趙 鑫，岳 青，易冬陽(yáng)，韓春艷

（成都國(guó)信安信息產(chǎn)業(yè)基地有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

接口測(cè)試是測(cè)試系統(tǒng)組件間接口的一種測(cè)試，主要用于檢測(cè)外部系統(tǒng)與系統(tǒng)之間以及內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)之間的交互點(diǎn)。測(cè)試的重點(diǎn)是要檢查數(shù)據(jù)的交換、傳遞和控制管理過(guò)程，以及系統(tǒng)間的相互邏輯依賴關(guān)系等。嵌入式系統(tǒng)在開(kāi)展接口測(cè)試和密碼綜合性測(cè)試時(shí)[1]，主要受到兩個(gè)因素影響。一是被測(cè)接口的通信協(xié)議各異，發(fā)送和接收的協(xié)議數(shù)據(jù)需結(jié)合通信協(xié)議，人工逐個(gè)字節(jié)地比對(duì)協(xié)議數(shù)據(jù)內(nèi)容，才能清楚數(shù)據(jù)內(nèi)容含義，同時(shí)響應(yīng)數(shù)據(jù)需編寫(xiě)相應(yīng)的測(cè)試代碼進(jìn)行測(cè)試。該方式對(duì)測(cè)試人員專(zhuān)業(yè)編程設(shè)計(jì)能力有較高要求，同時(shí)受測(cè)試周期長(zhǎng)、測(cè)試資源占用率高的影響，對(duì)整體的測(cè)試任務(wù)形成了技術(shù)和效率瓶頸。二是被測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備接口形態(tài)不同，更換被測(cè)設(shè)備需要同時(shí)更換測(cè)試設(shè)備，“一測(cè)一換”增加了測(cè)試的繁瑣度。

通用接口協(xié)議測(cè)試工具以“一對(duì)多”“集成化”“自動(dòng)化”為目標(biāo)，使用可配置的XML文件格式描述通信接口協(xié)議，并利用PXI總線易擴(kuò)展、熱插拔、高可靠性的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)E1、K、RS232C、RS422、USB3.0、以太網(wǎng)接口及相關(guān)協(xié)議的一致性測(cè)試和接口性能的可靠性測(cè)試。針對(duì)不同接口的測(cè)試，只需讀取配置完成的XML格式的接口協(xié)議和用例流程驅(qū)動(dòng)配置文件，就可進(jìn)行字節(jié)級(jí)別的協(xié)議數(shù)據(jù)解析和自動(dòng)應(yīng)答，整體壓縮了測(cè)試周期，簡(jiǎn)化了測(cè)試環(huán)境，突破了效率瓶頸。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

通用接口協(xié)議測(cè)試工具總體分為三部分——上位機(jī)、下位機(jī)和接口驅(qū)動(dòng)程序。通用接口協(xié)議測(cè)試工具設(shè)計(jì)過(guò)程采用模塊化、層次化、可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建了靈活開(kāi)放的技術(shù)體系架構(gòu)。當(dāng)后期新增測(cè)試對(duì)象時(shí)，只需制作新接口模塊適配單元和編制新的協(xié)議，編寫(xiě)狀態(tài)機(jī)操作代碼，就可完成新接口的測(cè)試。工具系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 工具系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)的運(yùn)行環(huán)境為Window7，運(yùn)行框架為.net FrameWork 4.0，采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。上位機(jī)技術(shù)框架的選擇基于兩點(diǎn)：一是Windows 7包含.NET Framework4.0托管代碼編程模型，上位機(jī)的運(yùn)行無(wú)需安裝其他Windows組件；二是C#是一種面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，可以用來(lái)構(gòu)建在.NET Framework上運(yùn)行的各種應(yīng)用程序。它與Windows軟件（Win32 DLL）交互，可以通過(guò)一個(gè)“互操作”的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

上位機(jī)總體分為5個(gè)部分——界面管理模塊、用例驅(qū)動(dòng)器、載荷生成器、協(xié)議解析器和結(jié)果分析器，模塊關(guān)系如圖2所示。

圖2 上位機(jī)模塊關(guān)系

上位機(jī)各模塊工作以用例驅(qū)動(dòng)器為核心。用例驅(qū)動(dòng)器、協(xié)議解析器、結(jié)果分析器三個(gè)核心模塊使用了可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（XML）描述其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)?？蓴U(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（XML）具有可擴(kuò)展性、結(jié)構(gòu)化和靈活性，同時(shí)具備定義嚴(yán)格、語(yǔ)法明確、表示方便等特點(diǎn)[2]，使得XML語(yǔ)言非常適合用來(lái)描述三個(gè)核心模塊。用XML語(yǔ)言描述和組織測(cè)試用例，用例驅(qū)動(dòng)器讀取用例文件驅(qū)動(dòng)測(cè)試流程運(yùn)行，能夠使測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試流程、接口協(xié)議相分離，有利于測(cè)試數(shù)據(jù)的維護(hù)與重用。

