie HetLand. Python基礎(chǔ)教程[M]. 3版.袁國(guó)忠，譯. 北京：人民郵電出版社，2018.

[7]百度百科. Python（計(jì)算機(jī)編程語言）[EB/OL]. [2023-05-25].https：//baike.baidu.com/item/Python/407313？fr=aladdin.

[8]吳承英，吳航，張志強(qiáng).光接入網(wǎng)實(shí)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2019.

[9] SINA.SFF-8472-R12.4.pdf [EB/OL].[2021-03-31].https：//www.snia.org/technology-communities/sff/specifications.

[10] Python官方網(wǎng)站. ctypes-A foreign function library for Python[EB/OL]. [2023-06-07]. https：//docs.python.org/3/library/ctypes.html.

作者簡(jiǎn)介：羅 震（1972—），男，工程碩士，工程師，主要從事光通信行業(yè)光收發(fā)模塊固件開發(fā)工作。