針對(duì)嵌入式設(shè)備的自動(dòng)化測(cè)試框架研究

王士峰，王義忠

（四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，成都 610065）

針對(duì)嵌入式設(shè)備的自動(dòng)化測(cè)試框架研究

王士峰，王義忠

（四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，成都 610065）

簡(jiǎn)要介紹當(dāng)前嵌入式行業(yè)，在硬件測(cè)試上的一些概念和基本測(cè)試流程，并重點(diǎn)關(guān)注易用性、可擴(kuò)展性和通用性。通過(guò)對(duì)自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)的研究，并針對(duì)嵌入式領(lǐng)域的特點(diǎn)提出一個(gè)基于抽象層的測(cè)試平臺(tái)，并探討該測(cè)試平臺(tái)的前景。為實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備的自動(dòng)化測(cè)試提出一種客觀可行的方法。

測(cè)試框架；自動(dòng)化測(cè)試；嵌入式系統(tǒng)

0 引言

隨著軟件行業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，軟件測(cè)試技術(shù)也在不斷地提高，各種測(cè)試平臺(tái)和測(cè)試工具應(yīng)運(yùn)而生。軟件測(cè)試自動(dòng)化技術(shù)，是一項(xiàng)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬人的行為進(jìn)行軟件測(cè)試的技術(shù)，具有測(cè)試效率高，避免漏測(cè)試、無(wú)測(cè)試、重復(fù)測(cè)試和多測(cè)試等無(wú)用測(cè)試，測(cè)試具有一致性和重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)[1]。

在涉及到嵌入式系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試中，還沒有成熟可靠的測(cè)試框架。在嵌入式領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)本身又具有不同于其他通用設(shè)備和軟件的特點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)具有微型化、緊耦合等特點(diǎn)，所謂微型化是指在體積、系統(tǒng)功能方面所呈現(xiàn)出的特征。所謂緊耦合是指受設(shè)備在硬件資源、軟件資源本身限制和非功能屬性方面的要求而呈現(xiàn)出的特征。

嵌入式系統(tǒng)所呈現(xiàn)出的特點(diǎn)，就決定了系統(tǒng)測(cè)試所具有的專一性。而在嵌入式系統(tǒng)測(cè)試領(lǐng)域，還存在著諸多難點(diǎn)。例如，如何達(dá)到逼真的硬件模擬能力，從而使嵌入式系統(tǒng)的測(cè)試能正確地運(yùn)行，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的非功能屬性的驗(yàn)證，等等。所有的這些難點(diǎn)都對(duì)嵌入式系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試帶來(lái)極大地困難和額外的工作量，使測(cè)試人員不能真正高效地投入測(cè)試用例的開發(fā)。

針對(duì)嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域測(cè)試的難點(diǎn)，本文從一個(gè)分層的角度提出了一種通用的自動(dòng)化測(cè)試框架。此框架有以下特點(diǎn)：

（1）可以省去仿真和硬件模擬的的工作，利用已有的嵌入式設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。

（2）通用性好。此框架通過(guò)一個(gè)被稱作GDMP(Generic Device Management Protocol)的協(xié)議提供了統(tǒng)一的測(cè)試命令接口。現(xiàn)有的嵌入式系統(tǒng)，在很小的改動(dòng)下便可運(yùn)行協(xié)議。而對(duì)硬件設(shè)備的測(cè)試的數(shù)量，理論上是不受限制的。

（3）可擴(kuò)展性好。此框架針對(duì)用戶對(duì)不同嵌入式設(shè)備測(cè)試用例的開發(fā)，向上層用戶提供了統(tǒng)一的協(xié)議接口。

（4）易用性好。為自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)和集成提供了易用性，在很大程度上減少了將來(lái)用戶開發(fā)測(cè)試用例的工作量。

1 自動(dòng)化測(cè)試體系架構(gòu)

1.1 基本定義

GMB（Generic Management Board），通用管理板。這是一個(gè)可以被用戶開發(fā)的特殊的硬件管理組件。GMB有自己的處理器和IC Chips。用戶只要遵循本文提供的GDMP協(xié)議規(guī)范便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的嵌入式硬件設(shè)備的管理和測(cè)試。

GDMP(Generic Device Management Protocol)，通用設(shè)備管理協(xié)議，此協(xié)議是測(cè)試框架的核心。它提供以下的功能：

（1）在PC、GMB和嵌入式設(shè)備之間路由報(bào)文消息。

（2）控制GMB的行為來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式設(shè)備復(fù)雜場(chǎng)景的測(cè)試。

Tester，PC端的應(yīng)用程序，用戶通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)與GMB、嵌入式設(shè)備的通信。更重要的是，用戶通過(guò)它可以開發(fā)測(cè)試腳本，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的遠(yuǎn)程測(cè)試。

DCM(Device Control Mode)，設(shè)備控制模式。嵌入式設(shè)備進(jìn)入此模式，整個(gè)設(shè)備的控制權(quán)交由GDMP協(xié)議管理。

1.2 自動(dòng)化測(cè)試框架

本文采用的自動(dòng)化測(cè)試框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

自動(dòng)化測(cè)試框架，采用分層的思想。將整個(gè)框架分為三層：①服務(wù)層，由測(cè)試人員依據(jù)需求開發(fā)的各種測(cè)試模塊，由下層向本層提供服務(wù)。②抽象層，測(cè)試框架的核心層，由本文提到的GDMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件層進(jìn)行抽象，向服務(wù)層提供統(tǒng)一接口。③硬件層，由支持各種功能的嵌入式設(shè)備組成。

