通用ATS軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)

黃曉晴 梁曉芬 鄭永龍 章 寧 周 濤 王緯國(guó)

(中國(guó)人民解放軍第5720工廠1，安徽 蕪湖 241007;南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院2，江蘇 南京 210016)

0 引言

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(automatic test system，ATS)一般由自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(automatic test equipment，ATE)、測(cè)試程序集(test program set，TPS)和TPS軟件開(kāi)發(fā)工具三部分組成。目前，ATS軟件通用性的研究已得到越來(lái)越多的重視［1－4］，ATS正從單一功能的專用系統(tǒng)向多功能的通用開(kāi)放系統(tǒng)發(fā)展［5］。然而，如何實(shí)現(xiàn)測(cè)試軟件的通用性和擴(kuò)展性仍是一個(gè)難題［6－12］。

本文以構(gòu)建通用測(cè)試系統(tǒng)為目的，提出了一種通用TPS軟件開(kāi)發(fā)工具的實(shí)現(xiàn)方法，給出了通用測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)(universaltestprogram development software，UTest)的框架結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法。該平臺(tái)可應(yīng)用于航空領(lǐng)域各類機(jī)載產(chǎn)品的測(cè)試維修，具有界面直觀、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，是產(chǎn)品維修和測(cè)試的重要工具。

1 UTest系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用流程

1.1 UTest結(jié)構(gòu)及功能

目前，在開(kāi)發(fā)針對(duì)某一被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，首先需要根據(jù)被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試要求選擇硬件資源;然后按照所選硬件資源及被測(cè)產(chǎn)品的接口信息，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)接口適配器;最后按照接口適配器連接關(guān)系以及硬件資源的配置情況，開(kāi)發(fā)專門的測(cè)試軟件，從而完成測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

上述開(kāi)發(fā)過(guò)程不僅需要開(kāi)發(fā)人員具有較強(qiáng)的軟件開(kāi)發(fā)能力，而且還需要開(kāi)發(fā)人員非常了解被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試要求。此外，由于采用該方式開(kāi)發(fā)的測(cè)試軟件僅針對(duì)某一被測(cè)產(chǎn)品，其操作模式、界面風(fēng)格、測(cè)試數(shù)據(jù)的保存等都存在很大差異，軟件的開(kāi)發(fā)周期也相對(duì)較長(zhǎng)。本文對(duì)測(cè)試平臺(tái)的需求、構(gòu)建方式進(jìn)行了充分分析，給出了完整的設(shè)計(jì)方案。UTest軟件系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 UTest軟件系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Architecture of the UTest software system

UTest平臺(tái)旨在提供通用的測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)工具，將測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程(除硬件資源選擇以外)都通過(guò)該平臺(tái)進(jìn)行管理。更重要的是，UTest提供測(cè)試程序集的自動(dòng)生成方法，這樣，測(cè)試人員無(wú)需編程就可以開(kāi)發(fā)出測(cè)試程序。

整個(gè)軟件平臺(tái)分成測(cè)試工程建模平臺(tái)(test engineering model platform，TEP)和測(cè)試程序執(zhí)行平臺(tái)(test program implementation platform，TIP)，這兩者之間通過(guò)特定格式的數(shù)據(jù)庫(kù)文件進(jìn)行連接。

1.1.1 測(cè)試工程建模平臺(tái)(TEP)

測(cè)試工程建模平臺(tái)包括被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試信息建模和測(cè)試策略編輯兩部分。測(cè)試信息建模需要實(shí)現(xiàn)的功能主要如下。

①測(cè)試資源的管理功能。根據(jù)系統(tǒng)組成，選擇被測(cè)產(chǎn)品需要的測(cè)試資源，并對(duì)測(cè)試資源進(jìn)行設(shè)置。

②被測(cè)產(chǎn)品建模功能。根據(jù)被測(cè)產(chǎn)品的具體信息，提供建立被測(cè)產(chǎn)品模型的工具。該工具能夠定義被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)口的名稱和功能描述、被測(cè)產(chǎn)品接口、被測(cè)產(chǎn)品與硬件資源的連接關(guān)系、被測(cè)產(chǎn)品與接口適配器的連接關(guān)系。

