一種列車網絡應用層控制軟件自動化測試系統

余昌瑾

（株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲412001）

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一種列車網絡應用層控制軟件自動化測試系統

余昌瑾

（株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲412001）

摘要：通過分析列車網絡應用層控制軟件的自動化測試現狀后，提出了一種列車網絡應用層控制軟件自動化測試系統。對該自動化測試系統的基本測試流程進行了介紹，并詳細描述了該自動化測試系統的硬件構成以及數據傳輸協議導入、陪測程序自動生成、測試用例導入等核心功能。最后通過對同一個列車網絡應用層控制軟件的三種測試方式耗時的比較，驗證了該自動化測試系統的可行性，證明其極大的提升了測試效率。

關鍵詞：自動化測試系統；數據傳輸協議導入；陪測程序自動生成；測試用例導入

目前軌道交通行業內大部分可以提供列車網絡控制軟件的公司，其網絡平臺在硬件以及底層驅動上是相對統一且成熟的。其中絕大部分的功能是通過列車網絡應用層控制軟件（以下簡稱列車網絡軟件）來實現的，而不同的應用領域、不同的項目背景造成在統一的網絡平臺下，項目間功能的差異化較大。且近年來列車網絡接入的車載設備越來越多，列車網絡承載的數據流越來越大，網絡控制軟件功能越來越復雜，導致差異化越發的變大。在這種情況下，原有人工測試的方法已經不能滿足當前列車網絡軟件的測試難度和強度，需要開發相對應的自動化測試系統才能有效地保證列車網絡軟件測試的質量和效率。

1　自動化測試現狀分析

目前在軌道交通行業內網絡控制軟件自動化測試系統較少，且大多是針對底層驅動的自動化測試系統。少數幾個針對網絡應用層軟件的自動化測試系統大多是將網絡上開源的自動化測試軟件框架平行移植到其網絡平臺上，需要4步才能完成自動化測試執行得到結果：

（1）對數據傳輸協議中的變量進行定義；

（2）定制通信板卡或工控機作為陪測設備接入被測網絡系統；

（3）編寫陪測程序來轉化不同協議下的數據流；

（4）通過面向對象、解釋型的計算機語言來編寫測試腳本（例如Python語言）。

但現有的列車網絡軟件數據量較大，且不同項目間的數據傳輸協議是不同的，變量定義不可重復利用；由于依賴于各種不同的數據傳輸協議，陪測程序不可重復利用；測試用例是現有測試流程中必要的技術文檔，自動化測試系統也需要編寫機器識別的測試腳本，兩者重復；而硬件雖然可以重復使用，但是可同時進行的測試項目受定制的通信板卡或者工控機的數量約束。這些都是現有列車網絡軟件自動化測試系統的不足之處，造成了人力資源浪費、測試效率低下。

2　列車網絡軟件自動化測試系統

針對以上分析并結合數據驅動測試框架、測試腳本模塊化框架、關鍵字驅動或表驅動測試框架各自特點[1]，本文提出一種列車網絡軟件自動化測試系統，該系統主要從以下4個方面來提高測試效率：

（1）利用現有列車網絡系統中的網絡設備作為陪測設備接入被測系統；

（2）通過導入數據傳輸協議來由系統實現對變量的定義；

（3）測試用例和測試腳本進行合并，通過導入測試用例，由系統自動生成測試腳本；

（4）根據導入的數據傳輸協議自動生成陪測程序。

系統功能結構圖如圖1所示。

圖1　自動化測試系統功能結構圖

2.1測試基本流程

本系統基本的自動化測試流程如下：

S01、測試開始，導入被測列車網絡軟件的各種數據傳輸協議，由系統對各種數據傳輸協議中各變量進行解析并定義后存入數據庫；

S02、由系統根據數據傳輸協議生成陪測程序，用于實現以太網協議與各種數據傳輸協議之間的數據轉化；

S03、導入并執行預設的測試用例對各控制軟件進行測試，如測試結果與期望值相符則判斷控制軟件合格，否則為不合格，并將測試結論返回輸出至測試用例中。

2.2系統硬件構成

在列車網絡軟件自動化測試系統中所依托的測試系統由PC端、陪測端和被測端三部分組成，陪測端與被測端均為列車網絡平臺產品（見圖2）。其中PC端與陪測端之間通過以太網連接，數據傳輸方式為UDP，陪測端與被測端之間為網絡通信線纜，數據傳輸協議包括網絡系統項目中所使用到的MVB協議、WTB協議、RS485/422協議、CAN協議、以太網協議。陪測端主要通過陪測軟件實現模擬所有輸入數據發送至被測端，并檢測被測端所有輸出數據。陪測端/被測端可以是單個模塊/單板，也可以使多個模塊/單板組成的陪測/被測系統。

圖2　自動化測試系統硬件構成

2.3主要功能介紹

本系統支持的各種數據傳輸協議包括MVB協議、WTB協議、RS422協議、RS485協議、CAN協議和以太網協議。要求導入的各種數據傳輸協議均為固定的Excel格式，才能實現導入后自動解析協議中的變量并進行定義。以MVB協議為例，必須要包含五大要素：端口號、端口周期、端口方向、端口大小、端口中信號名稱及大小。通過讀取EXCEL固定表頭或者關鍵字獲取五大要素，并將信號名轉為同等大小的變量名存入變量庫。

當執行完協議導入后即可以進行S02中的陪測程序自動生成。該功能需要結合列車網絡軟件開發工具。以開發工具MULTIPROG5.0為例，編寫一個支持UDP協議和MVB協議的應用程序時要包括4個內容：

