PaaS云平臺的自動化測試平臺的構建及技術研究*

李 洵，廖 臣

（貴州電網(wǎng)有限責任公司，貴陽 550002）

0 引言

近年來，自動化測試系統(tǒng)（Automatic Test System，ATS）正朝著“通用、標準化、模塊化、序列化”的方向不斷發(fā)展，采用基于開放式系統(tǒng)架構（OSA）的軟件平臺，實現(xiàn)可移植和可復用的測試程序，使用標準開放式接口，與現(xiàn)有的測試系統(tǒng)的研究與開發(fā)兼容[1]。應用成熟先進的技術、允許儀器設備的互換以及體系結構的不斷發(fā)展完善等[2]，這些要求在大型企業(yè)系統(tǒng)測試領域內尤為迫切[2]。本文基于軟件平臺的分層功能模型，分別研究了軟件可移植性和可復用測試程序的問題，分別就測試程序的開發(fā)、驅動程序的開發(fā)、功能服務的接口設計以及人機交互界面的定制等方面進行探討，最后結合企業(yè)應用場景在ATS 工程應用中實現(xiàn)自動化測試開發(fā)和測試執(zhí)行功能，并開發(fā)了企業(yè)級應用系統(tǒng)協(xié)同功能自動化測試系統(tǒng)CHES。

1 CHES構成及平臺設計

1.1 CHES構成

通常情況下，CHES 是由自動測試設備（ATE）硬件、ATE 軟件和測試程序集（TPS）組成[3]。其中，ATE 硬件是構成ATE的物理設備/組件的組合，包括主控計算機、測試控制器、程序控制總線、儀器設備、開關組件和通用接口[3]；ATE軟件一般包括操作系統(tǒng)、測試診斷測試軟件管理平臺和支持軟件；TPS可以利用ATE到DUT的各種測試資源進行檢測和/或診斷，包括常規(guī)測試程序（TP）、測試接口適配器（ITA）、程序集和測試文檔（測試程序將文件設置為TPSD），CHES的組成如圖1所示。

圖1 CHES的組成框圖

1.2 平臺設計

所謂通用，就是一個不斷發(fā)展和逐步完善的概念[4]。在某種類型的ATS 中，使用一個通用平臺以及一些專用部件來實現(xiàn)研究目標。通用平臺包括主控計算機、測試控制器、儀器設備、通用測試接口、操作系統(tǒng)、測試管理平臺軟件和測試診斷支持軟件。專用部分包括專用測試資源、專用接口適配器和測試程序。這樣，通過使用通用儀器、通用測試接口、標準測試控制器和通用測試軟件來構建通用平臺，并在通用平臺的基礎上合理縮小或擴展，盡可能減少專用的部分，方便靈活[5]。CHES軟件平臺基于PaaS智云平臺構建，提供了完善的前后臺開發(fā)框架、調度引擎、公共組件等模塊，幫助業(yè)務的產(chǎn)品和技術人員快速構建低成本、免運維的支撐工具和運營系統(tǒng)。

對于測試管理平臺軟件，即CHES軟件平臺，采用分層功能模式來實現(xiàn)開發(fā)體系結構，并有效地實現(xiàn)了組件化、模塊化和標準化的設計原則。

對于一般的自動化測試軟件平臺，首先需要實現(xiàn)測試資源管理、測試程序維護、測試系統(tǒng)校準、測試任務執(zhí)行和信息綜合處理等基本功能，為此采用了模塊化設計，最后提供了測試資源[4]。一組獨立的軟件組件，例如管理軟件、測試程序維護軟件、測試系統(tǒng)校準軟件、測試任務執(zhí)行軟件、數(shù)據(jù)分析處理軟件以及儀器設備的虛擬軟面板。其次，測試支持軟件需要提供測試程序開發(fā)環(huán)境和測試驅動的開發(fā)環(huán)境，以支持用戶的二次開發(fā)并實現(xiàn)測試程序的可移植性和可復用性[6]。鑒于PaaS平臺所提供的私有云環(huán)境、高級編輯和調試工具，豐富的功能庫和圖形控件，在系統(tǒng)開發(fā)方面具有強大的優(yōu)勢[4]。在測試程序方面，CHES 要求測試程序具有可移植性和可復用性。

2 CHES架構設計和軟件平臺功能劃分

2.1 CHES架構設計

軟件體系結構的質量直接影響整個自動化測試系統(tǒng)的性能[7]。該CHES 軟件架構應該是開放的、通用的、標準化的，具有層次和組件化結構。因此遵循該設計原則的CHES軟件需要遵循包括使用分層軟件結構，可擴展性/可切性的支持功能，便攜性和測試程序的可復用性，并支持儀器的互換性。這些設計原則必須依賴于開放式體系結構和模塊化功能設計，以完全支持信息共享和信息交互[8]。

