郭佳，楊濤，賈定

一種嵌入式軟件自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)分析與研究

郭佳，楊濤，賈定

（陜西重型汽車(chē)有限公司 汽車(chē)工程研究院，陜西 西安 710200）

文章旨在提出一種簡(jiǎn)單易行的嵌入式軟件自動(dòng)化測(cè)試方案，分析該嵌入式軟件自動(dòng)化測(cè)試方案的必要性，介紹了該方案的原理及構(gòu)成，通過(guò)一個(gè)車(chē)身控制器后工作燈功能的實(shí)際開(kāi)發(fā)測(cè)試過(guò)程，詳細(xì)介紹了該方案進(jìn)行嵌入式軟件邏輯功能測(cè)試和診斷測(cè)試的過(guò)程，通過(guò)實(shí)例可以看出該方案構(gòu)成簡(jiǎn)單、操作方便、自動(dòng)化程度高、節(jié)約測(cè)試時(shí)間，尤其在回歸測(cè)試時(shí)節(jié)約時(shí)間更為明顯。同時(shí)該方法還可以自動(dòng)輸出測(cè)試報(bào)告，省去人工編制測(cè)試報(bào)告。

嵌入式；自動(dòng)化；軟件測(cè)試

引言

近年來(lái)，汽車(chē)產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度不斷加快，尤其體現(xiàn)在汽車(chē)嵌入式電子控制單元的更新?lián)Q代，同時(shí)汽車(chē)上的嵌入式電子控制單元也在成倍增加，用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種各樣的客戶(hù)需求和提升產(chǎn)品的舒適性以及經(jīng)濟(jì)性[1]，“軟件定義汽車(chē)”的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。為了保證嵌入式電控單元軟件的可靠性，必須進(jìn)行大量的軟件測(cè)試。在電控單元開(kāi)發(fā)初期，一般會(huì)手動(dòng)打開(kāi)關(guān)閉硬線(xiàn)開(kāi)關(guān)信號(hào)，手動(dòng)逐條模擬、填充、發(fā)送報(bào)文信號(hào)進(jìn)行電控單元軟件測(cè)試。一款常規(guī)的控制器的測(cè)試用例都在幾千條甚至幾萬(wàn)條，這種手動(dòng)測(cè)試效率低下，且容易出錯(cuò)?；貧w測(cè)試時(shí)需要再手動(dòng)重復(fù)一遍所有的測(cè)試用例，整個(gè)控制器的測(cè)試效率可想而知。鑒于此，本文提出一種嵌入式電控單元軟件自動(dòng)化測(cè)試的方法：運(yùn)用CAN總線(xiàn)工具編制測(cè)試用例，形成可以執(zhí)行文件，測(cè)試用例一次設(shè)計(jì)可反復(fù)實(shí)用；加載通訊數(shù)據(jù)庫(kù)DBC和診斷數(shù)據(jù)庫(kù)CDD自動(dòng)識(shí)別控制器接口報(bào)文信號(hào)；自動(dòng)按照測(cè)試用例執(zhí)行測(cè)試；不僅可以進(jìn)行邏輯功能測(cè)試，還可以進(jìn)行診斷功能測(cè)試；最后還可以自動(dòng)輸出直觀的測(cè)試報(bào)告。該測(cè)試構(gòu)成簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、測(cè)試效率高，尤其對(duì)于開(kāi)發(fā)初期需要反復(fù)測(cè)試的情況可以有效節(jié)約開(kāi)發(fā)時(shí)間，加速回歸測(cè)試，可以有效提高嵌入式軟件的可靠性。

1 自動(dòng)化測(cè)試原理介紹

隨著CAN總線(xiàn)在汽車(chē)上的應(yīng)用，現(xiàn)在大部分控制器都是支持CAN總線(xiàn)，同時(shí)隨著新的汽車(chē)電子架構(gòu)的出現(xiàn)，中央網(wǎng)關(guān)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到汽車(chē)電子電器架構(gòu)中，中央網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一采集整車(chē)上大部分硬線(xiàn)開(kāi)關(guān)，然后根據(jù)需要將采集的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)成CAN信號(hào)路由到不同的CAN網(wǎng)段上，供不同網(wǎng)段的控制器使用，本文正是利用目前控制器的大部分輸入信號(hào)是CAN信號(hào)，便于通過(guò)CAN總線(xiàn)工具分析、仿真、測(cè)試，構(gòu)建了通過(guò)CAN總線(xiàn)仿真分析軟件搭建嵌入式軟件自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，整個(gè)原理如下圖1所示。

