李自豪 徐先良 歐國恩

自動測試技術(shù)的誕生可追溯到20 世紀(jì)80 年代，發(fā)展到如今，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的系統(tǒng)測試中，且技術(shù)逐漸趨于成熟，相關(guān)的自動測試工具層出不窮。在國內(nèi)，自動測試正處于高速發(fā)展階段，越來越多的企業(yè)意識到自動測試的重要性。

本文基于美國國家儀器公司（NI） 開發(fā)的測試管理軟件TestStand 進(jìn)行測試系統(tǒng)的開發(fā)，結(jié)合TestStand 的功能特點與既有測試經(jīng)驗，設(shè)計并實現(xiàn)了基于Teststand 的列控車載系統(tǒng)自動測試方案。

1 基于Teststand 的既有測試方案

基于Teststand 的列控車載系統(tǒng)既有測試方案主要包含2 部分：被測車載設(shè)備和仿真測試環(huán)境，如圖1 所示，其中被測車載設(shè)備為真實車載。為了滿足測試需求，搭建了模擬真實運行環(huán)境的仿真測試環(huán)境。該測試系統(tǒng)中包括了TBTS 仿真車接口系統(tǒng)、軌旁仿真系統(tǒng)、RBC 模擬器、GNSS/GNSSIMU 模擬器、DTS 模擬器、HOT 模擬器、DRU 模擬器等［1］，以下是各個模擬器在測試系統(tǒng)中的作用［2］。

1） TBTS 仿真車接口系統(tǒng)：為車載提供電源控制，模擬列車IO 接口和車輛操作控制的軟件。

2） 軌旁仿真系統(tǒng)：處理列車位置及占用邏輯，為軌旁設(shè)備提供列車位置信息。

圖1 基于Teststand 的列控車載系統(tǒng)既有測試方案

3）RBC 模擬器：與車載建立并維持通信，向車載發(fā)送進(jìn)路及限速信息。

4）GNSS/GNSSIMU 模擬器：用來接收軌旁發(fā)送的列車區(qū)間位置信息，計算相應(yīng)的GPS 坐標(biāo)，并發(fā)送給車載。

5）DTS 模擬器：存儲數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，與車載建立連接并配合進(jìn)行發(fā)車測試。

6）HOT 模擬器：與車載建立連接并向車載發(fā)送管壓信息。

7） DRU 模擬器：與車載建立連接，接收、記錄并顯示車載日志，將其以json 格式保存到本地。

在測試過程中，測試人員需要手動操作上述模擬器，并且需要時刻觀察車輛狀態(tài)，選擇合適的時機(jī)控制車輛的速度和加速度，這對測試人員提出了較高的要求，需要盡可能地避免失誤。

2 基于Teststand 的自動測試方案

基于Teststand 的列控車載系統(tǒng)自動測試方案，與傳統(tǒng)的人工測試不同，它將測試環(huán)境進(jìn)行模塊化管理［3］，如圖2 所示。自動測試環(huán)境主要由被測車載設(shè)備、仿真測試環(huán)境和自動測試系統(tǒng)3 部分組成。其中，自動測試系統(tǒng)由TestStand 序列執(zhí)行引擎、TestManager 測試管理器和SimControl 模擬器控制器3 部分組成。

圖2 基于Teststand 的列控車載系統(tǒng)自動測試方案

2.1 TestStand 序列執(zhí)行引擎

2.1.1 功能

TestStand 在自動測試系統(tǒng)中的主要功能是實現(xiàn)測試序列的編輯與執(zhí)行，并在測試完成后生成測試報告［4］。

2.1.2 接口

TestStand 提供的接口可供外部程序調(diào)用，以使用其測試引擎。

2.1.3 原理

TestStand 內(nèi)置了條件執(zhí)行語句、循環(huán)語句、Goto 語句，能夠?qū)崿F(xiàn)序列的選擇、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)，靈活地控制序列邏輯及執(zhí)行流程；TestStand 的嵌套、分層和復(fù)用機(jī)制，能夠生成較為復(fù)雜的序列結(jié)構(gòu)。在序列執(zhí)行的時序控制方面，TestStand 提供了延時語句。