在某種類型的ATS，使用分層的功能模塊來實現(xiàn)軟件的開放式結構，如圖2所示，從下向上分別為儀器層、測試驅動器層、外圍服務層、測試管理核心層和用戶界面層等5 個級別。下部功能組件為上部功能組件提供服務[9]。每個級別的功能服務，接口和數(shù)據(jù)信息應基于可公開獲得并被接受的規(guī)范。

（1）用戶界面層。用作人機界面以完成與用戶的交互，至少應提供對話框、快捷鍵、菜單和命令按鈕。

（2）測試管理核心層。提供ATE 軟件的核心組件，維護和管理核心組件之間的通信主干，無縫集成基礎功能服務，并根據(jù)上層需求將其提供給用戶界面[10]。

（3）外圍服務層。主要完成特定應用的功能服務，包括測量控制、診斷推理、維護和信息管理。這些功能服務應該是動態(tài)的和可伸縮的，以便應用程序與特定的硬件無關[11]。

（4）測試驅動程序層。用作測試程序和相關資源（例如儀器設備、開關組件和被測設備）之間的鏈接。測試驅動程序應實現(xiàn)相同功能儀器之間的互換[12]。

（5）儀器設備層。直接面向各種測試資源，其輸入應基于VISA功能庫，以便儀器驅動程序獨立于程序控制總線[13]。

在某些類型的ATS 中，實現(xiàn)了一個應用程序，該應用程序將測試開發(fā)、測試執(zhí)行和測試管理與先進和成熟的技術（包括自定義CHES功能服務）集成在一起。該軟件基于上述層次結構，結構清晰，每個模塊的功能合理分配，符合當前的標準規(guī)范，并且最終軟件產(chǎn)品中的軟件組件是可移植的，并且其關鍵接口符合廣泛使用的標準規(guī)范或具有清晰的定義，為測試程序的開發(fā)、執(zhí)行和管理提供“開放、標準、通用”的環(huán)境，并更好地滿足各種設計要求[14]。其中，測試管理核心層的測試管理軟件平臺分別使用CHES系列軟件。該開發(fā)者工作室和運行系統(tǒng)通過定制實現(xiàn)的功能提供功能性服務的CHES必要的測試開發(fā)和測試執(zhí)行功能的軟件，出色地完成編譯所有的測試程序編輯、修改、調試、測試和執(zhí)行。

圖2 軟件平臺的分層功能結構模型

2.2 軟件平臺功能劃分

在該軟件平臺中，將整個軟件分為各個功能模塊，例如測試資源管理、測試程序維護、測試系統(tǒng)校準、測試任務執(zhí)行以及數(shù)據(jù)分析和處理。這些模塊通過標準內部總線交換數(shù)據(jù)，并通過標準接口提供數(shù)據(jù)。函數(shù)調用可實現(xiàn)軟件平臺的模塊化、組件化和標準化。最終交付的軟件組件包括操作平臺軟件、測試資源管理軟件、測試程序維護軟件、測試系統(tǒng)校準軟件、測試任務執(zhí)行軟件、數(shù)據(jù)分析處理軟件、虛擬軟面板軟件、測試驅動程序、CHES適配器軟件、系統(tǒng)功能。軟件組件，例如自檢軟件，系統(tǒng)性能自檢軟件和系統(tǒng)計量軟件[15]。每個軟組件的基本功能劃分如下。

（1）操作平臺軟件：作為人機交互的主要界面，協(xié)助用戶完成功能模塊的調用，例如測試資源管理、測試程序維護、測試系統(tǒng)校準、測試任務執(zhí)行和數(shù)據(jù)分析處理。

（2）測試資源管理軟件：提供儀器型號選擇、接口信息配置、端口信息配置和測試驅動程序管理；支持同類儀器之間的互換以及儀器設備的升級和更新。

（3）測試程序維護軟件：協(xié)助用戶設計、開發(fā)和驗證測試程序，提供測試參數(shù)信息庫的維護功能，并幫助用戶編輯、調試和執(zhí)行測試參數(shù)/測試程序。