圖1 自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)原理圖

首先需要CAN總線(xiàn)工具完成控制器CAN通訊矩陣數(shù)據(jù)庫(kù)DBC文件編制和診斷數(shù)據(jù)庫(kù)CDD文件編制，再通過(guò)測(cè)試用例編輯軟件完成測(cè)試用例的編制，最后導(dǎo)入CAN總線(xiàn)仿真測(cè)試軟件中進(jìn)行執(zhí)行，CAN總線(xiàn)仿真軟件會(huì)識(shí)別加載進(jìn)來(lái)的測(cè)試用例，然后按照數(shù)據(jù)庫(kù)的信號(hào)信息和節(jié)點(diǎn)信息自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試用例，完成邏輯功能測(cè)試。

該嵌入式軟件自動(dòng)化測(cè)試的方案，不僅可以對(duì)嵌入式電控單元進(jìn)行邏輯功能自動(dòng)化測(cè)試，還可以對(duì)診斷功能自動(dòng)化測(cè)試。診斷測(cè)試一般可以分為診斷協(xié)議測(cè)試、診斷功能測(cè)試、診斷應(yīng)用測(cè)試。診斷協(xié)議測(cè)試主要是驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)對(duì)相關(guān)診斷服務(wù)的請(qǐng)求能否按照診斷來(lái)實(shí)現(xiàn)；診斷功能測(cè)試主要是圍繞DTC（Diagnostic Trouble Code）和DID（Data Identifier），通過(guò)DID進(jìn)行數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)，例程控制和I/O控制測(cè)試；診斷應(yīng)用測(cè)試主要包含數(shù)據(jù)刷新和下線(xiàn)電檢[2]。本文中的方案通過(guò)加載診斷測(cè)試用例和診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)而按照診斷服務(wù)自動(dòng)進(jìn)行診斷測(cè)試，本文的診斷測(cè)試主要針對(duì)診斷協(xié)議自動(dòng)化測(cè)試和診斷功能自動(dòng)化測(cè)試。

2 嵌入式軟件自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)搭建

2.1 自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)硬件介紹

本文中所述的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的硬件主要是一個(gè)桌面級(jí)測(cè)試臺(tái)架，就是按照嵌入式控制器的輸入輸出接口完成相應(yīng)的高低有效開(kāi)關(guān)接入與相應(yīng)模擬負(fù)載接入。此臺(tái)架為車(chē)身燈光控制臺(tái)架，因此驅(qū)動(dòng)負(fù)載用真實(shí)的小白熾燈為負(fù)載，為了方便測(cè)試診斷，在控制器與負(fù)載之間接入BOB盒用于模擬負(fù)載開(kāi)路和短路的情況，臺(tái)架用DB9接頭引出CAN線(xiàn)，便于與CAN總線(xiàn)分析測(cè)試工具連接，再與電源相連接，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的桌面級(jí)控制器測(cè)試臺(tái)架。

2.2 自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)軟件介紹

本文中所述的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的軟件大致分為測(cè)試執(zhí)行軟件和測(cè)試用例編制軟件。測(cè)試執(zhí)行軟件采用的是VECTOR的CANoe軟件，該軟件可以實(shí)現(xiàn)CAN總線(xiàn)的分析仿真及測(cè)試，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模擬仿真[3]，因此可以根據(jù)整車(chē)實(shí)際情況模擬整車(chē)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)控制器全部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬。另外，CANoe軟件還可以編輯DBC數(shù)據(jù)庫(kù)，DBC數(shù)據(jù)庫(kù)中包含著被測(cè)控制器相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，CAN報(bào)文和信號(hào)的層級(jí)關(guān)系，便于測(cè)試控制器的邏輯功能。CANoe軟件中的CANdelaStudio插件可以編制診斷數(shù)據(jù)庫(kù)CDD，CDD中包含著被測(cè)控制器的診斷服務(wù)以及可以實(shí)現(xiàn)的診斷功能層級(jí)關(guān)系，便于測(cè)試控制器的診斷功能[4-5]。DBC和CDD都是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試的基礎(chǔ)。測(cè)試用例編制軟件采用的是vTEST studio軟件，該軟件用以進(jìn)行測(cè)試用例的設(shè)計(jì)，加載DBC和CDD文件后，基于控制器ECU的測(cè)試需求，對(duì)相應(yīng)的邏輯功能和診斷功能設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的測(cè)試步驟，編制完成并編譯通過(guò)之后，生成的測(cè)試腳本文件可加載到CANoe中，進(jìn)行測(cè)試執(zhí)行。

