郭蕾 魯瀚 鄢然 汪洋 毛靖瑤

（武漢中元通信股份有限公司 湖北省武漢市 430205）

1 引言

軟件無(wú)線電技術(shù)起源于現(xiàn)代軍事領(lǐng)域?qū)νㄐ畔到y(tǒng)靈活性的特殊需要，是自上世紀(jì)80年代末興起的一種全新的設(shè)計(jì)思想。軟件無(wú)線電技術(shù)的核心理念是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一套具有開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)，利用軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)、工作頻段、通信協(xié)議、加解密、信道接入方式、業(yè)務(wù)種類以及可編程射頻前端等實(shí)際通信需求的功能。為了達(dá)成該目標(biāo)，美軍聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)（JTRS）采用軟件無(wú)線電技術(shù)的設(shè)計(jì)思想，推出了軟件通信體系結(jié)構(gòu)（SCA, Software Communications Architecture）。經(jīng)過(guò)多年的研究與發(fā)展，美軍目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)五大兵種的規(guī)?；渴?。軟件通信體系結(jié)構(gòu)主要目的是提高軟件的互操作性、可重用性以及可移植性，從而縮短軍用電臺(tái)的開(kāi)發(fā)周期，降低研制成本，通過(guò)軟件定義平臺(tái)的方法可以大大提升軍隊(duì)的互操作性，將多種波形集成在統(tǒng)一的平臺(tái)上運(yùn)行，有效降低電臺(tái)的種類數(shù)量，提升電臺(tái)的通信能力。

SCA作為一套標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用之前必須對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)的符合性進(jìn)行驗(yàn)證，從而保證波形的可移植性、系統(tǒng)的兼容性和可集成性。為了測(cè)試核心框架的SCA標(biāo)準(zhǔn)符合性，防止出現(xiàn)產(chǎn)品不兼容的問(wèn)題，文獻(xiàn)提出了一種SCA核心框架符合性測(cè)試方法，設(shè)計(jì)了一種核心框架的符合性測(cè)試工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)核心框架的接口測(cè)試功能。文獻(xiàn)提出了一種自動(dòng)生成測(cè)試序列的方法，基于擴(kuò)展有限狀態(tài)機(jī)的基本原理構(gòu)造一種SCA符合性測(cè)試模型，再利用貪心算法對(duì)測(cè)試序列集進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，從而有效地保證測(cè)試覆蓋度，提升測(cè)試的效率。但是這些針對(duì)符合性測(cè)試的研究都不夠全面，僅僅只是針對(duì)SCA的特定點(diǎn)（核心框架或硬件抽象層）進(jìn)行研究，因此，提出一種針對(duì)SCA軟件平臺(tái)的集成性測(cè)試工具，用以驗(yàn)證不同軟件平臺(tái)是否符合SCA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范顯得十分關(guān)鍵。在進(jìn)行波形移植以及系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)工作之前，首先利用軟件平臺(tái)集成測(cè)試工具對(duì)系統(tǒng)的軟件平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，軟件平臺(tái)通過(guò)了符合性測(cè)試之后，波形應(yīng)用或者設(shè)備在移植過(guò)程中，不需要對(duì)代碼進(jìn)行大量修改，也不需要進(jìn)行復(fù)雜的聯(lián)調(diào)測(cè)試工作，就可以直接通過(guò)軟件平臺(tái)部署在底層硬件平臺(tái)上。

2 軟件無(wú)線電總體架構(gòu)

軟件通信體系結(jié)構(gòu)（SCA）是將面向?qū)ο蠛头植际街虚g件等技術(shù)應(yīng)用于軍事通信領(lǐng)域， 基于波形組件化和“軟總線”的思想提出的一種開(kāi)放式體系設(shè)計(jì)架構(gòu)。與傳統(tǒng)的軟件無(wú)線電設(shè)備對(duì)比，基于SCA架構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)備具有系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)簡(jiǎn)單，互操作、互聯(lián)互通能力強(qiáng)，操作管理和應(yīng)用開(kāi)發(fā)成本低的顯著優(yōu)勢(shì)。

