張志凱 孫 寧

(1.浙江省計(jì)量科學(xué)研究院，杭州 310013；上海交通大學(xué)軟件學(xué)院，上海 200240)

0 引言

電子計(jì)價(jià)秤具有使用方便、價(jià)格便宜、攜帶便捷等優(yōu)勢，因此它在人們?nèi)粘Ｉ畹脑S多領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用，包括超市、農(nóng)貿(mào)市場、五金百貨店、零售專賣店等各種需要進(jìn)行計(jì)重計(jì)價(jià)的領(lǐng)域。目前市場上有一些廠商通過修改電子計(jì)價(jià)秤的程序來生產(chǎn)所謂的“鬼秤”，即計(jì)量不精確的電子秤，例如“八兩秤”來不正當(dāng)獲利，更重要的是，電子計(jì)價(jià)秤屬于低附加值商品，因此很多廠商為了壓縮成本，購買程序內(nèi)置的芯片進(jìn)行組裝，使得廠商對電子計(jì)價(jià)秤軟件的質(zhì)量無法把關(guān)。因此，對電子計(jì)價(jià)秤軟件進(jìn)行測試，以發(fā)現(xiàn)其中的缺陷和后門，對于規(guī)范電子計(jì)價(jià)秤市場具有十分重要的意義。

在國際上，已經(jīng)出臺了一些關(guān)于電子計(jì)價(jià)秤軟件的標(biāo)準(zhǔn)或意見[1-4]，而國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局也出臺了計(jì)量器具軟件測試的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[5-6]。這些標(biāo)準(zhǔn)和意見為電子計(jì)價(jià)秤軟件的質(zhì)量提供了明確的度量指標(biāo)和度量算法，但是它們對這些指標(biāo)的測試方法并沒有進(jìn)行詳細(xì)明確的規(guī)定。因此，對電子計(jì)價(jià)秤軟件測試技術(shù)的研究就成為了迫切的需求。

本文從測試管理、測試技術(shù)和測試人員三方面對電子計(jì)價(jià)秤軟件測試中的關(guān)鍵問題的研究和總結(jié)，能夠?yàn)殡娮佑?jì)價(jià)秤軟件測試領(lǐng)域的研究提供參考，同時(shí)可以為相關(guān)計(jì)量器具軟件的測試提供借鑒。

1 電子計(jì)價(jià)秤軟硬件結(jié)構(gòu)

電子計(jì)價(jià)秤通過將稱重傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給CPU處理，CPU通過執(zhí)行軟件計(jì)算得到重量值，同時(shí)捕獲用戶鍵盤輸入，獲取單價(jià)和去皮、累積等操作信息，計(jì)算得到金額，最后通過LED驅(qū)動芯片去顯示重量、單價(jià)和金額等。本文從硬件和軟件兩個(gè)方面對電子計(jì)價(jià)秤的基本原理進(jìn)行介紹。

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

電子計(jì)價(jià)秤的硬件以CPU為核心，外圍主要包含三部分：稱重、鍵盤輸入和顯示，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 電子計(jì)價(jià)秤的硬件結(jié)構(gòu)圖

電子計(jì)價(jià)秤的稱重傳感器將感知到的托盤上的重量轉(zhuǎn)換為模擬信號，傳遞給A/D轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)由后者將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞給CPU。

CPU負(fù)責(zé)所有的邏輯計(jì)算部分，包括計(jì)算重量、根據(jù)鍵盤輸入獲取單價(jià)值、計(jì)算金額等，同時(shí)負(fù)責(zé)控制A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片。這是整個(gè)電子計(jì)價(jià)秤的核心部件，其中的軟件正是本文所討論的主體。

鍵盤驅(qū)動電路會捕獲鍵盤輸入信號，將其轉(zhuǎn)換為CPU的預(yù)設(shè)輸入接口信號。CPU還會通過輸入輸出端口控制LED驅(qū)動芯片，向其發(fā)送指令與數(shù)據(jù)，由后者驅(qū)動LED數(shù)碼管的顯示。

1.2 軟件結(jié)構(gòu)

電子計(jì)價(jià)秤軟件通常包括6個(gè)主要模塊，分別是：

1)初始化模塊：需要對CPU、A/D轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片和鍵盤驅(qū)動芯片等硬件進(jìn)行初始化設(shè)定，并需要對各種內(nèi)存變量賦初始值。

2)稱重傳感器數(shù)據(jù)平滑模塊：對從A/D獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑，以防止電子計(jì)價(jià)秤數(shù)據(jù)顯示變化過快，難以穩(wěn)定，同時(shí)可以避免因稱重物快速放置而導(dǎo)致的稱重誤差等。

3)重量和金額計(jì)算模塊：對平滑之后的稱重傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)定得到的重量與電壓之間的線性關(guān)系來計(jì)算重量，然后根據(jù)單價(jià)計(jì)算金額。