③接口適配器建模功能。該功能能夠提供建立接口適配器模型的工具，以及接口適配器名稱、接插件名稱，并定義接口適配器內(nèi)部連接關(guān)系。

測(cè)試工程建模平臺(tái)的另一部分——測(cè)試策略編輯模塊，能夠?yàn)楸粶y(cè)產(chǎn)品建立測(cè)試流程，提供建立測(cè)試任務(wù)的工具;分解被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試過(guò)程，建立測(cè)試任務(wù)。其主要功能如下。

①將被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試任務(wù)分解，建立測(cè)試任務(wù)樹(shù)。測(cè)試任務(wù)分解的最小單元是保證測(cè)試任務(wù)可以由單個(gè)函數(shù)完成。

②提供被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試策略編輯工具，將測(cè)試任務(wù)樹(shù)中的各任務(wù)單元按照測(cè)試流程建立連接。

③定義各測(cè)試任務(wù)的輸入、輸出數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)傳遞路徑。

1.1.2 測(cè)試程序執(zhí)行平臺(tái)(TIP)

測(cè)試程序執(zhí)行平臺(tái)通過(guò)載入被測(cè)產(chǎn)品已建立的測(cè)試策略模型，管理測(cè)試程序運(yùn)行所需的各種信息，同時(shí)提供測(cè)試程序的運(yùn)行環(huán)境。測(cè)試程序執(zhí)行平臺(tái)還負(fù)責(zé)對(duì)用戶進(jìn)行管理，記錄測(cè)試人員、測(cè)試產(chǎn)品信息，保存測(cè)試數(shù)據(jù)、生成測(cè)試報(bào)告。

TIP的主要功能具體如下。

①通過(guò)導(dǎo)入已建立的測(cè)試策略模型，建立測(cè)試程序運(yùn)行環(huán)境，以測(cè)試策略模型中測(cè)試樹(shù)的形式顯示測(cè)試任務(wù)。

②按照測(cè)試任務(wù)中的測(cè)試步驟，自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試任務(wù)，并按照用戶設(shè)置的信息，顯示測(cè)試結(jié)果。

③對(duì)測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，生成測(cè)試報(bào)告。

另外，在測(cè)試程序執(zhí)行平臺(tái)中的測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)是由一系列針對(duì)硬件資源開(kāi)發(fā)的測(cè)試函數(shù)構(gòu)成的。這些測(cè)試函數(shù)是在硬件資源所提供的驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)，封裝、整理成具備各種功能的測(cè)試函數(shù)。

每個(gè)測(cè)試函數(shù)均具有可直接執(zhí)行的特點(diǎn)。當(dāng)硬件資源發(fā)生改變時(shí)，可通過(guò)修改、替換、添加測(cè)試函數(shù)，使測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)與硬件資源相對(duì)應(yīng)，從而保證UTest平臺(tái)適應(yīng)硬件資源的變化。

1.2 UTest軟件應(yīng)用流程

UTest軟件系統(tǒng)架構(gòu)的確立決定了應(yīng)用該平臺(tái)開(kāi)發(fā)測(cè)試程序的過(guò)程。UTest軟件的應(yīng)用流程如圖2所示。

圖2 UTest軟件應(yīng)用流程Fig.2 Application fowchart of UTest

測(cè)試工程建模平臺(tái)和測(cè)試程序執(zhí)行平臺(tái)的具體流程如下。

首先，用戶通過(guò)測(cè)試信息建模模塊，根據(jù)被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試要求，選擇所需硬件資源，定義適配器接口，建立被測(cè)產(chǎn)品信息模型。在測(cè)試信息建模基礎(chǔ)上，測(cè)試策略編輯模塊對(duì)測(cè)試步驟和測(cè)試流程進(jìn)行描述。以測(cè)試工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)文件的形式保存上述信息。該文件能夠描述測(cè)試任務(wù)、測(cè)試流程，同時(shí)還能關(guān)聯(lián)測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)。

接著，在TIP平臺(tái)導(dǎo)入相應(yīng)產(chǎn)品的測(cè)試工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)文件，讀取測(cè)試策略的相關(guān)信息;按照此信息調(diào)用測(cè)試函數(shù)庫(kù)中的相應(yīng)函數(shù)并執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試。同時(shí)TIP平臺(tái)還對(duì)測(cè)試人員、測(cè)試數(shù)據(jù)、結(jié)果等進(jìn)行管理。

2 測(cè)試工程建模平臺(tái)(TEP)

