一種用于CTCSCTCS半實物仿真系統的測試腳本語言

柯長博 盧 鑫（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

1 概述

CTCS列控系統是實現客運專線信號系統的關鍵技術裝備，各個列控設備運行的穩定性、互聯互通性、容錯性等都需要經過嚴格的測試。為了減少測試人員的工作強度，更好地利用資源和提高測試效率，在CTCS-3級半實物仿真平臺上，搭建一個能夠替代人工的自動測試環境是一個非常重要的課題。而設計一種能夠滿足CTCS半實物仿真測試平臺測試需求的測試腳本語言，是實現自動測試的基礎。

如果在自動測試中使用C++、Jav a等普通編程語言，將測試指令和測試邏輯直接嵌入測試代碼中，對于新的測試應用，代碼完全不具備可重用性。人們普遍意識到不同的自動測試應用之間存在著共通性和框架性的東西，通過重用和重組織已有的解決方案，可以快速實現新的測試應用[1]。

因此，隨著測試技術的發展，人們在自動測試中越來越少地直接使用普通編程語言，而是設計出各種測試腳本語言。測試腳本語言可以對測試行為進行描述，對測試過程進行建模，有較強的可重用性、可維護性和可擴展性。測試腳本語言執行時以解釋為主，具有平臺無關的特點。典型的測試腳本語言有A TM L[2，3]、CTL[4]、TTCN-3[5，6]等，其中TTCN-3不僅能夠滿足一致性測試的需求，還可以應用于互操作性測試、回歸測試、系統測試和集成測試。TTCN-3強大的測試描述能力和廣泛的適應性使其成為目前測試領域唯一的國際標準。TTCN-3從語法上看起來像一個普通的程序設計語言加上測試擴展，包括動態測試配置、匹配機制、定時器支持、測試判決處理、通信機制等。

雖然TTCN-3作為通用的測試語言功能比較全面，但是為其定制開發測試引擎就會比較復雜，造成功能上的冗余，也不便于擴展開發新的功能。一般而言，商用化測試工具經常采用可讀性較強、較為通用的腳本語言編寫測試腳本；專用測試工具因針對性較強，一般會根據被測試軟件的特點自定義腳本的內容和格式，自行解析。針對高速鐵路測試的應用，龐巴迪、泰雷茲等公司都開發了專用的測試語言。事實上，本文中設計的測試腳本語

柯長博，男，碩士畢業于清華大學，工程師。主要從事鐵路通信信號方面的工作。曾參與十一五國家支撐計劃及研究設計院若干重點項目，發表論文一篇（EI數據源），擁有發明專利一項（已授權）。言只相當于TTCN-3的部分功能。

現有的腳本語言技術，包括TTCN-3在內都集中在數據層次的分離，即分離測試數據和測試邏輯，并未對測試邏輯本身進行建模和表達。為了解決現有腳本語言存在的抽象層次低和測試腳本維護困難的問題，測試模型成為當前復雜系統測試領域的研究熱點，模型重用成了降低測試系統開發成本的系統化過程[7]。

基于測試過程模型，本文設計了一種適應于CTCS半實物仿真系統的層次化測試腳本語言。測試腳本語言是自動測試環境運行的基礎，定義了測試執行的過程，包括測試數據、測試事件和測試事件的執行邏輯，銜接了自動測試環境的各個模塊。

2 測試過程建模

2.1 測試事件模型

一個測試事件e是一個八元組（SUT，T，I，O，Cp，Cs，Lp，Ls），其中SUT是被測系統的測試信息集合，T是一個用來定義測試事件運行時行為的前置邏輯表達式，I是被測系統的輸入集合，O是被測系統的輸出集合，Cp是e的前提條件集合，Cs是e的后置條件集合，Lp是e的前繼連接集合，Ls是e的后繼連接集合[7]。

測試事件可以被分為3類：測試初始和結束事件、測試連接和測試動作。其中，測試初始和結束事件用于標識一個測試事件鏈，可以用于通知測試程序創建或者銷毀一個測試實例；測試連接是一個抽象的概念，用于表示測試過程中的控制流程；測試動作指測試腳本的一次執行操作，也就是指測試引擎對于被測系統的一次輸入，使被測系統產生一次狀態轉移。由這3類事件連接成了測試事件鏈，如圖1所示。

2.2 測試過程模型

一個測試過程是一個五元組（Q，E，L，V，t），其中Q是測試過程開始和結束標簽，E是測試動作集合，L是測試連接集合，V是環境變量集合，t是一個可選參數，表示測試動作的時間屬性。

通過將測試過程在事件層次和控制流層次上進行抽象，得到了測試過程模型。測試過程模型的核心思想是：通過分析測試需求，測試執行過程中的所有行為都可以用測試事件模型表示，每個測試事件都有前提條件和后置條件，通過前提條件和后置條件將測試事件串起來，就將測試過程抽象成了測試事件鏈。

