王月波,劉 濤,陳 超,李繼秀,蒲卿路

(1.西南電子技術(shù)研究所，成都 610036; 2.西南交通大學(xué) 唐山研究生院，成都 610097)

0 引言

我國(guó)發(fā)展了許多通訊指揮電臺(tái)，比如短波電臺(tái)、超短波、高速數(shù)據(jù)電臺(tái)。自從無(wú)線通信技術(shù)問(wèn)世，它已經(jīng)得到廣泛的推廣普及。隨著人們對(duì)其理解和研究的不斷深入，無(wú)線通信技術(shù)的使用區(qū)域正在逐步擴(kuò)展?，F(xiàn)代軍用無(wú)線電臺(tái)的功能不局限于話音的傳送，還可以實(shí)現(xiàn)文本信息，圖像信息等數(shù)據(jù)的傳輸。通信模式也從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，定頻發(fā)送轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)頻加密發(fā)送。

隨著現(xiàn)代軍事裝備技術(shù)復(fù)雜性的提高。自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)在現(xiàn)代軍事裝備的開(kāi)發(fā)、檢測(cè)、維修中的作用和地位變得越來(lái)越重要。盡管電臺(tái)項(xiàng)目較多，其技術(shù)指標(biāo)也不盡相同。但對(duì)測(cè)試人員來(lái)說(shuō)，核心的測(cè)試項(xiàng)目與測(cè)試流程都大同小異。并且，對(duì)電臺(tái)的測(cè)試是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，除電臺(tái)本身外，需要使用大量測(cè)量?jī)x器，構(gòu)造不同的測(cè)試數(shù)據(jù)集等。

航空通信電臺(tái)是一種安裝在飛機(jī)上的機(jī)載通信設(shè)備，為飛機(jī)間或飛機(jī)與地面間提供視距內(nèi)雙向話音和數(shù)據(jù)的通信能力，機(jī)載航空電臺(tái)是一個(gè)國(guó)家掌握制空權(quán)的重要手段之一[1]。隨著軟件定義電臺(tái)(SDR)概念的提出，電臺(tái)軟件的技術(shù)復(fù)雜性不斷提高[2]，軟件在電臺(tái)中的作用越來(lái)越大，這對(duì)測(cè)試電臺(tái)軟件功能的完備性、正確性和準(zhǔn)確性提出了更高了要求。

而目前針對(duì)電臺(tái)軟件的測(cè)試面臨如下問(wèn)題：

1)電臺(tái)需要連接其他設(shè)備才能運(yùn)行，測(cè)試環(huán)境搭建困難。電臺(tái)在真實(shí)運(yùn)行環(huán)境下，需要配套多種測(cè)試儀器與測(cè)試平臺(tái)，才能進(jìn)行測(cè)試用例的執(zhí)行。對(duì)測(cè)試人員所需要涉及的知識(shí)范圍有較高的要求。不能快速、有效地展開(kāi)測(cè)試。

2)測(cè)試用例設(shè)計(jì)與執(zhí)行脫節(jié)，測(cè)試效率低下。測(cè)試用例的設(shè)計(jì)與執(zhí)行，往往都分開(kāi)進(jìn)行。并且在執(zhí)行過(guò)程中可能會(huì)發(fā)現(xiàn)其他問(wèn)題，導(dǎo)致用例需要重新設(shè)計(jì)，并再次執(zhí)行。使得測(cè)試人員需要重復(fù)勞動(dòng)，并且效率低下。

3)儀器儀表手工操作，使得測(cè)試用例執(zhí)行緩慢。目前對(duì)測(cè)試所需的儀器大多采用手動(dòng)控制，需要根據(jù)具體需求對(duì)儀器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，造成用例執(zhí)行時(shí)間的不必要浪費(fèi)，并且手動(dòng)設(shè)置極有可能輸入錯(cuò)誤，導(dǎo)致用例得出錯(cuò)誤結(jié)論。