3 自動(dòng)化測(cè)試實(shí)例應(yīng)用

3.1 被測(cè)控制器軟件設(shè)計(jì)

本文以某款車(chē)身控制器中的為例，首先根據(jù)功能規(guī)范在MATLAB的Simulink/stateflow環(huán)境下搭建控制器邏輯模型，模型經(jīng)過(guò)模型測(cè)試通過(guò)后生成代碼，再對(duì)生成的代碼進(jìn)行代碼測(cè)試，測(cè)試用例與模型測(cè)試的測(cè)試用例一樣，確保生成的代碼與模型具有一樣執(zhí)行行為。經(jīng)模型測(cè)試和代碼測(cè)試通過(guò)后生成代碼，形成應(yīng)用層代碼。底層代碼是由MCAL配置工具和協(xié)議棧配置工具根據(jù)車(chē)身控制器的功能規(guī)范、通訊矩陣、診斷規(guī)范配置集成完成，符合AUTOSAR架構(gòu)，具有J1939和UDS協(xié)議，支持BT刷寫(xiě)。最后將應(yīng)用層代碼集成到底層代碼中，再通過(guò)BT刷寫(xiě)到車(chē)身控制器中。

3.2 邏輯功能測(cè)試

根據(jù)該款車(chē)身控制器的功能規(guī)范，共有子功能36個(gè)，輸入報(bào)文信號(hào)42條，輸出報(bào)文信號(hào)139條，硬線(xiàn)數(shù)字輸入開(kāi)關(guān)只有9個(gè)。如果按照手動(dòng)給定硬線(xiàn)輸入信號(hào)和手動(dòng)模擬、填充、發(fā)送報(bào)文的方式進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試一遍該款控制器需要15天左右的時(shí)間。如果按照本文的方法，編制CAN通訊數(shù)據(jù)庫(kù)DBC、診斷數(shù)據(jù)CDD以及測(cè)試用例，需要不到2天時(shí)間，自動(dòng)化測(cè)試執(zhí)行0.5天左右。該方安的測(cè)試效率是手動(dòng)測(cè)試效率的5倍左右。這還只是第1次測(cè)試的效率對(duì)比，該方案的測(cè)試用例是以可執(zhí)行文件固化的，可反復(fù)使用的，如果有功能變更或者增加，只需要在原來(lái)測(cè)試用例文件上變更或增減即可，而手動(dòng)測(cè)試需要每次重新設(shè)計(jì)測(cè)試用例，手動(dòng)執(zhí)行測(cè)試，該方案在回歸測(cè)試時(shí)效率更加明顯。

現(xiàn)在以該控制器中后工作燈功能邏輯測(cè)試為例，詳細(xì)介紹該方案。該后工作燈的控制邏輯如下：燈光開(kāi)關(guān)1擋有效或者燈光開(kāi)關(guān)2擋有效或者燈光開(kāi)關(guān)AUTO擋有效，同時(shí)后工作燈開(kāi)關(guān)信號(hào)有效，則驅(qū)動(dòng)后工作燈針腳有效，后工作燈狀態(tài)報(bào)文有效。輸入信號(hào)均是網(wǎng)關(guān)采集然后轉(zhuǎn)發(fā)成CAN報(bào)文發(fā)給車(chē)身控制器，后工作燈狀態(tài)信號(hào)是車(chē)身控制器發(fā)出的報(bào)文，內(nèi)容和后工作燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)一致的，因此輸入輸出都是CAN報(bào)文。

3.2.1數(shù)據(jù)庫(kù)編制

首先根據(jù)車(chē)身控制器通訊矩陣用CANoe軟件編制車(chē)身控制器的通訊數(shù)據(jù)庫(kù)DBC文件，根據(jù)車(chē)身控制器的診斷規(guī)范用CANdelaStudio軟件編制車(chē)身控制器的診斷數(shù)據(jù)庫(kù)CDD文件。