（4）系統(tǒng)功能自檢軟件：可以幫助用戶進行ATE 本身的功能測試，以檢查每個測試資源的功能正常性。

（5）系統(tǒng)性能自測軟件：可以幫助用戶執(zhí)行ATE 自己的性能測試，以確定其是否滿足性能要求。

（6）測試系統(tǒng)校準軟件：可以幫助用戶執(zhí)行儀器校準和測試通道校準，并提供通道校準數(shù)據(jù)的管理功能。

（7）測試系統(tǒng)測量軟件：測量人員可以協(xié)助ATE 對各個測試資源進行測量，以確定每個設備中的ATE指標是否合格。

（8）測試任務執(zhí)行軟件：根據(jù)某些規(guī)則執(zhí)行配置的測試序列，并自動驅動、控制、測量、顯示和存儲每個測試計劃的每個測試步驟，提供手動和自動測試模式。

（9）數(shù)據(jù)分析和處理軟件：提供諸如測試結果信息瀏覽、測試報告輸出和測試報告打印等功能。

（10）虛擬軟面板：調用測試驅動程序庫以幫助用戶完成測試資源的控制和操作。

（11）CHES 適配器軟件：公司完成加載、運行、暫停和重新指定的ATLAS測試程序通過調用CHES/RTS服務。

（12）測試驅動程序：對頂級軟組件調用的單個測試資源的完整驅動控制。

3 PaaS平臺簡介和工程應用

PaaS 平臺是一個開放的平臺，讓用戶可以簡單、快速地創(chuàng)建、部署和管理應用，提供了完善的前后臺開發(fā)框架、服務總線（ESB）、調度引擎、公共組件等模塊，幫助用戶快速、低成本、免運維地構建支撐工具和運營系統(tǒng)。PaaS 平臺為一個應用從創(chuàng)建到部署，再到后續(xù)的維護管理提供了完善的自助化和自動化服務，如日志查詢、監(jiān)控告警等，從而使用戶可以將全部精力投入到應用的開發(fā)之中。PaaS 平臺的主要功能有：支持多語言的開發(fā)框架/樣例、免運維托管、SaaS運營數(shù)據(jù)可視化、企業(yè)服務總線（API Gateway）、可拖拽的前端服務（MagicBox）等。基于PaaS 開發(fā)的自動化測評平臺主要包括以下幾部分內容。

（1）測試系統(tǒng)需求文件（TRD）：應用程序使用表和幫助用戶創(chuàng)建測試策略文件和測試程序結構的工具。

（2）測試程序集開發(fā)系統(tǒng)（Developer'sStudio）：主要為開發(fā)人員在Windows 環(huán)境中編輯、編譯、調試和模擬記錄可視化工具和語言測試程序的手段。

（3）運行系統(tǒng)（RTS）：主要用于完成測試程序的執(zhí)行。在操作員和測試設備之間提供接口。其可以執(zhí)行二者生成的目標代碼和數(shù)據(jù)文件，以及實際的測試結果和測試程序調試功能。

通常，在測試環(huán)境中，測試程序主要由測試模塊、設備數(shù)據(jù)庫模塊、交換機數(shù)據(jù)庫模塊、接口適配器數(shù)據(jù)庫模塊、WCEM 模塊和總線配置模塊組成。測試程序是從數(shù)據(jù)庫信息（例如描述設備、開關、接口適配器和子集（詞匯庫））編譯而成的，以生成目標文件和數(shù)據(jù)文件。該RTS 執(zhí)行系統(tǒng)負責執(zhí)行ATLAS 對象的代碼和數(shù)據(jù)，并通過CIIL、宏代碼、或WCEM 等可選驅動程序與ATE 硬件平臺進行交互[15]，如圖3所示。

圖3 軟件的功能結構示意圖

（1）制定測試程序

測試管理軟件平臺的測試開發(fā)功能直接在開發(fā)環(huán)境PaaS平臺軟件中調用。平臺軟件首先以命令行參數(shù)傳遞模式將測試程序文件的傳遞信息傳遞給PaaS平臺軟件，然后從動態(tài)加載控件到相應的測試程序的工作方式，以便用戶可以直接使用其進行編輯、測試程序、編譯、調試和仿真。

該軟件平臺支持測試程序的開發(fā)過程如圖4 所示。開發(fā)人員首先需要分析測試需求，確定UUT功能性能測試參數(shù)的特定需求，并優(yōu)化測試資源以構建測試平臺；然后選擇合適的子集，編寫測試程序；進行ATE 建模，并進行測試驅動程序的集成開發(fā)；最后是集成工作，主要是測試程序的仿真，調試和執(zhí)行。

測試程序不包含對實際物理資源的任何控制操作，因此，測試程序開發(fā)人員可以在硬件資源尚未完全準備就緒時使用現(xiàn)有的配置資源來開發(fā)和調試測試程序。準備好目標硬件資源后，可以直接移植測試程序。

（2）測試驅動程序開發(fā)