如圖1所示為軟件無(wú)線電總體架構(gòu)圖，主要包括硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)和波形三層。其中硬件平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及射頻處理等功能，為軟件平臺(tái)和波形提供相應(yīng)的硬件運(yùn)行環(huán)境。軟件平臺(tái)則主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件平臺(tái)資源的統(tǒng)一管理，屏蔽上層波形應(yīng)用與底層硬件平臺(tái)的相關(guān)性，為波形應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行和管理支撐。其中，操作系統(tǒng)主要是提供本地系統(tǒng)的引導(dǎo)、進(jìn)程管理、內(nèi)存管理以及任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度等功能，為軟件平臺(tái)的其他軟件和波形組件提供多線程支持；組件間通信機(jī)制主要包含傳輸機(jī)制和硬件抽象層兩個(gè)部分，為運(yùn)行在相同或不同的可編程器件上的軟件組件提供標(biāo)準(zhǔn)的通信方法和接口；核心框架是軟件平臺(tái)的核心模塊，為軟件平臺(tái)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的軟硬件管理、文件系統(tǒng)管理等功能，為波形軟件在可編程器件上的部署、運(yùn)行和配置提供標(biāo)準(zhǔn)的方法和接口；設(shè)備與服務(wù)是SCA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范提供的一組標(biāo)準(zhǔn)的軟件組件或系統(tǒng)軟件，為軟件平臺(tái)和波形應(yīng)用提供訪問(wèn)底層應(yīng)用資源的標(biāo)準(zhǔn)接口。

圖1：軟件無(wú)線電總體架構(gòu)圖

圖2：符合性測(cè)試總體方案設(shè)計(jì)

波形是為了實(shí)現(xiàn)信息無(wú)線傳輸?shù)哪康?，而?duì)信息進(jìn)行的一系列的處理和變換的實(shí)現(xiàn)方式，通常由一個(gè)或多個(gè)具有獨(dú)立功能和標(biāo)準(zhǔn)接口的組件構(gòu)成。波形通過(guò)軟件平臺(tái)部署運(yùn)行在硬件平臺(tái)上，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)的處理和底層資源的調(diào)用。對(duì)SCA系統(tǒng)架構(gòu)軟件平臺(tái)的各個(gè)模塊完成標(biāo)準(zhǔn)符合性單元測(cè)試和集成測(cè)試，通過(guò)測(cè)試的軟件平臺(tái)可以將不同廠商開(kāi)發(fā)的波形部署并運(yùn)行在底層硬件平臺(tái)上，保證波形的可移植性。

3 符合性測(cè)試總體方案設(shè)計(jì)

SCA軟件平臺(tái)的符合性測(cè)試主要是針對(duì)操作系統(tǒng)、核心框架、傳輸機(jī)制、硬件抽象層以及設(shè)備與服務(wù)這五個(gè)基礎(chǔ)模塊的測(cè)試。如圖2所示為測(cè)試總體方案設(shè)計(jì)，總體方案主要包括測(cè)試用例設(shè)計(jì)、外部測(cè)試環(huán)境搭建、測(cè)試組件部署、測(cè)試流程設(shè)計(jì)這四個(gè)組成部分。通過(guò)提出的測(cè)試用例設(shè)計(jì)思想對(duì)不同的測(cè)試模塊，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的測(cè)試用例，保證整個(gè)測(cè)試的合理性和全面性。搭建外部測(cè)試環(huán)境保證測(cè)試平臺(tái)與被測(cè)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)信令互通，部署相應(yīng)的測(cè)試組件和端口可以保證芯片內(nèi)組件的通信和不同芯片之間的數(shù)據(jù)通信，并為接口的調(diào)用提供內(nèi)部環(huán)境。完成外部環(huán)境的搭建和內(nèi)部組件的部署之后，將整個(gè)軟件平臺(tái)的測(cè)試模塊統(tǒng)一集成到測(cè)試主機(jī)的集成測(cè)試工具上，按照設(shè)計(jì)的測(cè)試流程執(zhí)行測(cè)試指令，并在集成測(cè)試工具上顯示具體的測(cè)試結(jié)果。