3.2.2測(cè)試用例編制

首先，打開(kāi)vTESTstudio軟件，建立測(cè)試用例工程，在測(cè)試工程中加載CAN通訊數(shù)據(jù)庫(kù)DBC以及要執(zhí)行測(cè)試用例的CANoe工程配置等內(nèi)容。其次，在工程下創(chuàng)建測(cè)試單元，并為已創(chuàng)建的測(cè)試單元?jiǎng)?chuàng)建測(cè)試表，在測(cè)試表下面就可以創(chuàng)建測(cè)試用例了[6]。最后，根據(jù)車(chē)身控制器功能規(guī)范設(shè)計(jì)測(cè)試用例，測(cè)試用例中信號(hào)名與功能規(guī)范中信號(hào)名對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

（1）燈光開(kāi)關(guān)I檔信號(hào)——LightSwt_I；

（2）燈光開(kāi)關(guān)II檔信號(hào)——LightSwt_II；

（3）燈光開(kāi)關(guān)AUTO信號(hào)——LightSW_Auto；

（4）后工作燈開(kāi)關(guān)信號(hào)——RSerSwtSig；

（5）后工作燈工作狀態(tài)指示信號(hào)——BackCabWorking LightState。

測(cè)試用例的編制主要由三個(gè)語(yǔ)句組成：Set語(yǔ)句，主要是給定輸入信號(hào)賦值；Wait語(yǔ)句，主要是讓控制器按照輸入信號(hào)的設(shè)定值執(zhí)行一段時(shí)間；Check語(yǔ)句，主要是讀取控制器輸出信號(hào)，并將讀取控制器的輸出信號(hào)與期望值比較，相等則認(rèn)為測(cè)試通過(guò)，不相等則認(rèn)為測(cè)試不通過(guò)。后工作燈其中一條測(cè)試用例編制如下圖2所示：

圖2 后工作燈一條邏輯功能測(cè)試用例

測(cè)試用例編制完成后需要vTESTstudio軟件進(jìn)行相關(guān)語(yǔ)法和邏輯的編譯，編譯通過(guò)可以就完成測(cè)試用例的編制，可生成供測(cè)試軟件執(zhí)行的VTUEXE文件。

3.2.3測(cè)試執(zhí)行

測(cè)試執(zhí)行是在CANoe軟件中進(jìn)行。打開(kāi)CANoe軟件，點(diǎn)擊“Test”工具欄，建立測(cè)試配置，在測(cè)試配置中加載已經(jīng)編輯好的測(cè)試用例文件，即可進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試執(zhí)行時(shí)，CANoe軟件自動(dòng)完成測(cè)試用例接口的讀取，按照已編制好測(cè)試用例自動(dòng)執(zhí)行。

3.3 診斷功能測(cè)試

診斷功能測(cè)試與邏輯功能測(cè)試的過(guò)程基本一致，都是先編制數(shù)據(jù)庫(kù)，再編制測(cè)試用例，最后測(cè)試執(zhí)行。診斷測(cè)試的數(shù)據(jù)庫(kù)是用CANoe的CANdelaStudio插件編制診斷數(shù)據(jù)庫(kù)CDD文件。

編制測(cè)試用例的過(guò)程與編制邏輯功能測(cè)試用例的過(guò)程也基本一樣，都是建立測(cè)試工程、建立測(cè)試單元、建立測(cè)試表、建立測(cè)試用例。只不過(guò)診斷測(cè)試用例編制時(shí)使用的命令不同，主要用到的是Diagnostics Service：診斷服務(wù)命令，用以添加診斷描述文件CDD中的所有診斷命令，向控制器ECU發(fā)送診斷需求報(bào)文；Diagnostics Unlock ECU：診斷解鎖ECU命令，主要用以安全訪(fǎng)問(wèn)，解鎖ECU，實(shí)現(xiàn)對(duì)ECU相應(yīng)數(shù)據(jù)更改控制。

