城軌嵌入式軟件自動(dòng)化測試框架的設計和實(shí)現的論文

關(guān)于城軌嵌入式軟件自動(dòng)化測試框架的設計和實(shí)現的論文

　　城市軌道交通系統的關(guān)鍵系統如聯(lián)鎖（CI，Computer based Interlocking）系統 ， 車(chē)載控制（CC，Carborne Controller，）系統 ， 軌旁區域控制器（ZC，Zone Controller）， 軌 旁 線(xiàn) 路 控 制 器（LC，Line Controller）均為安全苛求系統（Safety Critical System）。為了滿(mǎn)足安全苛求系統故障 — 安全的需要 ，高實(shí)時(shí)性 ， 多任務(wù)的嵌入式系統成為首選 [1] 。為了提高其關(guān)鍵系統的嵌入式軟件測試效率 ， 克服手工測試存在的困難 ， 有效提高該領(lǐng)域的自動(dòng)化測試程度成為亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文分析面向城軌軟件黑盒測試的自動(dòng)化測試難點(diǎn) ；闡述城軌嵌入式軟件的自動(dòng)化測試策略、自動(dòng)化測試框架設計思想和自動(dòng)化測試框架整體架構；提出基于面向服務(wù)的架構（SOA，Service Oriented Architecture）的實(shí)現方法 ；介紹該框架在軌旁安全平臺系統測試中的應用情況。

　　1城軌嵌入式軟件的自動(dòng)化測試

　　難點(diǎn)從被測對象的角度來(lái)看，城軌嵌入式系統在故障 — 安全、實(shí)時(shí)性、容錯性上都有嚴苛的要求。對于此類(lèi)軟件的測試，在測試場(chǎng)景構造、測試激勵和測試結果捕獲上都存在一定的困難。其自動(dòng)化測試難點(diǎn)可具體概括為以下幾方面。

　　1。1 測試場(chǎng)景復雜從仿真系統的角度看 ， 實(shí)時(shí)嵌入式軟件仿真測試平臺實(shí)際上是一種面向實(shí)時(shí)嵌入式軟件測試的半實(shí)物仿真系統。因此，在測試場(chǎng)景中需仿真大量的外部設備，并能通過(guò)測試腳本，精確控制這些仿真設備的行為，如信號機、道岔、信標、仿真列車(chē)、仿真 CI、仿真 CC、仿真 ZC，仿真 LC、仿真列車(chē)自動(dòng)監控（ATS，Automatic Train Supervision）系統 ；另外，根據被測軟件和測試數據不同，測試場(chǎng)景需構造以上仿真設備的子集，并采用合適的軌道線(xiàn)路數據，仿真設備參數，安全通信協(xié)議等。

　　1。2 測試激勵的實(shí)時(shí)性與時(shí)序性當采用黑盒測試方式（激勵 — 反饋機制）對城軌嵌入式軟件自動(dòng)化測試時(shí) ：（1）被測系統需要實(shí)時(shí)獲取和處理外部激勵數據，測試平臺也需要實(shí)時(shí)獲取和分析被測對象的反饋數據 ；（2）測試平臺需確保對于相同的測試用例，每一次進(jìn)行測試執行的過(guò)程中，其產(chǎn)生的測試激勵數據在時(shí)序關(guān)系上是完全一致的。1。3 測試結果處理困難（1）需要在被測對象中合理地嵌入測試代理模塊捕獲被測對象的測試結果，包括狀態(tài)變量、校核字等；（2）測試平臺需在線(xiàn)或離線(xiàn)分析這些測試結果，給出最后的用例執行報告。

　　2城軌嵌入式軟件的自動(dòng)化測試策略

　　自動(dòng)化測試是指，把以人為驅動(dòng)的測試行為轉化為計算機依據一定規則與設計自動(dòng)執行測試行為的一種過(guò)程[2]。通過(guò)工具代替或輔助人工進(jìn)行測試執行過(guò)程，目標是通過(guò)較少的開(kāi)銷(xiāo)，使被測對象得到更充分的測試，提升產(chǎn)品質(zhì)量。在制定自動(dòng)化測試策略時(shí)，需從自動(dòng)化測試投資回報率的角度，對自動(dòng)化測試需求分配合適的優(yōu)先級。因此，對于城軌軟件測試而言，自動(dòng)化測試主要用于軟件或系統的黑盒測試，并且產(chǎn)品生命周期較長(cháng)，回歸測試較多，在如下場(chǎng)合尤其適合進(jìn)行自動(dòng)化測試。

　　2。1適合進(jìn)行自動(dòng)化測試的場(chǎng)合（1）安全平臺產(chǎn)品，包括安全基礎類(lèi)庫、安全協(xié)議等，該類(lèi)產(chǎn)品作為企業(yè)的基礎軟件產(chǎn)品，一般開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，回歸測試頻繁 ；（2）項目數據測試，如列控中心報文數據測試，該類(lèi)數據測試人工測試繁瑣重復，而測試接口比較穩定，適合采用自動(dòng)化工具進(jìn)行測試 ；（3）產(chǎn)品驗收測試，如基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)自動(dòng)控制（CBTC，Communication Based Train Control）系統的驗收測試，可選取其測試的關(guān)鍵場(chǎng)景用例，進(jìn)行自動(dòng)化測試，保證產(chǎn)品上線(xiàn)前的測試效率。