界面管理模塊主要以圖形化的界面提供給用戶使用，包括接口協(xié)議編輯、用例編輯、載荷數(shù)據(jù)管理和測(cè)試結(jié)果顯示等功能。

載荷生成器用于生成流程中使用的載荷，載荷根據(jù)指定的協(xié)議模板填充到測(cè)試數(shù)據(jù)指定位置。載荷生成有兩種方式：一是由用戶定義生成規(guī)則（隨機(jī)或是重復(fù)）；二是直接導(dǎo)入測(cè)試數(shù)據(jù)文件。載荷支持4種格式：二進(jìn)制、十六進(jìn)制、八進(jìn)制、BCD碼。

1.2 接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)和下位機(jī)的通信依賴于接口驅(qū)動(dòng)程序。接口驅(qū)動(dòng)程序使用C++語(yǔ)言編寫(xiě)，編譯生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)提供給上位機(jī)調(diào)用。動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)負(fù)責(zé)上位機(jī)和下位機(jī)通信專(zhuān)有協(xié)議數(shù)據(jù)解析，包括5個(gè)接口——設(shè)備卡檢測(cè)、設(shè)備卡打開(kāi)、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、設(shè)備卡關(guān)閉。

1.3 下位機(jī)設(shè)計(jì)

下位機(jī)是通用多接口協(xié)議的測(cè)試設(shè)備，包括零槽、機(jī)箱和接口協(xié)議測(cè)試卡。設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

圖3 下位機(jī)總體設(shè)計(jì)

零槽和接口協(xié)議測(cè)試卡通過(guò)機(jī)箱背板的CPCI接口進(jìn)行通信。零槽為主控制板，搭載Windows7操作系統(tǒng)和控制軟件。機(jī)箱為設(shè)備供電，并提供分別與零槽和接口協(xié)議測(cè)試卡通信連接的CPCI接口。接口協(xié)議測(cè)試卡提供被測(cè)設(shè)備電源進(jìn)行協(xié)議通信、數(shù)據(jù)處理和控制軟件進(jìn)行交互。

零槽包括第一PXI總線[3]模塊、主控模塊、USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊。第一PXI總線模塊通過(guò)CPCI接口與機(jī)箱背板連接；主控模塊通過(guò)印刷電路與第一PXI總線模塊、USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊的輸入輸出端相連，主控模塊采用Windows7操作系統(tǒng)，安裝控制軟件；USB接口模塊通過(guò)USB口與外部設(shè)備連接；以太網(wǎng)模塊接口模塊通過(guò)以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)10/100/1 000 Mb/s自適應(yīng)。

接口協(xié)議測(cè)試卡包括第二PXI總線模塊、數(shù)據(jù)處理與接口控制模塊、接口模塊和電源模塊。第二PXI總線模塊通過(guò)CPCI接口與機(jī)箱背板連接；數(shù)據(jù)處理與接口控制模塊包括接口配置單元和數(shù)據(jù)處理單元，接口配置單元和數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)印刷電路與接口模塊相連；接口配置單元設(shè)置當(dāng)前測(cè)試所需接口類(lèi)型和通信速率，數(shù)據(jù)處理單元將數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)，然后封裝處理后發(fā)送，確保正常通信；接口模塊包括異步串行接口單元、同步串行接口單元、IO控制接口單元、總線接口單元、顯示屏接口單元、自定義鍵盤(pán)接口單元、音頻接口單元和基帶接口單元；接口模塊的一端通過(guò)定制線纜與被測(cè)設(shè)備連接，另一端通過(guò)印刷電路與數(shù)據(jù)處理與接口控制模塊連接；電源模塊通過(guò)印刷電路與CPIO接口連接，將機(jī)箱電源轉(zhuǎn)換為+5 V、+12 V、5 V、-10 V、-12 V五種電源，由定制線纜連接至被測(cè)設(shè)備[4]。

2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 接口協(xié)議模板實(shí)現(xiàn)