4)測(cè)試數(shù)據(jù)復(fù)用困難。在用例執(zhí)行過(guò)程中，可能對(duì)同一功能使用大量的測(cè)試數(shù)據(jù)。因此對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的維護(hù)、遷移等需要測(cè)試人員手動(dòng)記錄或替換，不便于測(cè)試數(shù)據(jù)的復(fù)用。

針對(duì)以上電臺(tái)軟件測(cè)試中的問(wèn)題，本文運(yùn)用自動(dòng)化測(cè)試?yán)碚?，參考基于VXI總線[3]、基于PXI總線[4]、基于GPIB總線[5]、基于CVI平臺(tái)[6]等電臺(tái)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合GUI開(kāi)發(fā)技術(shù)[7]，提出了一種電臺(tái)軟件自動(dòng)化測(cè)試方案，能夠有效地解決以上問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)電臺(tái)軟件快速、準(zhǔn)確地自動(dòng)化測(cè)試，有效提高了電臺(tái)軟件的測(cè)試效率。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)

航空通信電臺(tái)軟件測(cè)試系統(tǒng)由測(cè)試計(jì)算機(jī)、通信總線板卡組、儀器儀表和被測(cè)電臺(tái)組成。測(cè)試計(jì)算機(jī)上搭載了自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，用來(lái)完成測(cè)試工程的建立，測(cè)試環(huán)境的構(gòu)建，接口消息的管理，測(cè)試用例的編寫以及測(cè)試用例的自動(dòng)執(zhí)行；通信總線板卡組完成總線板卡的統(tǒng)一管理，負(fù)責(zé)與被測(cè)電臺(tái)通信；儀器儀表完成對(duì)被測(cè)電臺(tái)的參數(shù)測(cè)量和結(jié)果的返回。其方案結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖

本文將主要介紹自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。并分析了如何通過(guò)該測(cè)試平臺(tái)提供的各個(gè)功能去解決前文提出的問(wèn)題。

1.2 平臺(tái)工作流程

首先在測(cè)試計(jì)算機(jī)中的測(cè)試平臺(tái)上創(chuàng)建或者編輯歷史工程。其次需要測(cè)試人員針對(duì)電臺(tái)的不同功能設(shè)計(jì)不同的測(cè)試腳本。腳本編輯完畢后，用戶可以選擇需要執(zhí)行的用例開(kāi)始執(zhí)行，并實(shí)時(shí)生成測(cè)試結(jié)果。當(dāng)所有測(cè)試腳本執(zhí)行完畢后，測(cè)試人員需要根據(jù)測(cè)試腳本的通過(guò)情況與發(fā)送接收的數(shù)據(jù)，判斷腳本未能通過(guò)的原因，如是腳本問(wèn)題，則測(cè)試人員需要對(duì)測(cè)試腳本進(jìn)行修改，并再次執(zhí)行；如是電臺(tái)軟件的問(wèn)題則需要開(kāi)發(fā)人員修改后再次開(kāi)展回歸測(cè)試工作。最終整個(gè)測(cè)試的工作流程如圖2所示。

圖2 平臺(tái)工作流程

2 平臺(tái)軟件的組成與功能說(shuō)明

2.1 平臺(tái)軟件的主要組成

自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)成由界面層，功能層，傳輸層構(gòu)成。界面層是自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的顯示與控制，是用戶控制系統(tǒng)的接口。功能層則是測(cè)試平臺(tái)最為核心與基礎(chǔ)的構(gòu)成，包含了6個(gè)主要的模塊。主要有儀器儀表的控制模塊、測(cè)試數(shù)據(jù)管理模塊、測(cè)試數(shù)據(jù)生成模塊、測(cè)試腳本管理模塊、接口管理模塊以及自動(dòng)化執(zhí)行模塊。傳輸層則統(tǒng)一管理與電臺(tái)和儀器儀表的通信總線，處理平臺(tái)與電臺(tái)和儀器之間的數(shù)據(jù)交互。自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的軟件構(gòu)成如圖3所示。