2.2 TestManager 測試管理器

2.2.1 功能

TestManager 的主要功能是發(fā)送操作指令，接收車輛信息、股道信息、模擬器狀態(tài)等信息，并進(jìn)行存儲。

2.2.2 接口

TestManager 提供調(diào)用TestStand 引擎的接口，以及發(fā)送操作命令、接收車輛信息的接口。

2.2.3 原理

TestManager 提供了用戶界面，通過調(diào)用TestStand 引擎來實現(xiàn)測試序列的執(zhí)行與報告的生成；通過網(wǎng)絡(luò)向模擬器控制腳本發(fā)送操作指令，來實現(xiàn)模擬器軟件的自動控制。

2.3 Sim Control 模擬器控制器

2.3.1 功能

Sim Control 實現(xiàn)了控制模擬器軟件的功能。

2.3.2 接口

Sim Control 提供了接收來自TestManager 的操作指令的接口；提供了與操作各個模擬器的接口函數(shù)。

2.3.3 原理

Sim Control 通過網(wǎng)絡(luò)接收來自TestManager 的模擬器操作指令，借助AutoIt 編寫操作腳本，通過操作控件句柄或控制鼠標(biāo)和鍵盤，實現(xiàn)對RBC 模擬器、GNSS/GNSSIMU 模擬器、DTS 模擬器、HOT 模擬器和DRU 模擬器的操作；同樣可借助AutoIt 讀取各模擬器界面上的信息，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給TestManager。

Sim Control 模擬器控制器工作原理見圖3。

圖3 Sim Control 模擬器控制器工作原理

2.4 DMI Operator

2.4.1 功能

DMI Operator 實現(xiàn)對DMI 軟件的操作。

2.4.2 接口

DMI Operator 提供了接收來自TestManager 的按鍵指令的接口，以及操作各個模擬器的接口函數(shù)。

2.4.3 原理

DMI Operator通過網(wǎng)絡(luò)接收來自TestManager的模擬器按鍵指令，在進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后，DMI Operator將按鍵指令發(fā)送給DMI；同時，DMI 也將車輛狀態(tài)信息透傳給DMI Operator，DMI Operator 將這些車輛狀態(tài)信息保存到本地。在Test Manager 需要時，可向DMI Operator 發(fā)送請求信息。

3 系統(tǒng)功能及流程

基于Teststand 的列控車載系統(tǒng)自動測試主要實現(xiàn)測試過程中所有人工操作的自動化，包括模擬器操作、DMI 操作、列車運行控制、測試序列管理、測試報告生成、數(shù)據(jù)分析、屏幕錄制7 個功能模塊。

3.1 系統(tǒng)功能

3.1.1 模擬器操作

在當(dāng)前的測試環(huán)境中，包含了多個模擬器。在測試過程中，模擬器的開啟、關(guān)閉、文件配置、按鈕點擊、文本輸入等操作均由系統(tǒng)進(jìn)行自動操作。

3.1.2 DMI 操作

當(dāng)前測試環(huán)境中DMI 軟件的啟動、關(guān)閉及按鍵的點擊均為自動操作。當(dāng)DMI 需要進(jìn)行文字輸入時，系統(tǒng)能夠自動切換數(shù)字或字母。

3.1.3 列車運行控制

在車輛運行過程中，車輛的速度由自動測試系統(tǒng)控制，DMI 會以200 ms 的周期向TestManager發(fā)送循環(huán)消息，包含車輛當(dāng)前速度、允許速度等信息，綜合這些信息計算出當(dāng)前的目標(biāo)速度和加速度，并在仿真車上進(jìn)行設(shè)置。