3.1 測(cè)試用例設(shè)計(jì)思想

軟件平臺(tái)符合性測(cè)試主要采用黑盒測(cè)試的測(cè)試方法，從用戶的角度對(duì)軟件平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，主要驗(yàn)證軟件平臺(tái)的功能是否與SCA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求一致。針對(duì)操作系統(tǒng)、傳輸機(jī)制、硬件抽象層、核心框架以及設(shè)備與服務(wù)這五個(gè)測(cè)試模塊的測(cè)試用例進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，主要采取接口函數(shù)返回值符合性驗(yàn)證、函數(shù)行為功能符合性驗(yàn)證、捕獲異常符合性驗(yàn)證、性能指標(biāo)符合性驗(yàn)證、配置文件符合性驗(yàn)證以及繼承接口符合性驗(yàn)證這幾種方案作為測(cè)試用例設(shè)計(jì)依據(jù)，不同的測(cè)試模塊單元分別基于不同的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的測(cè)試用例，驗(yàn)證測(cè)試模塊是否符合SCA標(biāo)準(zhǔn)要求。如圖3所示，為不同測(cè)試模塊采用不同的測(cè)試用例設(shè)計(jì)方法，例如核心框架測(cè)試模塊主要依據(jù)返回值符合性、功能符合性以及異常符合性設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試用例，而硬件抽象層模塊的測(cè)試更關(guān)注的是其具體的功能指標(biāo)和性能指標(biāo)，因此采用功能符合性和性能指標(biāo)符合性驗(yàn)證方案相應(yīng)的測(cè)試用例。

表1：符合性驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)思想

圖3：軟件平臺(tái)測(cè)試用例設(shè)計(jì)方案

表1所示為這六種符合性驗(yàn)證方案的具體設(shè)計(jì)思想，根據(jù)符合性驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)的測(cè)試用例可以有效提升設(shè)計(jì)測(cè)試用例的效率，并且保證整體測(cè)試的覆蓋度。例如，利用返回值符合性驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)核心框架DomainManager接口中的managers函數(shù)的測(cè)試用例，在域管理器中部署N個(gè)已知設(shè)備Dev1…DevN，執(zhí)行調(diào)用managers函數(shù)會(huì)返回具體DeviceManagerComponent序列，判斷實(shí)測(cè)設(shè)備序列是否與已知部署設(shè)備相匹配即可驗(yàn)證是否符合要求。利用功能符合性驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的create函數(shù)的測(cè)試用例，預(yù)期在指定Path下創(chuàng)建指定文件fileName，執(zhí)行調(diào)用create方法，在路徑Path下判斷是否新建指定的文件fileName。

3.2 測(cè)試環(huán)境

SCA軟件平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試環(huán)境如圖4所示，整個(gè)測(cè)試環(huán)境主要包括兩個(gè)組成部分，分別是運(yùn)行在測(cè)試主機(jī)上的符合性測(cè)試平臺(tái)和運(yùn)行在被測(cè)平臺(tái)上的待測(cè)軟件平臺(tái)。符合性測(cè)試平臺(tái)作為測(cè)試的客戶端，主要實(shí)現(xiàn)發(fā)送測(cè)試指令和統(tǒng)計(jì)接收測(cè)試結(jié)果的功能，待測(cè)軟件平臺(tái)作為測(cè)試的服務(wù)端，主要實(shí)現(xiàn)等待執(zhí)行測(cè)試指令并返回測(cè)試結(jié)果的功能，符合性測(cè)試平臺(tái)與待測(cè)軟件平臺(tái)通過(guò)網(wǎng)線和交換機(jī)進(jìn)行有線傳輸，從而構(gòu)建起完整的外部測(cè)試環(huán)境。

圖4：SCA軟件平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試環(huán)境

3.3 測(cè)試組件部署

如圖5所示為測(cè)試組件部署圖，在由GPP、DSP和FPGA等芯片構(gòu)成的硬件平臺(tái)上對(duì)軟件平臺(tái)進(jìn)行符合性測(cè)試，在GPP芯片上部署待測(cè)的操作系統(tǒng)、傳輸機(jī)制、硬件抽象層、核心框架、設(shè)備與服務(wù)以及GPP應(yīng)用測(cè)試組件，在DSP芯片上部署DSP測(cè)試組件以及DSP硬件抽象層，在FPGA芯片上部署FPGA測(cè)試組件以及FPGA硬件抽象層，整個(gè)被測(cè)平臺(tái)同一芯片之間通過(guò)端口相連接，不同芯片之間通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)相連接，測(cè)試平臺(tái)與被測(cè)平臺(tái)通過(guò)網(wǎng)口相連接。