3 測試腳本語言的設計

本章將介紹自定義的測試腳本語言的設計與實現。

3.1 XML語言的應用

可擴展標記語言(Ex tensib le M arkup Langu age，XM L)是W 3C組織于1998年發布的標準。與H TM L語言一樣，都是標準通用標記語言。XM L的優點，包括簡單性、平臺無關性、易解析性、自描述性。此外，XM L在得到普遍認可的同時，獲得越來越多的軟件支持。

本文設計的測試過程定義語言（TPDL）和測試信息描述語言（SID L）就是基于XM L語言編寫的，語言元素的標準語法由Sch em a定義。采用XM L Schema還能夠對文檔結構進行有效性檢查，檢查的項目包括：元素的定義、元素是否為空、是否包括文本或屬性的定義、元素之間的父子關系、子元素的順序和數目、元素和屬性的數據類型。

3.2 總體結構設計

本文設計的測試腳本語言包括TPDL和SIDL。TPDL作為測試過程的建模語言，是對測試過程的全面描述；SIDL作為被測對象的測試信息描述語言，是對被測對象的測試相關信息的全面描述。被測系統為測試過程提供了實現消息的發布，接收等功能的底層機制。

具體來說，TPDL用于編寫測試腳本，它將自然語言描述的測試案例抽象為計算機能識別的形式化描述，由測試引擎編譯執行；SIDL用于編寫配置文件，它將被測系統中測試相關的消息、映射、端口、操作等信息進行形式化的描述。在測試腳本的生成和執行過程中，都會用到配置文件，比如測試腳本中可以使用的消息，這些消息的具體字段，下發到被測系統的哪個端口等。TPDL和SIDL的結構和相互關系，如圖2所示。

3.3 TPDL的語法定義

TPDL關注于相對獨立的測試過程和過程規則，以及多個測試事件的組織和協調，從而在整體上形成并發執行的測試過程。TPDL的語法定義，如圖3所示，具體描述如表1所示。

3.4 SIDL的語法定義

SIDL描述了被測系統的各種信息，被測對象以SIDL標準的描述方式為測試系統提供測試信息，同時測試樁模塊也以SIDL為測試系統提供控制接口。SIDL編寫的配置文件是自動測試環境與被測對象的橋梁。

采取以設備為單位組織仿真支撐環境的功能接口，將屬于同一設備的所有操作，實現為一個描述文件。以設備為單位，描述對象相對固定，描述方式更簡潔，更統一。對于某個設備的某一種功能只出現在描述文件的一處，便于文件的編寫和維護，體現了面向對象的基本思想。

基于系統規模和仿真對象數量的考慮，為系統中每一個對象建立一組描述文件是不現實的，因此測試接口描述只覆蓋到設備一級，而不是仿真對象一級。如果同一種設備不管在系統中存在幾個實現的仿真對象，都只維護一個測試接口描述文件。在測試中，對具體仿真對象的指定，由測試工程師在編制測試腳本時進行。SIDL的語法定義，如圖4所示，具體描述如表2所示。

表1 TPDL語法的具體描述

表2 SIDL語法的具體描述

4 測試腳本語言的應用

在測試準備階段，根據SIDL規范對被測系統信息進行描述，為每個設備生成配置文件，建立起測試動作庫、接收消息庫、測試接口庫和消息映射庫等自動測試環境運行時需要的所有基礎信息。

在測試腳本的生成階段，腳本編輯器讀取測試動作庫和接收消息庫，將被測系統支持的所有接收和發送的消息和消息字段匯總。腳本編輯器將基本活動和邏輯活動提供給測試人員，編寫業務邏輯、配置測試數據，生成TPDL規范定義的XM L格式的測試腳本。最后，可以為測試腳本中的測試動作添加前提條件和后置條件。

在測試腳本的執行階段，由測試管理器根據消息接口庫為測試腳本中的消息添加目的地址，然后將測試腳本發送給測試引擎，并監控執行過程。測試引擎將測試腳本解析成測試事件鏈，根據消息映射庫將測試腳本中定義的測試動作映射到被測系統中真正能夠執行的消息類，并將前提條件和后置條件發送給綜合測評系統進行測試評價。

5 結論

本文提出了一種用于CTCS半實物仿真系統的測試腳本語言。基于測試過程模型，本測試腳本語言既實現了測試數據和測試邏輯的分離，也實現了對測試邏輯本身進行建模和表達。測試交互消息和被測系統信息都通過配置文件描述，有效地填補了測試需求與測試編碼之間的空白。使得自動測試環境的開發，能夠幾乎只關注于測試框架的搭建和測試腳本的解析，極大地提高了可維護性和可擴展性。本測試腳本語言基于XM L語言編寫，兼具平臺無關性、易解析性等優點。

應用表明，本測試腳本語言能夠銜接自動測試環境的各個模塊，滿足了CTCS半實物仿真系統的自動測試需求，也展示了在其他工程中巨大的應用潛力。

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