某控制計算機軟件抗干擾測試方法研究

李芳芳，余慧敏，魏冬冬，陳琦，嚴漪敏

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海，201109）

0 引言

控制計算機是控制系統(tǒng)的核心部件之一，是控制系統(tǒng)的計算中心、控制中心和通信中心，它收集各種傳感器信息，按照設(shè)定的控制算法進行快速解算，按時序向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出各種控制指令以完成系統(tǒng)的姿態(tài)控制等任務(wù)，控制計算機的性能直接影響到武器的整體性能，其工作的可靠與否直接影響發(fā)射的精度乃至發(fā)射的成功與否。

在干擾作用下控制計算機系統(tǒng)會出現(xiàn)除輸入輸出不正常的情況外，甚至?xí)霈F(xiàn)無法檢測出信號情況，導(dǎo)致工作狀態(tài)紊亂，故在有干擾的情況下，抗干擾算法在控制計算機中起著至關(guān)重要。因此對控制計算機軟件抗干擾算法的測試是必不可少的過程，對其測試方法的研究也隨之而來。

1 現(xiàn)有的測試方法

1.1 測試平臺定制輸入測試方法

通過labview設(shè)計平臺，定制輸入，根據(jù)目標輸入的特點繪制輸入信號，用于以后的測試。

優(yōu)點：操作簡單，易于控制；缺點：無法給出準確目標位置，無法精確定位錯誤原因。

1.2 類單元測試方法

直接在測試單元模塊前，修改功能塊的輸入值，運行軟件查看輸出值是否為期望值，類似于二方測試中的單元測試，單元測試是對軟件基本組成單元進行的測試，在C語言中單元指函數(shù)或者子過程，在類單元測試中可以對多個函數(shù)同時進行測試。

優(yōu)點：無需考慮前端程序影響，只考慮待測試功能項，提高測試效率；缺點：無法體現(xiàn)抗干擾的整個過程，插樁麻煩。

1.3 數(shù)據(jù)注入測試方法

某型號控制計算機通過FPGA采樣，再經(jīng)過一系列的算法獲得脈沖的基本信息，在后續(xù)算法中通過對基本信息的處理、融合獲得有效信息來形成一系列的控制指令。為了盡可能真實地體現(xiàn)控制計算機的工作原理，從原始數(shù)據(jù)著手，通過在中斷程序、初始程序以及主函數(shù)中寫代碼，通過CCS編譯器的數(shù)據(jù)load功能，向添加的基本信息數(shù)組所在的地址，注入寫好的基本脈沖信息，根據(jù)不同的測試需求設(shè)置不同的脈沖信息，具體操作方法如下圖1-圖3所示。

圖1

圖2

圖3

圖4 抗干擾算法流程圖

數(shù)據(jù)注入未破壞軟件原有的運行路徑，只是改變了中斷脈沖采樣的結(jié)果，這點和插樁以及上面提到的“類單元測試”方法有本質(zhì)區(qū)別的。

優(yōu)點：能給出脈沖位置，精確定位錯誤位置，能真實體現(xiàn)抗干擾的整個過程；缺點：數(shù)據(jù)準備工作比較復(fù)雜，需耗費大量時間。

2 抗干擾算法各階段測試方法選擇

抗干擾算法的簡要流程圖如下圖4所示。

現(xiàn)選擇性介紹現(xiàn)有三種抗干擾測試方法在各部分功能中的應(yīng)用的優(yōu)缺點。

2.1 脈沖采樣

本功能項為驗證FPGA軟件與DSP軟件接口的正確性，采樣時序的正確性，而數(shù)據(jù)注入方法與“類單元測試”方法均是通過仿真器修改DSP軟件，對軟件的流程和算法進行測試，無法完成與外界接口的測試，故此功能項只能采用脈沖定制的方法來進行測試。

2.2 脈沖識別

2.2.1 脈沖形狀有效性判斷

程序中根據(jù)脈沖的基本信息對脈沖進行分類，脈沖基本信息包含的脈沖幅值、寬度等，對脈沖進行識別時，各個條件下脈沖各個基本信息滿足、不滿足的情況均要考慮到。

某控制計算機抗干擾算法軟件，考慮到各個條件，共需設(shè)計40個用例，即需要設(shè)計40個脈沖，若采用數(shù)據(jù)注入的方法，可通過注入準備好的含脈沖基本信息的40個脈沖，一次執(zhí)行40個用例，通過打斷點查看全局變量的白盒測試方法，查看代碼對輸入脈沖處理的正確性。