圖3 平臺(tái)軟件組成框圖

2.2 功能層模塊說(shuō)明

1)接口管理模塊：該模塊主要完成電臺(tái)與外圍設(shè)備之間接口格式的管理，每種電臺(tái)與外圍設(shè)備之間的接口格式各不相同，為了方便管理，必須制定一種統(tǒng)一的格式將接口分解，并將接口屬性保存，本模塊采用XML的格式進(jìn)行存儲(chǔ)，使用時(shí)，通過(guò)解析XML文件，將其轉(zhuǎn)換為接口腳本，在測(cè)試腳本中使用。

圖4 接口腳本示例

2)測(cè)試數(shù)據(jù)生成模塊：該模塊主要是根據(jù)電臺(tái)的接口格式生成測(cè)試數(shù)據(jù)，采用的是組合測(cè)試數(shù)據(jù)生成方法，將一條接口抽象成多個(gè)變量影響的實(shí)體，其中每個(gè)變量的取值都是離散且有限的，通過(guò)組合測(cè)試方法生成滿足特定組合覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的組合測(cè)試數(shù)據(jù)集，可在測(cè)試腳本中直接調(diào)用該模塊生成測(cè)試數(shù)據(jù)，提高用例設(shè)計(jì)的效率和覆蓋率。

3)測(cè)試數(shù)據(jù)管理模塊：該模塊主要是對(duì)可復(fù)用的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，一些通用的電臺(tái)功能的測(cè)試數(shù)據(jù)抽象成可復(fù)用的測(cè)試數(shù)據(jù)，如TOD時(shí)間設(shè)置，波道參數(shù)設(shè)置等，這些數(shù)據(jù)以XML格式保存，在設(shè)計(jì)測(cè)試腳本時(shí)，可直接在腳本中導(dǎo)入復(fù)用數(shù)據(jù)從而進(jìn)行使用。

4)測(cè)試腳本管理模塊：主要完成測(cè)試腳本的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的管理，為了提高測(cè)試腳本的編寫效率，內(nèi)置了代碼智能輔助編寫工具，可自動(dòng)根據(jù)關(guān)鍵字生成腳本片段和邏輯，包括數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，儀器控制，數(shù)據(jù)生成和數(shù)據(jù)導(dǎo)入等。只需要對(duì)測(cè)試腳本進(jìn)行修改就可以對(duì)不同的測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試[8]。

5)儀器儀表控制模塊：主要完成儀器儀表的控制，為了使系統(tǒng)具有更好的靈活性和擴(kuò)展性，該模塊將儀器儀表的指令集與儀表控制分離，可靈活擴(kuò)展新的儀器儀表。

6)自動(dòng)化執(zhí)行模塊：主要完成測(cè)試腳本的自動(dòng)執(zhí)行，在使用時(shí)，首先初始化測(cè)試環(huán)境，檢查測(cè)試環(huán)境的完整性和可用性，然后遍歷需要執(zhí)行的測(cè)試腳本，將腳本加載到內(nèi)存中執(zhí)行，最后反饋腳本的執(zhí)行結(jié)果和執(zhí)行進(jìn)度。

3 軟件的實(shí)現(xiàn)

本文的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是基于Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，用戶界面使用PyQt[9]進(jìn)行設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，采用了分層架構(gòu)，將系統(tǒng)劃分為若干層，每一層只解決問(wèn)題的一部分，通過(guò)各層的協(xié)作提供整體的解決方案。把電臺(tái)自動(dòng)化測(cè)試問(wèn)題分解為一系列相對(duì)獨(dú)立的子問(wèn)題，每一層只解決其對(duì)應(yīng)的子問(wèn)題，有效的降低了系統(tǒng)規(guī)模的復(fù)雜度。同時(shí)遵循逐層調(diào)用的原則，保證了依賴的逐層性，以及單向性。上下層之間通過(guò)接口編程實(shí)現(xiàn)通信。通過(guò)以上原則設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有良好的封裝性、擴(kuò)展性和穩(wěn)定性。

整個(gè)電臺(tái)軟件測(cè)試系統(tǒng)包括接口的管理控制、用例的編輯與消息提示、智能輔助編寫工具及電臺(tái)與測(cè)試平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信。這4部分是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心，也是用戶使用該系統(tǒng)中直接接觸最多的模塊。因此軟件的實(shí)現(xiàn)將主要介紹上述4部分。