（1）定義數據類型；

（2）定義MVB端口信息（包括端口號、端口大小、物理地址起始地址）和UDP端口信息（定義端口號）；

（3）編寫描述MVB數據包與UDP數據包映射關系的主程序（使用MULTIPROG5.0編程工具支持的ST語言）；

（4）任務運行周期。

其中（1）、（2）、（4）點中的信息，通過協議導入后即可獲知，第（3）點中主程序（ST語言）則是描述UDP數據包與MVB數據包相互映射的關系，可以由自動化測試系統自行決定其映射關系。例如，有3個32字節大小的MVB數據包（MVB1、MVB2、MVB3）需要填入1個1024大小的UDP數據包，那么UDP數據包的第1-32字節則對應MVB1數據包，第33-64字節則對應MVB2數據包，第65-96字節則對應MVB3數據包。由于使用MULTIPROG5.0編程工具是可以將完整的應用程序導出為相關的配置文件，反之亦可通過導入配置文件生成支持UDP協議和MVB協議相互轉換的陪測程序。而其他無配置文件生成的開發工具也可以可以根據編程規則直接生成陪測程序的源代碼。

在步驟S03中測試用例的導入吸收了表驅動的測試框架相關特點。測試用例需要在EXCEL中以固定的表頭來體現用例ID、前置條件、輸入/操作步驟、期望結果、測試結論以及實際輸出值共六個要素：

（1）用例ID為測試用例的編號；

（2）前置條件是用來描述當前測試用例執行的先決條件，即在執行當前測試用例時，必須先執行某個測試用例的輸入/操作步驟；

（3）輸入/操作步驟需遵循“變量名+執行動作+參數”的格式，其中變量名為步驟S01的協議導入解析后產生，參數為數值或者中文名稱，執行動作和中文名稱參數為事先配置，比如“=：等于，為”、“1：有效、高電平”，多條輸入/操作步驟需要通過“；”間隔；

（4）期望結果需遵循“變量名+判斷條件+參數”格式，其中變量名為步驟S01中協議導入解析后產生，參數為數值或者中文名稱，判斷條件和中文名稱參數為事先配置，比如“=：等于，為”、“>：大于”、“1：有效、高電平”，多條期望結果需要通過“；”間隔；

（5）實際值為期望結果中變量的實際數值，多個數值用“；”隔開；

（6）測試結論為期望結果與實際值是否相符，相符即為本條測試用例通過，反之則不通過。

測試用例示例如表1所列。

表1　測試用例示例

當測試用例導入后系統將其轉為可以執行的測試腳本，自動化測試執行完后，將“實際值”、“測試結論”填寫到測試用例中（EXCEL文檔），執行完畢后將實際值和測試結論回填至測試用例中。

3　應用效果

在某個項目的列車網絡軟件測試中采用人工測試，平行移植于通用的自動化測試系統框架，本文提出的自動化測試系統等三種方式分別進行測試。在第第一種測試方式中測試各個階段所占時間比率大致如下：測試設計（5%）、測試用例編寫（30%）、陪測程序編寫（10%）、測試執行（35%）、測試記錄（5%）、回歸測試（10%）、編寫測試報告（5%）。以第人工測試方式為衡量基準，發現第二種方式減少了測試執行（35%）、測試記錄（5%）、回歸測試（10%）、編寫測試報告（5%）等環節，但增加了測試腳本編寫（35%）環節，實際使用時間為人工測試方式所花時間的80%.而第三種方式減少了陪測程序編寫（10%）、測試執行（35%）、測試記錄（5%）、回歸測試（10%）、編寫測試報告（5%）等環節，實際使用時間為第一方式所花時間的35%.

4　結束語

雖然本文并未就自動化測試系統對軟件質量提升進行闡述，但是業內已公認自動化測試是軟件測試的大方向，能對軟件產品質量保證和軟件產品的測試效率起到積極作用[2]。本文提出的自動化系統實際上是結合了列車網絡軟件設計開發流程和測試流程，充分利用現有技術文檔中的數據傳輸協議和測試用例來達到提升測試效率的目的，通過測試效率對比驗證了本系統的實用性。不過本文提出的自動化測試系統在測試效率上仍有進一步挖掘的空間，可以在此框架上增加其他輔助功能，進一步提升測試效率。下一步的目標是結合設計人員和測試人員的開發習慣，減少測試用例編寫這一環節的時間，實現進一步提升測試效率的目的。

參考文獻：

[1]Michael Kelly.Choosing a test automation framework[N]. 2003.10.20]http://www.ibm.com/developerworks/rational/library/ 591.html

[2]朱少民.全程軟件測試[M].第二版.北京：電子工業出版社，2014.

中圖分類號：TP274

文獻標識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）04-0232-03

收稿日期：2016-01-01

作者簡介：余昌瑾（1983-），男，湖南株洲人，工程師，碩士，主要從事列車網絡應用層控制軟件開發和測試工作。

A Control Software Auto-test System of Train Network ApplicationA Control Software Auto-test System of Train Network Application

YU Chang-jin
（Zhuzhou Crrc Times Electric Co.，ltd.，Zhuzhou Hunan 412001，China）

Abstract:Through the analysis of the auto-test status of train network application layer control software，this paper proposes a control software auto-test system of train network application layer.In this paper，the author introduced a basic test process of auto-test system and described the hardware of this system and the core functions，such as importation of data transmission protocol，automatic generation of accompany measuring program and importation of test cases.Based on the comparing in three time-consuming test of the same train network application layer control software，this paper verified the feasibility of the auto-test system，proved that it can greatly improving the test efficiency.

Key words:auto-test system；importation of data transmission protocol；automatic generation of accompany measuring program；importation of test cases