3.1.4 測試序列管理

TestStand 提供了編輯和執(zhí)行測試序列的平臺，序列之間可以進(jìn)行相互調(diào)用，實現(xiàn)了序列的復(fù)用［5］。

3.1.5 測試報告生成

TestStand 內(nèi)置了多種測試報告模板，將測試序列中所有需要輸出的判定點加入到報告模板中。在測試過程中，這些判定點（Pass/Fail Test） 會將實際輸出值與期望值進(jìn)行對比，如果相同，則表示該判定點通過（Pass）；否則，判定點失?。‵ail）。測試序列執(zhí)行完成后，這些判定點的結(jié)果會輸出到測試報告中，并以HTML/ATML/XML格式保存至本地［6］。

3.1.6 數(shù)據(jù)分析

測試序列在執(zhí)行過程中，自動測試系統(tǒng)會將JRU（列車數(shù)據(jù)記錄單元）記錄的車輛運行狀態(tài)等各項信息與真實線路數(shù)據(jù)表以公里標(biāo)為基準(zhǔn)進(jìn)行比對，比對結(jié)果記錄并保存到日志中。

3.1.7 屏幕錄制

在測試序列開始時開啟屏幕錄制，結(jié)束時停止屏幕錄制，并將視頻保存到本地。

3.2 測試流程

在TestStand 中，一個完整的測試序列分為3 個部分：Setup（準(zhǔn)備）、Main（主步驟）、Cleanup（清理）。其中，Setup 部分包含了測試所需環(huán)境的準(zhǔn)備步驟，Main 為測試主體，Cleanup 包含測試環(huán)境清理步驟。本系統(tǒng)的運行流程主要分為5 個步驟：環(huán)境初始化、測試準(zhǔn)備、測試中、測試結(jié)束和環(huán)境“清理”，見圖4。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 控制腳本的設(shè)計與實現(xiàn)

在該自動測試系統(tǒng)中，Sim Control 由多個控制腳本組成［7］，采用Python 語言開發(fā)，使用AutoIt Window Info 工具可以檢測模擬器窗體及控件是否可識別，針對不同情況采用不同的控制方式。

圖4 測試流程

1）句柄操作方式。對于使用標(biāo)準(zhǔn)Windows 控件開發(fā)用戶界面的模擬器，在控制腳本程序中引入PyAutoIt 庫，使用AutoIt 方法進(jìn)行句柄操作。由于軟件的窗體與控件的句柄都是唯一的，所以可以通過句柄實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，包括點擊、拖拽、輸入等操作。

2）像素定位方式。當(dāng)窗體中的控件無法識別時，可通過控件相對窗體的像素偏移來對控件進(jìn)行定位，使用PyAutoIt 中的方法，對特定像素點進(jìn)行點擊操作。當(dāng)某個控件存在顏色變化時，也可以通過獲取特定像素點的顏色，來獲取該控件的狀態(tài)。

3）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方式。當(dāng)窗體中的控件無法識別，且需要進(jìn)行文本輸入操作時，需要模擬器與SimControl 通過網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)操控。

以上幾種方式可以混合使用，例如模擬器的窗體均可使用句柄進(jìn)行操作。當(dāng)模擬器中的控件為標(biāo)準(zhǔn)控件與第三方控件混合使用時，使用句柄對標(biāo)準(zhǔn)控件進(jìn)行操作，通過像素定位或者網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對第三方控件進(jìn)行操控。

4.2 測試序列的設(shè)計與實現(xiàn)

基于TestStand 平臺，并以測試用例為范本，完成測試序列的編寫。本系統(tǒng)提供了豐富的元操作可供調(diào)用，例如，模擬器啟動、關(guān)閉、車載上電、加車、刪車、設(shè)置車輛目標(biāo)速度、加速度、設(shè)置牽引、制動、DMI 按鍵點擊、DMI 文字輸入、設(shè)置道岔、辦理發(fā)車、接車進(jìn)路、設(shè)置信號機(jī)狀態(tài)等一系列的基礎(chǔ)操作，測試人員可以通過編寫通用子序列，供其他序列進(jìn)行調(diào)用。以下為測試序列參考示例。