1)接口管理模塊。ICD(接口控制文件)文件里包含了平臺(tái)與電臺(tái)通信的規(guī)范。其內(nèi)容除開(kāi)數(shù)據(jù)本身，還包括了信令碼、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度及校驗(yàn)和。這3者對(duì)電臺(tái)的任意一個(gè)測(cè)試功能都是必備的。因此用戶在創(chuàng)建一條完整數(shù)據(jù)時(shí)，都需要進(jìn)行選擇與設(shè)置。數(shù)據(jù)位則較為復(fù)雜，該數(shù)據(jù)可以為整型、浮點(diǎn)型、枚舉型，還可以為數(shù)組?；蛘邔?shù)據(jù)進(jìn)行封裝，將多個(gè)基本類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。因此，用戶在編寫接口時(shí)，可以在一條接口中創(chuàng)建子接口，將多個(gè)類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，設(shè)定好先后順序，并且設(shè)定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為所有子接口數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的總和。那么一條復(fù)雜的接口即可編寫完成。

2)用例的編輯與消息提示。平臺(tái)中提供了測(cè)試用例代碼的編輯與消息提示功能。同任何軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)相同，用戶可以自主地進(jìn)行測(cè)試用例的編寫。編寫的內(nèi)容只需要符合Python語(yǔ)法即可，并提供了消息提示，將測(cè)試用例的輸出語(yǔ)句，或者是編寫時(shí)的語(yǔ)法錯(cuò)誤等提示信息重定向后進(jìn)行打印，用戶可以根據(jù)提示內(nèi)容進(jìn)行修改。其實(shí)現(xiàn)方法，則主要使用了PyQt提供的文本控件，并向其中添加各種菜單按鈕，最后為其注冊(cè)響應(yīng)函數(shù)，完成用戶操作到底層數(shù)據(jù)的邏輯處理。

3)智能輔助編寫工具。該模塊是基于接口管理模塊。在整個(gè)測(cè)試用例的編寫中，大部分的代碼與邏輯是使用定義好的接口，按照一定的順序或者一定的取值，將數(shù)據(jù)發(fā)送至電臺(tái)。因此，提供智能輔助編寫工具。首先解析出接口管理模塊生成的XML文件。將其轉(zhuǎn)換為模板字符串，并利用Python能夠生成代碼的特色，將模板語(yǔ)句插入到測(cè)試用例中。生成好的模板語(yǔ)句風(fēng)格統(tǒng)一，并且通俗直白，即使測(cè)試人員不具備代碼功底，也可以進(jìn)行編輯并實(shí)現(xiàn)測(cè)試。

4)通信管理。電臺(tái)與平臺(tái)之間的通信方式有多種，并且平臺(tái)的通信方式需要根據(jù)電臺(tái)具備的通信方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此在實(shí)現(xiàn)時(shí)還需要考慮后期的擴(kuò)展問(wèn)題。最后決定將通信方式進(jìn)行封裝，提供一個(gè)Bus父類，該父類中提供兩個(gè)基本方法：發(fā)送與接收。串口、429、網(wǎng)口，都需要繼承該父類，并且對(duì)兩個(gè)基本方法進(jìn)行重寫。串口與網(wǎng)口都是調(diào)用Python提供的庫(kù)函數(shù)，429則需要調(diào)用用戶提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件。如果之后有新的通信方式，也只需要再實(shí)現(xiàn)一個(gè)子類通信方式，并對(duì)發(fā)送與接收方法進(jìn)行重寫即可，不會(huì)對(duì)原有的代碼進(jìn)行調(diào)整，更不會(huì)影響已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能。軟件實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

圖5 軟件實(shí)現(xiàn)流程

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

該自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)已經(jīng)投入電臺(tái)項(xiàng)目的測(cè)試中，并同時(shí)開(kāi)展了手動(dòng)測(cè)試和使用該平臺(tái)的自動(dòng)測(cè)試。分別記錄兩者從分析階段開(kāi)始至回歸測(cè)試完成所需花費(fèi)的工作日。