接口協(xié)議模板使用XML語(yǔ)言描述，用戶在界面管理模塊實(shí)現(xiàn)自定義。接口協(xié)議模板定義如圖4所示。

圖4 接口協(xié)議模板

標(biāo)簽 1：＜ProtocolTemplet＞＜/ProtocolTemplet＞ 模板開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)記。

name表示模板名稱。

tstart=”1”表示載荷的開(kāi)始位置（開(kāi)始字節(jié)），tend=”0”表示載荷的結(jié)束位置（結(jié)束字節(jié)）。

標(biāo)簽2：＜P＞＜/P＞關(guān)鍵字定義協(xié)議的組成。

length用十進(jìn)制表示長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位。Length是必須定義項(xiàng)，如果不具備，那么必須包含MaxLength和MinLength的定義。

type表示類(lèi)型，必須定義。Type有三種類(lèi)型：FixValue（固定值）、CalcValue（計(jì)算值）和InputValue（輸入值）。

name表示名稱，必須定義，且不重復(fù)。

inputtype表示輸入類(lèi)型。當(dāng)type=”InputValue”時(shí)，定義輸入項(xiàng)類(lèi)型。

Inputtype有三個(gè)取值：LongInput（長(zhǎng)文本）、ShortInput（短文本）和FileInput（文件導(dǎo)入）。

rule表示計(jì)算值規(guī)則，當(dāng)type=”CalcValue” 時(shí)，必須定義rule。

rule有3種取值：FrameCount（計(jì)算幀長(zhǎng)）、DataCount（計(jì)算target目標(biāo)長(zhǎng)度）和CRC（使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)計(jì)算target目標(biāo)校驗(yàn)碼）。

當(dāng) type=”CalcValue”、rule=”CRC” 時(shí)，DllName=”動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)路徑”，F(xiàn)uncName=”函數(shù)名稱”。

target目標(biāo)標(biāo)簽只針對(duì)rule為DataCount/CRC時(shí)生效。

target為CRC時(shí)，可以計(jì)算一個(gè)區(qū)間的CRC，用target=”name3-name4”表示。

2.2 測(cè)試用例實(shí)現(xiàn)

測(cè)試用例主要包含用例基本信息配置、狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)、配置協(xié)議和狀態(tài)機(jī)配置4個(gè)主要部分。測(cè)試用例配置示意圖如圖5所示。

測(cè)試用例設(shè)計(jì)時(shí)，每一個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)均包含一個(gè)狀態(tài)機(jī)。設(shè)計(jì)三要素為——事件、轉(zhuǎn)換狀態(tài)和操作。本設(shè)計(jì)中定義見(jiàn)表1。

圖5 測(cè)試用例配置

表1 狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)要素定義

狀態(tài)機(jī)支持的函數(shù)定義參見(jiàn)表2。

所有狀態(tài)機(jī)完成定義后，形成最終的測(cè)試用例。每一測(cè)試用例使用XML格式的文件存儲(chǔ)，便于后續(xù)修改。

2.3 結(jié)果分析器模板實(shí)現(xiàn)

結(jié)果分析器模板使用XML語(yǔ)言描述，用于自動(dòng)解析有特殊含義的載荷，方便結(jié)果顯示，易于閱讀。結(jié)果分析器模板定義如圖6所示。

標(biāo)簽說(shuō)明：

標(biāo) 簽 1：＜ResultDictionary＞＜/ResultDictionary＞結(jié)果分析模板的開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)記。

標(biāo)簽2：＜Rule＞＜/Rule＞字典規(guī)則，用于判斷當(dāng)前接收數(shù)據(jù)所匹配的規(guī)則，并獲取對(duì)應(yīng)規(guī)則下的值。

Condition匹配當(dāng)前規(guī)則的條件，如果子節(jié)點(diǎn)含有Conditions，則不響應(yīng)此條件。值類(lèi)型OP表示取包含專(zhuān)有協(xié)議的數(shù)據(jù)包，IP表示取專(zhuān)有協(xié)議的載荷。

表2 狀態(tài)機(jī)函數(shù)定義

圖6 結(jié)果分析器模板

Result匹配當(dāng)前規(guī)則且當(dāng)前規(guī)則的子節(jié)點(diǎn)規(guī)則均未匹配，則將其作為接收數(shù)據(jù)所匹配的結(jié)果。

標(biāo)簽3：＜param＞＜/param＞：是＜Rule＞子節(jié)點(diǎn)，表示規(guī)則結(jié)果的參數(shù)。結(jié)果中含有{0}，則對(duì)應(yīng)替換第一個(gè)param子節(jié)點(diǎn)，以此類(lèi)推。

value表示當(dāng)前參數(shù)對(duì)應(yīng)的值。

Constants表示對(duì)value值進(jìn)行常數(shù)匹配轉(zhuǎn)換。

標(biāo) 簽 4：＜Conditions＞＜/Conditions＞ 是 ＜Rule＞子節(jié)點(diǎn)，表示當(dāng)前規(guī)則的條件，與Rule的condition屬性多選一，優(yōu)先級(jí)策略是后一個(gè)Conditions優(yōu)先級(jí)大于前一個(gè)Conditions，大于Rule的condition屬性優(yōu)先級(jí)。