　　2。2不適合進(jìn)行自動(dòng)化測試的場(chǎng)合（1）主觀(guān)性強的測試，如車(chē)站操作界面的顯示，聲音提示和告警等 ；（2）開(kāi)發(fā)周期短的項目，如產(chǎn)品原型開(kāi)發(fā)，被測對象不穩定，測試接口變更頻繁 ；由于開(kāi)發(fā)周期較短，積累的自動(dòng)化測試腳本得不到充分的復用。

　　3城軌嵌入式軟件測試自動(dòng)化測試框架

　　3。1自動(dòng)化測試框架架構模型城軌嵌入式軟件自動(dòng)化測試框架應該解決測試過(guò)程中的以下幾方面的問(wèn)題 ：（1）自動(dòng)化測試框架應能提供基于業(yè)務(wù)描述的腳本，使得測試人員在編寫(xiě)測試用例時(shí)，專(zhuān)注業(yè)務(wù)需求而不必關(guān)心具體的測試驅動(dòng)細節 ；（2）自動(dòng)化測試框架提供了測試用例管理功能，使得測試用例在整個(gè)測試生命周期中可以復用；（3）自動(dòng)化測試框架提供了測試結果分析功能，在復雜場(chǎng)景的測試用例中，該功能可以顯著(zhù)提高測試效率。根據城軌嵌入式軟件的自動(dòng)化測試策略，該領(lǐng)域的自動(dòng)化測試框架符合以下設計原則 ：（1）測試框架的集成應基于統一開(kāi)放的標準，具有良好的通用性、松耦合性、開(kāi)放性和可擴展性，確�？蚣苤凶幽�塊的實(shí)現不局限與特定的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和技術(shù)，并且當子模塊進(jìn)行修改或重構時(shí)，整個(gè)框架保持穩定 ；（2）測試數據的管理基于統一的數據格式，子模塊能透明地提交和獲取測試數據進(jìn)行處理 ；（3）實(shí)時(shí)性，為了確保對被測系統激勵的實(shí)時(shí)性，測試框架在架構上應確保消息在平臺內部能實(shí)時(shí)的處理和傳遞 ；（4）大容量和高性能，為了滿(mǎn)足城軌軟件大容量數據測試的要求，測試框架應采取分布式的系統架構，在提高仿真設備數量時(shí)，不影響測試平臺性能。面向分布式控制系統的實(shí)時(shí) SOA 架構[3]，不僅具有SOA的統一接口標準、優(yōu)秀的開(kāi)放性和松耦合性，也具備分布式控制系統的實(shí)時(shí)性。因此，該架構是本文的自動(dòng)化化測試框架較為理想的架構模型。

　　基于文獻的面向分布式控制系統的實(shí)時(shí) SOA 架構，自動(dòng)化測試框架位于該架構的企業(yè)應用服務(wù)層，并主要分為3個(gè)子服務(wù)層 ：測試管理服務(wù)層、測試驅動(dòng)服務(wù)層和接口協(xié)議適配服務(wù)層，其架構模型如圖 1 所示。測試管理層的核心功能是 ：為測試人員提供測試用例的全生命周期管理，并輔助測試人員編寫(xiě)測試腳本、測試結果的記錄與分析和測試報告生成 ；測試驅動(dòng)層的核心功能是 ：根據用例腳本和測試場(chǎng)景配置文件，構造測試場(chǎng)景，并調度仿真設備的運行，另外在該層也提供了安全協(xié)議和數據庫訪(fǎng)問(wèn)功能 ；接口適配層的核心功能是 ：提供測試平臺與被測對象之間的各種通信接口。

　　3。2自動(dòng)化測試框架邏輯架構基于上述的架構模型，本文實(shí)現的自動(dòng)化測試框架邏輯架構如圖 2 所示。服務(wù)和消息管理節點(diǎn)是整個(gè)測試框架的主節點(diǎn)，提供了基于實(shí)時(shí)消息總線(xiàn)的節點(diǎn)管理、服務(wù)注冊、服務(wù)代理、服務(wù)調度、服務(wù)執行等一系列的調度和管理服務(wù) ；測試管理服務(wù)層作為一個(gè)從節點(diǎn)，通常在一個(gè)服務(wù)器上，另外，測試人員可通過(guò)該層提供的 Web 服務(wù)來(lái)管理和配置整個(gè)測試框架，以及測試用例的管理、執行和分析 ；測試驅動(dòng)服務(wù)層可根據測試場(chǎng)景的容量進(jìn)行靈活的部署，通常測試環(huán)境創(chuàng )建、仿真器調度和數據庫驅動(dòng)作為一個(gè)從節點(diǎn)部署在一個(gè)服務(wù)器上，而安全協(xié)議節點(diǎn)、仿真設備節點(diǎn)作為獨立的從節點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)部署，便于測試框架根據測試場(chǎng)測試管理層的核心功能是 ：為測試人員提供測試用例的全生命周期管理，并輔助測試人員編寫(xiě)測試腳本、測試結果的記錄與分析和測試報告生成 ；測試驅動(dòng)層的核心功能是 ：根據用例腳本和測試場(chǎng)景配置文件，構造測試場(chǎng)景，并調度仿真設備的運行，另外在該層也提供了安全協(xié)議和數據庫訪(fǎng)問(wèn)功能 ；接口適配層的核心功能是 ：提供測試平臺與被測對象之間的各種通信接口。