4)標(biāo)定處理模塊：專門處理電子計(jì)價(jià)秤的標(biāo)定。

5)按鍵處理模塊：根據(jù)輪詢得到的輸入輸出端口狀態(tài)確定按鍵值，并根據(jù)按鍵值進(jìn)行相應(yīng)的處理。

6)數(shù)碼管顯示模塊：負(fù)責(zé)將金額、重量、單價(jià)、異常代碼等信息顯示到數(shù)碼管上。

這6個(gè)模塊構(gòu)成了電子計(jì)價(jià)秤軟件，它們之間的調(diào)用關(guān)系如圖2所示。

圖2 電子計(jì)價(jià)秤的軟件流程圖

2 關(guān)鍵問題

電子計(jì)價(jià)秤軟件測試涉及到測試管理、測試技術(shù)和測試人員三項(xiàng)要素，下面將從這三方面來分析電子計(jì)價(jià)秤軟件測試的關(guān)鍵問題。

2.1 測試管理

電子計(jì)價(jià)秤軟件測試需要解決以下測試管理遇到的關(guān)鍵問題。

2.1.1 確定合理的測試規(guī)范

針對電子計(jì)價(jià)秤軟件的特殊性，需要在國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立合理的軟件測試規(guī)范，從以下方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：

1)測試目的：對測試的目的可以分成三種，包括測試軟件本身的邏輯是否符合要求、測試某個(gè)芯片中燒制的程序是否被篡改過、通過測試軟件來發(fā)現(xiàn)電子計(jì)價(jià)秤硬件系統(tǒng)的合法性。針對不同目的，會采用不同的測試方法和設(shè)備，因此，必須明確具體的測試目的。

2)測試對象：測試目的確定后，也就確定了測試對象到底是實(shí)現(xiàn)邏輯的軟件、某個(gè)具體的程序?qū)嵗€是硬件。無論是哪一種，都需要被測試方提交相應(yīng)的待測試物和必需的文檔，它們共同構(gòu)成了測試對象。最基本的測試交付物應(yīng)該包括：

a.源代碼：這必須是包含必要的注釋的源代碼，對所有內(nèi)存變量和子程序都要注釋說明其用途和約束條件。

b. CPU接口設(shè)計(jì)文檔：對CPU的各個(gè)輸入輸出信號都必須給出明確的定義和說明，包括電平高低和翻轉(zhuǎn)代表的不同含義等。

c.軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔：包括程序流程圖和重量計(jì)算方法等核心設(shè)計(jì)思想。詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔是判斷軟件質(zhì)量高低的重要依據(jù)。

d.電子計(jì)價(jià)秤使用說明：明確說明電子計(jì)價(jià)秤軟件支持的所有功能，以及技術(shù)指標(biāo)等信息，這些內(nèi)容是設(shè)計(jì)測試用例的依據(jù)。

3)測試項(xiàng)：需要針對上述測試對象確定測試項(xiàng)，包括測試項(xiàng)的數(shù)量、范圍、類型、重要程度等。

4)測試指標(biāo)與評價(jià)體系：針對各種測試項(xiàng)，要確定測試指標(biāo)和評價(jià)體系。

2.1.2 建立適合的測試過程

適應(yīng)電子計(jì)價(jià)秤軟件特殊性的測試過程將有助于提高測試的效率和有效性，這其中需要解決的問題包括：

1)版本追蹤：必須建立版本追蹤機(jī)制對各種型號和批次的產(chǎn)品中使用的軟件建檔，以做到能夠準(zhǔn)確迅速地追溯待測電子秤產(chǎn)品對應(yīng)的軟件，并能夠跟蹤分析軟件演化的過程。

2)缺陷跟蹤：對測試發(fā)現(xiàn)的缺陷必須進(jìn)行跟蹤，因?yàn)殡娮佑?jì)價(jià)秤軟件的缺陷數(shù)量和嚴(yán)重程度是衡量生產(chǎn)商設(shè)計(jì)開發(fā)能力以及誠信度的重要指標(biāo)，對缺陷跟蹤有利于進(jìn)行這種衡量和分析。

2.2 測試技術(shù)

電子計(jì)價(jià)秤軟件測試和通常的軟件測試相比，具有其特殊性，因此必須解決以下電子計(jì)價(jià)秤軟件測試技術(shù)關(guān)鍵問題。

2.2.1 程序理解

通過程序理解對軟件測試交付物進(jìn)行分析和挖掘，以獲得必要的信息，包括下列工作：

1)硬件接口分析：根據(jù)硬件設(shè)計(jì)獲取各種輸入和輸出接口的設(shè)計(jì)。

2)程序代碼處理：對提交測試的程序代碼進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚蕴岣叱绦蚶斫獾臏?zhǔn)確性和效率。

3)程序數(shù)據(jù)流與控制流分析：對于缺少源代碼以及必要的注釋和設(shè)計(jì)文檔，所以需要通過數(shù)據(jù)流和控制流分析來理解程序。

2.2.2 軟件校驗(yàn)與對比

對于測試目標(biāo)軟件實(shí)例是否存在篡改的情況，需要進(jìn)行軟件校驗(yàn)和對比，具體工作包括：

1)軟件校驗(yàn)：對于指定的待測軟件實(shí)例，需要根據(jù)其文件格式進(jìn)行校驗(yàn)，以判斷其本身是否符合可執(zhí)行代碼規(guī)范。