Mer表示規(guī)則判斷條件，值為OR則子屬性的condition之間成立按照或條件匹配，值為AND則子屬性的condition之間成立按照且條件匹配。

標(biāo)簽5：＜Condition＞＜/Condition＞是＜Conditions＞子節(jié)點(diǎn)。

exp表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的規(guī)則。

標(biāo)簽 6：＜Constants＞＜/Constants＞ 是字典結(jié)果中定義的常量，通過(guò)指定key替換常量值。

name常量集合名：定義當(dāng)前常量集合的名稱，便于字典結(jié)果直接引用。

標(biāo)簽 7：＜Constant＞＜/Constant＞ 是 ＜Constants＞ 子節(jié)點(diǎn)，定義常量集合下的一個(gè)常量name-value的映射。

Name為常量名，常量關(guān)鍵值為key。

value為常量對(duì)應(yīng)的值。

2.4 接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

接口驅(qū)動(dòng)程序包含5個(gè)接口，使用靜態(tài)方式調(diào)用。

（1）端口查詢：通過(guò)端口號(hào)查詢?cè)O(shè)備在線情況。

接 口 函 數(shù)：public static extern intLdxc_DeviceFind(UInt16 DeviceNumber)

參數(shù)說(shuō)明：DeviceNumber為設(shè)備端口號(hào)。

（2）設(shè)備打開(kāi)：初始化打開(kāi)板卡端口對(duì)應(yīng)的設(shè)備。

接口函數(shù)：public static extern int Ldxc_DeviceInit(uint index,ref uint device)

參數(shù)說(shuō)明：index為設(shè)備端口號(hào)；device為獲取設(shè)備連接詳情實(shí)體對(duì)象。

（3）設(shè)備編號(hào)：通過(guò)端口號(hào)查詢?cè)O(shè)備編號(hào)。

接 口 函 數(shù)：public static extern int Ldxc_DeviceID(uint device,byte[]buffer)

參數(shù)說(shuō)明：device為查詢目標(biāo)設(shè)備；buffer為存儲(chǔ)設(shè)備編號(hào)字節(jié)數(shù)組。

（4）設(shè)備關(guān)閉：通過(guò)端口號(hào)查詢?cè)O(shè)備信息。

接口函數(shù)：public static extern int Ldxc_DeviceQuit(uint device)

參數(shù)說(shuō)明：device為關(guān)閉目標(biāo)設(shè)備。

（5）數(shù)據(jù)讀?。鹤x取指定目標(biāo)的數(shù)據(jù)。

接口函數(shù)：public static extern int Ldxc_read(uint device,byte[] buffer,ref int len)

參數(shù)說(shuō)明：device為讀取目標(biāo)設(shè)備；buffer為讀取內(nèi)容；len為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

（6）數(shù)據(jù)發(fā)送：向指定目標(biāo)發(fā)送數(shù)據(jù)。

接口函數(shù)：public static extern int Ldxc_write(uint device,byte[] buffer,int len)

參數(shù)說(shuō)明：device為發(fā)送目標(biāo)設(shè)備；buffer為發(fā)送內(nèi)容；len為發(fā)送長(zhǎng)度。

3 結(jié) 語(yǔ)

嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)有接口測(cè)試方法存在測(cè)試數(shù)據(jù)不易模擬和分析、硬件接口形態(tài)各異、多數(shù)測(cè)試需“一測(cè)一換”等問(wèn)題，嚴(yán)重影響測(cè)試效率和準(zhǔn)確性。因此，從上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)方面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了通用多接口協(xié)議測(cè)試工具。本測(cè)試工具軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用XML可標(biāo)記擴(kuò)展語(yǔ)言描述和存儲(chǔ)“用例驅(qū)動(dòng)器”“協(xié)議解析器”“結(jié)果解析器”三個(gè)核心模塊，能夠使測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試流程、接口協(xié)議相分離；硬件方面使用PXI總線易擴(kuò)展、熱插拔、高可靠性的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)E1、K、RS232C、RS422、USB3.0、以太網(wǎng)接口等多接口的集成，同時(shí)預(yù)留了CPCI-E卡便于后期新增接口類(lèi)型。該測(cè)試工具不僅能大幅提高接口測(cè)試測(cè)試效率，簡(jiǎn)化測(cè)試環(huán)境，且具備通用型和擴(kuò)展性。

今后可考慮擴(kuò)充接口協(xié)議模型，增強(qiáng)其適應(yīng)性，并將測(cè)試工具和測(cè)試管理過(guò)程相結(jié)合，把簡(jiǎn)單的測(cè)試結(jié)果輸出文件轉(zhuǎn)換為符合測(cè)試規(guī)范的測(cè)試報(bào)告文檔集。