2.1 TEP平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)

測(cè)試工程建模平臺(tái)基于數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建，將用戶提供的被測(cè)產(chǎn)品信息以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式保存，所有執(zhí)行平臺(tái)需要的信息均被保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容、構(gòu)建方式、數(shù)據(jù)表單之間的數(shù)據(jù)連接關(guān)系是方案設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，也是整個(gè)TEP平臺(tái)構(gòu)建的基礎(chǔ)。TEP平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)總體結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of the database

圖3中，測(cè)試工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)是用戶根據(jù)UUT測(cè)試要求，在測(cè)試工程建模平臺(tái)(TEP)上，按照測(cè)試工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建要求進(jìn)行創(chuàng)建的。

TEP平臺(tái)中的硬件資源及配置和測(cè)試函數(shù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)則根據(jù)通用測(cè)試系統(tǒng)的硬件資源情況，在UTest軟件開(kāi)發(fā)階段建立。當(dāng)用戶使用TEP平臺(tái)時(shí)，該數(shù)據(jù)庫(kù)已存在。當(dāng)硬件資源發(fā)生改變時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)信息需要進(jìn)行同步更新。

2.2 測(cè)試信息建模

測(cè)試信息建模用于構(gòu)建測(cè)試工程的總體框架，針對(duì)每一被測(cè)產(chǎn)品，用戶可以創(chuàng)建測(cè)試工程。新建的測(cè)試工程均包括測(cè)試資源管理、測(cè)試產(chǎn)品信息描述及接口適配器定義三個(gè)模塊。用戶根據(jù)被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試要求，分別在三個(gè)模塊中完成測(cè)試工程的創(chuàng)建。每個(gè)模塊均采用圖形化界面，并提供各種編輯工具，以提高TEP平臺(tái)的易用性。

2.3 測(cè)試策略編輯

測(cè)試策略編輯是對(duì)測(cè)試步驟、測(cè)試流程進(jìn)行描述的過(guò)程。本文提出將測(cè)試策略編輯模塊用樹(shù)的形式表示測(cè)試任務(wù)。測(cè)試任務(wù)樹(shù)將測(cè)試任務(wù)分解成各任務(wù)組，各任務(wù)組又可以包含多個(gè)測(cè)試任務(wù)，每個(gè)測(cè)試任務(wù)又分成測(cè)試點(diǎn)。測(cè)試任務(wù)樹(shù)分解的原則，就是要求最終的各測(cè)試點(diǎn)能夠由硬件資源測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)中的單個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。測(cè)試任務(wù)樹(shù)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 測(cè)試任務(wù)樹(shù)結(jié)構(gòu)Fig.4 Tree structure of the test task

測(cè)試策略編輯模塊除了提供測(cè)試任務(wù)樹(shù)編輯的功能外，還要能夠?qū)Ω鳒y(cè)試點(diǎn)的執(zhí)行順序進(jìn)行描述，完成測(cè)試步驟的寫入。測(cè)試策略編輯模塊利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)所有測(cè)試步驟進(jìn)行記錄，尤其是每步測(cè)試中測(cè)試函數(shù)的調(diào)用。數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄了調(diào)用測(cè)試函數(shù)的路徑，執(zhí)行測(cè)試函數(shù)時(shí)所用到的輸入、輸出參數(shù)的傳遞關(guān)系。TIP平臺(tái)通過(guò)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)信息，實(shí)現(xiàn)在執(zhí)行平臺(tái)下對(duì)硬件的操作。

測(cè)試策略模塊還為測(cè)試策略提供一些常用的執(zhí)行路徑選擇單元，如循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、分支、賦值等，這些功能也都封裝成功能函數(shù)，保存在測(cè)試函數(shù)庫(kù)的基礎(chǔ)函數(shù)庫(kù)，以滿足各種測(cè)試需求。

測(cè)試策略編輯是TEP平臺(tái)的核心模塊，在用戶編輯完測(cè)試策略后，該模塊將對(duì)整個(gè)策略進(jìn)行解析，使之與相應(yīng)的硬件資源測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)中的函數(shù)相匹配;并將匹配的結(jié)果、測(cè)試步驟、測(cè)試函數(shù)路徑及參數(shù)信息保存到測(cè)試工程數(shù)據(jù)庫(kù)中，供TIP執(zhí)行平臺(tái)調(diào)用。

3 測(cè)試程序執(zhí)行平臺(tái)(TIP)

3.1 功能模塊組成

TIP平臺(tái)用于執(zhí)行測(cè)試程序，通過(guò)導(dǎo)入并解析測(cè)試工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)文件，完成被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試程序的執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的調(diào)試、檢測(cè)以及故障判斷。TIP平臺(tái)由測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)、測(cè)試執(zhí)行管理、測(cè)試信息管理三部分組成。