2)軟件對比：通過檢驗(yàn)的軟件實(shí)例需要進(jìn)一步和備案的合法軟件進(jìn)行對比，以測試軟件實(shí)例的合法性。

2.2.3 系統(tǒng)仿真測試

對于通過軟件測試來檢驗(yàn)電子計(jì)價(jià)秤硬件合法性的情況，需要使用仿真平臺進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，具體工作包括：

1)仿真平臺構(gòu)建：軟硬件聯(lián)調(diào)需要通過仿真平臺來實(shí)施，仿真平臺包括仿真器和仿真軟件。

2)仿真測試運(yùn)行方式：需要根據(jù)測試用例設(shè)置運(yùn)行斷點(diǎn)和輸入輸出等信息，然后通過在仿真時(shí)獲取內(nèi)存數(shù)據(jù)和輸入輸出信息，來判斷仿真運(yùn)行的結(jié)果。

圖3顯示了仿真測試運(yùn)行方式，其中測試平臺會根據(jù)測試用例生成用于仿真集成運(yùn)行環(huán)境的指令文件，而后者通過仿真頭與電子計(jì)價(jià)秤相連，并加載指令文件運(yùn)行程序，并根據(jù)指令文件的內(nèi)容運(yùn)行至指定斷點(diǎn)處將CPU內(nèi)存讀出生成數(shù)據(jù)文件。該數(shù)據(jù)文件將被載入到測試平臺中，并對該文件進(jìn)行分析，以判斷其是否與預(yù)期的測試結(jié)果相匹配。

圖3 仿真測試運(yùn)行方式示意圖

3)測試用例生成：電子計(jì)價(jià)秤軟件測試用例分成兩類，第一類是功能性測試用例，以產(chǎn)品說明書為依據(jù)，按照黑盒測試的方式設(shè)計(jì)測試用例；第二類是非功能性測試用例，以測試軟件健壯性為目的，按照白盒測試的方式設(shè)計(jì)測試用例。

4)測試結(jié)果分析：對測試結(jié)果的分析需要以程序理解為基礎(chǔ)，不但要發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷，而且要定位系統(tǒng)缺陷，并發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致缺陷的原因。對測試結(jié)果進(jìn)行分析有利于從軟件實(shí)現(xiàn)的角度對缺陷等級進(jìn)行評定，并且能夠支持缺陷跟蹤。

2.3 測試人員

由于電子計(jì)價(jià)秤軟件測試具有前述特殊性，需要在測試人員方面解決如下關(guān)鍵問題：

1)測試人員構(gòu)成：在電子計(jì)價(jià)秤軟件測試過程中，包含測試管理、程序理解、測試用例規(guī)劃與編寫、測試執(zhí)行、測試結(jié)果分析等任務(wù)。在具體的測試中，可以根據(jù)實(shí)際需求對測試任務(wù)分組，按照分組劃分測試人員的角色，并組織測試人員隊(duì)伍。

2)測試技術(shù)培訓(xùn)：對于測試人員來說，需要掌握嵌入式軟件測試的基本技能，同時(shí)要具有程序理解能力和測試管理能力，因此必須對測試人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)。

3)測試人員協(xié)作：參與測試的所有人員必須通過協(xié)作才能完成整個(gè)軟件測試。測試人員協(xié)作一方面要靠組織保障，另一方面也需要工具支持，例如Lotus notes等協(xié)同辦公軟件。

3 結(jié)束語

對電子計(jì)價(jià)秤軟件進(jìn)行測試是規(guī)范市場的必要措施，但是電子計(jì)價(jià)秤行業(yè)的特征決定了其軟件測試具有特殊性，而這些特殊性導(dǎo)致在基本的軟件測試方法、技術(shù)和管理之上，需要做更多適應(yīng)其特殊性的裁剪和擴(kuò)展。本文從測試管理、測試技術(shù)和測試人員三方面對電子計(jì)價(jià)秤軟件測試中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究和總結(jié)，能夠?yàn)殡娮佑?jì)價(jià)秤軟件測試領(lǐng)域的研究提供參考，同時(shí)可以為相關(guān)計(jì)量器具軟件的測試提供借鑒。

[1] OIML R76-1 Non-automatic Weighing Instrument Part1: Metrological and Technical Requirement Edition 2006(E)[S].International Organization of Legal Metrology

[2] General requirements for software controlled measuring instruments[S].2008.International Organization of Legal Metrology

[3] WELMEC 2.3，Informative Document Development of Software Requirements[S].2005.European Cooperation in Legal Metrology

[4] WELMEC 7.2，Software Guide (Measuring Instruments Directive 2004/22/EC)[S].2004.European Cooperation in Legal Metrology

[5] JJF 1182—2007 計(jì)量器具軟件測評指南[S].2007

[6] JJF 1365—2012 數(shù)字指示秤軟件可信度測評方法[S].2012