1）初始化：啟動HOT 模擬器、DTS 模擬器、GNSS/GNSSIMU 模擬器、本站及前方站的RBC模擬器和DRU 模擬器，通過TBTS 仿真車接口軟件給車載設(shè)備上電。

2）開始錄屏。

3）設(shè)置道岔、信號機(jī)：設(shè)置相應(yīng)進(jìn)路的道岔和信號機(jī)狀態(tài)，并辦理發(fā)車和接車進(jìn)路。

4） 添加列車：在本站添加列車并設(shè)置變量，例如股道號、列車長度、偏移距離、車次號、上下行方向、司控端等信息。

5）開始記錄數(shù)據(jù)：控制DRU 模擬器開始接收并記錄數(shù)據(jù)。

6）發(fā)車測試：操作DMI 按鍵，進(jìn)行發(fā)車測試（調(diào)用發(fā)車測試子序列）。

7）完整性測試：操作DMI 按鍵，進(jìn)行完整性測試（調(diào)用完整性測試子序列）。

8）車輛行駛：序列采用while 循環(huán)進(jìn)行控制，通過不斷獲取車輛信息和股道信息，動態(tài)地調(diào)整TBTS 中車輛的加速度和目標(biāo)速度，實現(xiàn)車輛的“自動駕駛”。

9） RBC 模擬器換站：當(dāng)車輛行駛到前方站后，啟動下一站的RBC 模擬器，關(guān)閉上一站RBC模擬器。

10）停車：當(dāng)車輛到達(dá)車站后，TestStand 根據(jù)站內(nèi)信號機(jī)控制車輛速度，使車輛停止行駛。

11）清理工作：如果車輛需要繼續(xù)行駛，則重復(fù)（8）（9）（10）步驟；否則，當(dāng)車輛停穩(wěn)后跳出循環(huán)，刪除列車并停止DRU 模擬器數(shù)據(jù)記錄，停止錄屏并關(guān)閉所有模擬器。

12）行車數(shù)據(jù)分析：Sim Control 對DRU 模擬器記錄的json 數(shù)據(jù)進(jìn)行解析分析，并將結(jié)果返回給TestStand，作為測試結(jié)果的一個判定節(jié)點。

13） 生成測試報告：完成以上所有步驟后，TestStand 將所有判定節(jié)點輸出到測試報告中，并保存到本地。

對應(yīng)TestStand 中測試序列的3 個部分，Setup、Main 和Cleanup，在上述示例中，Setup 中包含步驟1，Main 中包含步驟2～12，Cleanup 中包含步驟13。

5 結(jié)束語

基于Teststand 的列控車載系統(tǒng)自動測試方案實現(xiàn)了測試過程的自動化，使用TestStand 測試引擎及AutoIt 自動操作腳本進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，其中TestStand 提供了測試序列的編輯與執(zhí)行、測試報告生成等功能，AutoIt 實現(xiàn)了對測試過程中各個軟件的自動控制。本系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)人工測試，提高了測試效率及測試質(zhì)量，節(jié)省了時間和人力成本，對于測試要求較高的軌道交通信號行業(yè)具有實際意義。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的測試效率及自動化程度，未來可從以下幾方面進(jìn)行功能完善和優(yōu)化：①充分利用TestStand 支持并行測試的特性，實現(xiàn)多個用例同時測試［8］；②引入機(jī)械裝置模擬人手點按DMI按鍵；③引入監(jiān)控設(shè)備，對DMI 進(jìn)行拍攝，并通過圖像識別實時地獲取DMI 顯示內(nèi)容；④引入自動部署功能；⑤利用算法優(yōu)化測試路徑，提高測試效率［9］。