圖1 自動(dòng)化測(cè)試框架測(cè)試框架

2 框架架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

2.1 框架結(jié)構(gòu)圖

測(cè)試框架主要三大模塊組成：PC端、嵌入式設(shè)備和GMB通信模塊組成。三大模塊都需要運(yùn)行GDMP協(xié)議。GDMP協(xié)議是整個(gè)測(cè)試框架的核心。測(cè)試端PC通過(guò)線纜與GMB相連接，GMB與一臺(tái)或者多臺(tái)設(shè)備連接。

本部分描述了通用測(cè)試框架的體系結(jié)構(gòu),如圖2所示：

圖2 通用嵌入式設(shè)備測(cè)試框架

2.2 GDMP通用設(shè)備管理協(xié)議

本部分定義了針對(duì)通用測(cè)試框架的GDMP協(xié)議。此協(xié)議可以很好地為測(cè)試提供服務(wù)，具有很好的可擴(kuò)展性、通用性和易用性。此協(xié)議可以提供兩種功能：首先，提供在Tester和GMB之間提供路由報(bào)文的功能，其次，還可以控制在具體應(yīng)用測(cè)試場(chǎng)景下GMB的具體行為。

（1）GDMP協(xié)議報(bào)文定義格式。

表1定義了GDMP協(xié)議格式，灰色部分表示了數(shù)據(jù)連接會(huì)話域，綠色部分表示了控制域部分。

（2）數(shù)據(jù)連接會(huì)話域。

數(shù)據(jù)連接會(huì)話域包括以下三個(gè)狀態(tài)：

①Data Session Flag：此字段用來(lái)標(biāo)識(shí)該會(huì)話是否采用GDMP協(xié)議。可以采用GDMP協(xié)議，也可以直接與嵌入式硬件設(shè)備通信。

②State：標(biāo)識(shí)該會(huì)話的狀態(tài)

③ID：會(huì)話的身份標(biāo)識(shí)。

表1 GDMP通用設(shè)備管理協(xié)議數(shù)據(jù)包格式

④Data Length：該會(huì)話報(bào)文的實(shí)際有效長(zhǎng)度。

（3）控制域

控制域主要包括以下兩個(gè)部分：

①M(fèi)essage Type：用來(lái)定義不同命令的類別，防止命令之間沖突。

②Control code&data：用戶的命令格式和數(shù)據(jù)。

（4）GDMP基本工作流程

GDMP以模塊的形式運(yùn)行在PC端和嵌入式設(shè)備之上的。基本流程是，GDMP模塊收到數(shù)據(jù)幀，對(duì)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行判定，如果幀結(jié)構(gòu)不正確，通信退出并向模塊報(bào)告錯(cuò)誤。正確的情況下，由GDMP協(xié)議處理，判定數(shù)據(jù)幀是否發(fā)往本地，通過(guò)對(duì)協(xié)議格式的解析，執(zhí)行相應(yīng)的流程動(dòng)作，完成整個(gè)協(xié)議模塊之間的通信。圖3為基本流程框架。

圖3 GDMP協(xié)議的工作流程

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)采用Tester程序的PC，兩塊ARM的開發(fā)板，一塊用作GMB設(shè)備，一塊用作支持DCM的普通嵌入式設(shè)備。

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

本文通過(guò)普通嵌入式設(shè)備上的一個(gè)響鈴控制程序，來(lái)測(cè)試驗(yàn)證測(cè)試框架。具體步驟如下：

①PC端Tester構(gòu)造響鈴數(shù)據(jù)包，設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位，封裝在GDMP協(xié)議中，然后發(fā)送到GMB。

②GMB從GDMP協(xié)議數(shù)據(jù)包中抽取出原始的響鈴請(qǐng)求包。

③GMB發(fā)送響鈴請(qǐng)求包到對(duì)應(yīng)的嵌入式設(shè)備。

④嵌入式設(shè)備收到響鈴請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包之后，解析并執(zhí)行相應(yīng)的響鈴操作。

⑤嵌入式設(shè)備發(fā)送響鈴控制響應(yīng)數(shù)據(jù)包到GMB。

⑥GMB把響鈴控制響應(yīng)數(shù)據(jù)包封裝到GDMP協(xié)議中，發(fā)送給PC端的Tester。

⑦PC端Tester從收到的GDMP協(xié)議數(shù)據(jù)包中抽取出響鈴控制響應(yīng)報(bào)文，完成一次通信。

4 結(jié)語(yǔ)

建立一個(gè)完整的、可靠的和可擴(kuò)展的測(cè)試框架是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)嵌入式行業(yè)工作的一個(gè)重點(diǎn)。本文提出的這個(gè)測(cè)試框架基本上實(shí)現(xiàn)了對(duì)大規(guī)模集群硬件設(shè)備的完整測(cè)試，運(yùn)用以上測(cè)試框架可以實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式設(shè)備集群靈活易用的測(cè)試，是測(cè)試環(huán)境完全獨(dú)立于頻繁的硬件設(shè)備拓?fù)涞淖儎?dòng)，符合嵌入式行業(yè)系統(tǒng)測(cè)試的的需求，有良好的應(yīng)用前景。具體的實(shí)現(xiàn)和很多細(xì)節(jié)還有待完善。

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Research on the Automated Testing Platform for Embedded Devices

WANG Shi-feng，WANG Yi-zhong
（College of Computer Science，Sichuan University，Chengdu 610065）

Briefly describes the current embedded industry,the hardware test and some of the concepts and basic testing processes,with a focus on ease of use,scalability and versatility.Through the study of automated testing technology and the characteristics of embedded field test platform proposed based abstraction layer,and explores the prospects of the test platform.To automate the testing of embedded devices present a feasible objective method.

Testing Framework;Automated Testing;Embedded System

1007-1423（2015）02-0031-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.02.008

王士峰（1987-），男，山東泰安人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與信息安全

王義忠（1989-），男，江西上饒人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚?/p>

2014-11-13

2014-12-16