4.1 實(shí)驗(yàn)步驟

1)將測(cè)試人員劃分為數(shù)量相等的兩組測(cè)試團(tuán)隊(duì)，同時(shí)開(kāi)展手動(dòng)與使用該平臺(tái)的自動(dòng)測(cè)試。

2)統(tǒng)計(jì)各團(tuán)隊(duì)在各測(cè)試階段所花費(fèi)的時(shí)間。

3)將開(kāi)發(fā)人員分為兩組，修改待測(cè)軟件，交付相應(yīng)測(cè)試人員后開(kāi)展回歸測(cè)試，統(tǒng)計(jì)回歸測(cè)試花費(fèi)的時(shí)間。

4.2 結(jié)果分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，兩團(tuán)隊(duì)在各個(gè)階段花費(fèi)時(shí)間天數(shù)見(jiàn)表1。

表1 結(jié)果統(tǒng)計(jì)

從表1可知，使用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)測(cè)試的總體時(shí)間小于手動(dòng)測(cè)試。其中ICD錄制時(shí)間花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，其原因在于，測(cè)試人員在初次使用時(shí)不了解與遵循錄制時(shí)需要的格式，導(dǎo)致ICD數(shù)據(jù)需要反復(fù)更改。用例設(shè)計(jì)時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)，其原因在于，測(cè)試人員并不熟悉Python的語(yǔ)法風(fēng)格，需要一定時(shí)間用于保證測(cè)試用例的正確性。

綜上，如果測(cè)試人員熟悉該平臺(tái)后，ICD錄制時(shí)間與用例設(shè)計(jì)時(shí)間將縮小。假如其他項(xiàng)目與該項(xiàng)目之間有繼承關(guān)系，其ICD文件與測(cè)試用例文件可以復(fù)用，將進(jìn)一步減少測(cè)試人員在這兩個(gè)階段所花費(fèi)的時(shí)間。并且在測(cè)試結(jié)束后，可以給出各個(gè)測(cè)試用例的通過(guò)情況，以及總體測(cè)試用例的執(zhí)行情況，方便測(cè)試人員進(jìn)行總結(jié)。所以，該平臺(tái)在性能、測(cè)試速度和效率等方面都明顯優(yōu)于人工測(cè)試[10]。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)可知，ICD文件的錄制至關(guān)重要，因此在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后添加了ICD校驗(yàn)功能。用戶點(diǎn)擊保存后會(huì)按照相應(yīng)規(guī)則進(jìn)行檢查，并提示用戶，提升用戶的使用體驗(yàn)的同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)的正確性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了電臺(tái)軟件測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，通過(guò)實(shí)際工程實(shí)踐，該系統(tǒng)具有如下幾個(gè)方面的特性：

1)實(shí)用性：電臺(tái)軟件測(cè)試系統(tǒng)滿足快速建立測(cè)試環(huán)境、梳理通信ICD、輔助編寫測(cè)試腳本及自動(dòng)執(zhí)行的要求，提高測(cè)試的設(shè)計(jì)與執(zhí)行效率。

2)靈活性：電臺(tái)軟件測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)執(zhí)行測(cè)試腳本，并提供了測(cè)試數(shù)據(jù)生成接口，測(cè)試人員可充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，構(gòu)造合適的測(cè)試步驟和測(cè)試邏輯，最大限度地發(fā)揮測(cè)試人員的能力。

3)復(fù)用性：電臺(tái)軟件測(cè)試系統(tǒng)將消息協(xié)議，測(cè)試數(shù)據(jù)生成協(xié)議，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換協(xié)議等封裝獨(dú)立出來(lái)，協(xié)議可復(fù)用。如果項(xiàng)目具有繼承性，可復(fù)用測(cè)試用例和測(cè)試數(shù)據(jù)。

4)擴(kuò)展性：電臺(tái)軟件測(cè)試系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，能夠靈活地?cái)U(kuò)展通信總線和儀器儀表。