測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)在UTest軟件開(kāi)發(fā)階段建立，由軟件開(kāi)發(fā)者根據(jù)硬件資源所提供的驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)測(cè)試函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)硬件資源所支持的各功能。所有的測(cè)試函數(shù)在開(kāi)發(fā)時(shí)，為滿足執(zhí)行平臺(tái)的調(diào)用，都必須嚴(yán)格按照測(cè)試函數(shù)的開(kāi)發(fā)要求編寫，每個(gè)測(cè)試程序函數(shù)都具有可直接執(zhí)行的特點(diǎn)。所有硬件資源的測(cè)試函數(shù)是構(gòu)成測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)的主要部分。測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)還包括基礎(chǔ)函數(shù)庫(kù)。基礎(chǔ)函數(shù)庫(kù)中的函數(shù)和硬件資源無(wú)關(guān)，主要用于實(shí)現(xiàn)測(cè)試程序執(zhí)行中所涉及的循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、選擇等功能。

測(cè)試執(zhí)行管理實(shí)現(xiàn)相關(guān)文件的導(dǎo)入以及測(cè)試工程建模平臺(tái)輸出的數(shù)據(jù)庫(kù)文件的解析。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，調(diào)用測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)。測(cè)試程序函數(shù)庫(kù)中的相應(yīng)函數(shù)直接執(zhí)行，無(wú)需編譯，從而完成測(cè)試程序的運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)被測(cè)產(chǎn)品的檢驗(yàn)、測(cè)試和故障判斷。

測(cè)試信息管理包括測(cè)試結(jié)果的顯示和保存、測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)表管理、用戶管理、測(cè)試任務(wù)查詢等管理功能。

3.2 測(cè)試程序執(zhí)行軟件流程

測(cè)試程序執(zhí)行平臺(tái)的核心是測(cè)試執(zhí)行管理模塊。該模塊讀取測(cè)試工程數(shù)據(jù)庫(kù)信息，并按照數(shù)據(jù)庫(kù)信息調(diào)用測(cè)試函數(shù)庫(kù)中的測(cè)試函數(shù)，使之運(yùn)行;同時(shí)，還需管理測(cè)試函數(shù)的輸入、輸出參數(shù)的傳遞和執(zhí)行順序，以實(shí)現(xiàn)測(cè)試策略。利用測(cè)試程序執(zhí)行模塊，被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試程序執(zhí)行過(guò)程具體如下。

①程序首先調(diào)用測(cè)試策略數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，獲取第一個(gè)測(cè)試步驟調(diào)用的測(cè)試函數(shù)名稱及路徑，啟動(dòng)測(cè)試函數(shù)。

②調(diào)用測(cè)試工程數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，獲取當(dāng)前配置信息，將信息配置給需要啟動(dòng)的測(cè)試函數(shù);然后執(zhí)行測(cè)試函數(shù)，在完成當(dāng)前測(cè)試功能后關(guān)閉測(cè)試函數(shù)。

③根據(jù)配置信息，決定是否保存當(dāng)前測(cè)試結(jié)果。獲取下一測(cè)試步驟調(diào)用的VI名稱及路徑，重復(fù)步驟②的操作。

④當(dāng)測(cè)試策略數(shù)據(jù)庫(kù)錄入的所有測(cè)試步驟完成后，停止執(zhí)行程序。

整個(gè)過(guò)程的軟件流程如圖5所示。

圖5 TPS執(zhí)行流程Fig.5 Execute flowchart of TPS

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從如何實(shí)現(xiàn)測(cè)試軟件的通用性入手［13－17］，研究分析了開(kāi)發(fā)被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試系統(tǒng)的整個(gè)過(guò)程，并提出了通用測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)UTest的軟件架構(gòu)，最后給出了UTest各個(gè)功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法。該軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)架構(gòu)清晰、擴(kuò)展性強(qiáng)。當(dāng)測(cè)試程序執(zhí)行時(shí)，無(wú)需程序編譯過(guò)程，測(cè)試人員不用具備編程能力。采用該軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)能夠快速、便捷地實(shí)現(xiàn)被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試，縮短了開(kāi)發(fā)周期。

目前，本文提出的UTest的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)在航空機(jī)載設(shè)備的通用測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建過(guò)程中得到了成功應(yīng)用。

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