采用WDSL 將測試程序層的內容抽象并通過WCEM 在CHES中集成開發(fā)，這允許測試程序開發(fā)人員與繁瑣的設備驅動程序進行交互。同時，借助軟件平臺中的資源管理軟件，開發(fā)人員可以維護測試資源信息文件。

WDSL不再使設備驅動程序成為更換儀器后困擾軟件更新的問題，因為測試資源信息清楚地描述了每種類型的測試驅動程序的功能，而標準接口聲明也清楚地描述了每種測試類型。驅動程序的接口實現(xiàn)規(guī)范。另外，由于使用的I/O驅動程序功能庫基于VISA規(guī)范，因此設備驅動程序從根本上獨立于程序控制的接口總線。這樣，儀器互換性和可編程接口總線獨立性的完美結合使測試參數(shù)/測試儀/應用程序與硬件無關。

（3）功能服務接口設計

基于ATS 的測試程序開發(fā)和基于WDSL 的驅動程序開發(fā)使軟件平臺開發(fā)的測試程序能夠實現(xiàn)與特定測試資源硬件的獨立性。要擴展軟件平臺的應用范圍，還必須使用功能服務接口的標準規(guī)范。在一定的ATS 軟件平臺，建立了一個CHES/RTS適配器插件作為一個軟件平臺來執(zhí)行的交互界面測試程序，并提供測試資源信息。根據(jù)測試程序提供信息測試結果數(shù)據(jù)文件。這樣，軟件平臺可以通過統(tǒng)一的規(guī)范接口實現(xiàn)所需的定制功能，包括調用CHES/RTS服務以完成測試項目的加載、卸載、執(zhí)行、停止和重置。設置屬性信息包括校準數(shù)據(jù)文件名、校準數(shù)據(jù)使能開關、調試信息輸出開關、模擬測試開關等；獲取屬性信息包括版本信息和工作狀態(tài)。

CHES/RTS 適配器的設計主要利用COM（組件對象模型）組件技術，并努力提供具有標準接口的CHES/RTS功能服務調用。所述的示意圖CHES/RTS 適配器界面中顯示CHES/RTS適配器主要與交互CHES/RTS服務器。該RTS服務器充當所述的執(zhí)行引擎測試程序。提供的服務包括RtsMachine、lSubsystem、DataLogger 和 Debugger。其中，RtsMachine 被用來完成測試程序的執(zhí)行和監(jiān)測的執(zhí)行狀態(tài)；lOSubsystem 被用于數(shù)據(jù)信息的輸入/輸出操作；DataLogger 提供數(shù)據(jù)記錄功能；調試器用于調試測試程序的開發(fā)。

圖4 測試軟件開發(fā)流程示意圖

TYX 為RTS 服務器提供了3 個通用接口，即RTSActiveX控件集、RTSCom適配器和TPS服務器。這3個公共接口既是RTS 服務器的客戶端，也是軟件平臺的服務器。每個接口都包含特定的功能和服務，這些功能和服務使軟件平臺能夠輕松調用RTS服務器的功能和服務，以實現(xiàn)和監(jiān)視測試程序。

（4）人機交互界面的定制

為了給用戶提供友好而一致的人機交互界面，完善CHES的全英文界面，難以實現(xiàn)信號參數(shù)的獨立修改和測試程序的手動執(zhí)行，在開發(fā)軟件平臺時采用了混合編程設計方法。充分利用PaaS平臺豐富可靠的功能庫和圖形控件，為用戶提供快捷鍵、工具欄按鈕、下拉菜單、彈出菜單、功能按鈕等人機交互界面，使操作方式簡單明了，用戶界面風格統(tǒng)一。圖5所示為測試任務執(zhí)行界面的示意圖。

圖5 測試任務執(zhí)行界面示意圖

4 結束語

在目前特定的功能測試案例中，引入了基于PaaS云平臺開發(fā)的自動化測試系統(tǒng)來解決測試程序移植和復用的問題，并結合了開放系統(tǒng)軟件體系結構的層次架構，測試程序的開發(fā)、驅動程序的開發(fā)、功能服務接口的設計、人機交互界面的定制等都已經(jīng)實現(xiàn)了測試開發(fā)和測試執(zhí)行功能，并在實際應用中達到了預期的效果。

基于PaaS云平臺，建立了一個開放的架構和成熟的先進自動化測試平臺，并遵循模塊化、組件化和標準化的設計原則，實現(xiàn)了測試程序的可移植性和可測試性，有效地增強了自動測試系統(tǒng)的靈活性，可用于支持開放式通用測試軟件在功能性能測試領域的應用以及對復雜系統(tǒng)的維護支持。