3.4 測(cè)試過(guò)程分析與測(cè)試報(bào)告

圖3 邏輯功能測(cè)試報(bào)告

不管是邏輯功能測(cè)試還是診斷功能測(cè)試都是測(cè)試用例編制軟件通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取到相應(yīng)的信號(hào)接口，進(jìn)而對(duì)信號(hào)接口操作，形成控制器的測(cè)試輸入序列，再通過(guò)總線(xiàn)分析工具執(zhí)行測(cè)試序列完成測(cè)試的過(guò)程。針對(duì)一些需要CAN總線(xiàn)和硬件共同參與功能邏輯的或者診斷測(cè)試的開(kāi)路或者短路測(cè)試的情況，測(cè)試用例編制軟件vTESTstudio 有一個(gè)Set by Tester的命令，這個(gè)命令就相當(dāng)于暫定命令，此時(shí)所有的輸入維持不變，可以等待手動(dòng)進(jìn)行硬線(xiàn)開(kāi)關(guān)輸入或者手動(dòng)設(shè)置開(kāi)路和短路，硬線(xiàn)輸入設(shè)置完后測(cè)試又開(kāi)始接著暫定的地方自動(dòng)執(zhí)行。另外，邏輯功能測(cè)試和診斷功能測(cè)試是可以放到一個(gè)測(cè)試工程中一次執(zhí)行的，最后統(tǒng)一輸出一個(gè)完整的邏輯功能測(cè)試和診斷功能測(cè)試報(bào)告，形成一個(gè)完整的控制器測(cè)試報(bào)告，從測(cè)試報(bào)告中可以詳細(xì)看出每一個(gè)測(cè)試用例的測(cè)試結(jié)果。本文為了敘述方便分開(kāi)進(jìn)行描述，如下圖3所示，分別輸出邏輯功能測(cè)試報(bào)告和診斷功能測(cè)試報(bào)告。

4 總結(jié)

測(cè)試是一款控制器質(zhì)量的有效保障手段，手動(dòng)測(cè)試已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)當(dāng)前控制器自主開(kāi)發(fā)的需要。本文提出一種嵌入式軟件自動(dòng)化的方案，介紹了該方案的原理和構(gòu)成，并通過(guò)一款車(chē)身控制器的測(cè)試實(shí)例詳細(xì)描述了控制器自動(dòng)化測(cè)試的過(guò)程。通過(guò)上述的介紹可以看出，CAN通訊已成為控制器的主要通訊信號(hào)，正是基于此提出運(yùn)用CAN總線(xiàn)工具通過(guò)通訊數(shù)據(jù)庫(kù)DBC和診斷數(shù)據(jù)庫(kù)CDD獲取控制器輸入信號(hào)，進(jìn)而操控接口信號(hào)編制測(cè)試用例，形成可執(zhí)行文件。利用CAN總線(xiàn)工具的仿真測(cè)試功能加載并自動(dòng)化執(zhí)行測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)控制器軟件邏輯功能和診斷功能自動(dòng)化測(cè)試。相比手動(dòng)測(cè)試，節(jié)約反復(fù)設(shè)計(jì)測(cè)試環(huán)境、設(shè)計(jì)測(cè)試用例以及手動(dòng)模擬報(bào)文的時(shí)間，自動(dòng)化測(cè)試效率是手動(dòng)測(cè)試的5倍以上，同時(shí)還可以自動(dòng)輸出測(cè)試報(bào)告，相比手動(dòng)測(cè)試時(shí)人工觀察和記錄測(cè)試結(jié)果以及手動(dòng)編制測(cè)試報(bào)告，該方案效率更高，出錯(cuò)率更低。尤其對(duì)于回歸測(cè)試，該方案的效率和優(yōu)勢(shì)更加明顯，不僅僅節(jié)約了反復(fù)手動(dòng)設(shè)計(jì)測(cè)試用例和測(cè)試執(zhí)行的時(shí)間，而且對(duì)于未變更的功能執(zhí)行的都是第一次編制的測(cè)試用例，可有效保證前后開(kāi)發(fā)的一致性。該方案是一套值得推廣的嵌入式軟件自動(dòng)化測(cè)試方案。

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Analysis and Research of an Embedded Software Automatic Test Technology

GUO Jia, YANG Tao, JIA Ding

( Automotive Engineering Research Institute of Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

The purpose of this paper is to propose a simple and easy embedded software automatic testing scheme, analyzes the necessity of the embedded software automatic testing scheme, introduces the principle and composition of the scheme, and introduces in detail the process of embedded software logic function testing and diagnostic testing through the actual development and testing process of the rear work lamp function of a body controller The scheme has the advantages of simple structure, convenient operation, high degree of automation, saving test time, especially in regression test. At the same time, this method can also output automatic test report, and it saves time and effort to compile the test report manually.

Embedded; Automation; Software testing

A

1671-7988(2021)22-84-04

U467

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1671-7988(2021)22-84-04

CLC NO.: U467

郭佳（1987—），男，就職于陜西重型汽車(chē)有限公司汽車(chē)工程研究院，研究方向?yàn)槠?chē)控制器自主開(kāi)發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.022