若采用脈沖定制的方法，則需要定制脈沖多次，并且需要執(zhí)行多個用例，也可能受定制脈沖設(shè)計限制，有些等價類無法全部覆蓋。

若采用“類單元測試”方法，需要在程序中添加大量的賦值語句，不方便操作。

由此，可看出在脈沖形狀有效性判斷時采用數(shù)據(jù)注入方法最簡單有效。

2.2.2 有效脈沖判斷

滿足脈沖形狀的脈沖經(jīng)過位置判斷后才能判斷為有效脈沖，在不同階段采用不同的波門判斷方法。

若采用脈沖定制方法，通過輸入可以直接判斷出脈沖的一些基本信息，但是脈沖位置需要通過復(fù)雜的算法計算才能得出，脈沖位置與峰值時刻相關(guān)，定制脈沖時并不能直觀得知脈沖位置，為有效脈沖判斷帶來難度。

若采用“類單元測試”方法，直接在位置判斷處，修改脈沖位置，不能真實反映脈沖處理過程。

采用數(shù)據(jù)注入方法，數(shù)據(jù)中包含脈沖位置信息，可以很好的體現(xiàn)脈沖識別的整個過程，缺點就是需要準備大量的數(shù)據(jù)。

綜合考慮后，采用數(shù)據(jù)注入的方法對脈沖識別功能進行測試。

2.3 中間算法

中間算法輸入為經(jīng)過脈沖識別后的有效脈沖。此功能項可采用“類單元測試”方法。

若采用脈沖定制方法，一方面無法確切得知脈沖位置，另一方面，無法準確查找錯誤原因。

若采用數(shù)據(jù)注入方法，由于在不同階段，采用不同的方法對脈沖的有效性進行判斷，會增加測試的復(fù)雜度。

在保證前面脈沖識別功能項正確的前提下，可以采用“類單元測試”的方法，在中間算法前直接對有效脈沖位置、相位等參數(shù)進行賦值。這樣可以很大地提高測試效率。

2.4 階段轉(zhuǎn)換

階段轉(zhuǎn)換是一個連續(xù)的過程，每隔一段時間進行一次判斷，滿足條件就轉(zhuǎn)階段，不滿足條件就保持。此功能項的測試采用數(shù)據(jù)注入的方法進行測試。

若采用脈沖定制方法，一方面無法確切得知脈沖位置，另一方面，無法準確查找錯誤原因。

若采用“類單元測試”方法，無法體現(xiàn)轉(zhuǎn)階段的過程性。

3 小結(jié)

現(xiàn)有的抗干擾測試方法各有優(yōu)缺點，脈沖定制方法，能很好地對脈沖采樣功能進行測試，但由于無法精確確定脈沖的位置，對后續(xù)查找錯誤原因帶來困難；“類單元測試”方法，簡單易行，但是無法對整個流程進行測試；數(shù)據(jù)注入方法，雖然查找錯誤方便，能對除脈沖采樣外的整個過程進行測試，但是數(shù)據(jù)準備工作需要花費大量的時間。

故我們針對抗干擾算法的特點以及三種測試方法的優(yōu)缺點，提出不同功能項采用不同測試方法的想法，一些無需脈沖精確位置的功能項測試，如脈沖采樣功能采用定制脈沖的測試方法，而一些比較獨立的功能項可采用“類單元測試”方法，一些需要脈沖精確位置或需體現(xiàn)處理過程的功能項測試如脈沖識別功能項、階段轉(zhuǎn)換功能項，采用數(shù)據(jù)注入的測試方法。

抗干擾算法是控制計算機軟件的核心部分，因此對抗干擾測試方法的研究至關(guān)重要，仍需要不斷進行研究總結(jié)。

參考文獻

[1] Ron Patton著,張小松,王玨,曹躍等譯.軟件測試[M].機械工業(yè)出版社 ,2006.

[2]柳純錄.軟件評測師教程[M].清華大學(xué)出版社,2005.