圖5：測(cè)試組件部署圖

當(dāng)對(duì)操作系統(tǒng)模塊進(jìn)行測(cè)試時(shí)，被測(cè)主機(jī)接收到測(cè)試指令后直接執(zhí)行GPP芯片上的操作系統(tǒng)函數(shù)即可得到測(cè)試結(jié)果。針對(duì)傳輸機(jī)制測(cè)試模塊，以CORBA中間件作為傳輸機(jī)制，測(cè)試用例調(diào)用CORBA接口可以驗(yàn)證接口的符合性，啟用傳輸機(jī)制軟件的客戶端與服務(wù)端測(cè)試其吞吐量、時(shí)延等性能指標(biāo)。對(duì)于硬件抽象層模塊的測(cè)試，設(shè)計(jì)相應(yīng)的GPP應(yīng)用測(cè)試組件與測(cè)試端口（如app1_out和app1_in），通過(guò)端口調(diào)用硬件抽象層函數(shù)執(zhí)行測(cè)試，并統(tǒng)計(jì)整體的性能指標(biāo)。核心框架測(cè)試模塊的測(cè)試需要部署軟件平臺(tái)，啟動(dòng)域管理器、設(shè)備管理器、應(yīng)用管理器、文件服務(wù)等組件，測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)CORBA調(diào)用核心框架的組件接口獲取測(cè)試結(jié)果。設(shè)備與服務(wù)測(cè)試模塊需要提前部署軟件平臺(tái)環(huán)境，通過(guò)組件調(diào)用端口進(jìn)行測(cè)試。

3.4 測(cè)試流程

軟件平臺(tái)符合性測(cè)試流程如圖6所示，將整個(gè)測(cè)試流程區(qū)分為測(cè)試主機(jī)（客戶端）和被測(cè)主機(jī)（服務(wù)端）兩個(gè)部分進(jìn)行介紹。

圖6：軟件平臺(tái)符合性測(cè)試流程

（1）運(yùn)行被測(cè)平臺(tái)服務(wù)器，等待接收測(cè)試主機(jī)客戶端傳輸?shù)臏y(cè)試命令；

（2）測(cè)試主機(jī)啟動(dòng)測(cè)試客戶端，選擇待測(cè)模塊并添加待測(cè)模塊中相應(yīng)的測(cè)試接口與測(cè)試用例；

（3）測(cè)試主機(jī)將測(cè)試項(xiàng)目通過(guò)網(wǎng)口依次傳輸?shù)奖粶y(cè)主機(jī)，被測(cè)主機(jī)接收到測(cè)試指令后開(kāi)始逐項(xiàng)測(cè)試并將測(cè)試結(jié)果返回到測(cè)試主機(jī)；

（4）測(cè)試主機(jī)接收到所有的測(cè)試結(jié)果后，生成相應(yīng)的測(cè)試報(bào)告和測(cè)試日志；

（5）傳輸終止測(cè)試命令到被測(cè)主機(jī)服務(wù)端，服務(wù)端接收到測(cè)試終止指令后停止待測(cè)狀態(tài)，測(cè)試結(jié)束。

4 軟件平臺(tái)集成測(cè)試工具設(shè)計(jì)

軟件平臺(tái)集成測(cè)試工具運(yùn)行在測(cè)試主機(jī)端，集成了軟件平臺(tái)的操作系統(tǒng)、傳輸機(jī)制、硬件抽象層、核心框架、設(shè)備與服務(wù)五個(gè)測(cè)試模塊，并細(xì)化到每個(gè)測(cè)試模塊的具體測(cè)試組件與測(cè)試接口項(xiàng)，當(dāng)對(duì)軟件平臺(tái)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性驗(yàn)證時(shí)，啟動(dòng)軟件平臺(tái)集成測(cè)試工具，選定具體的測(cè)試項(xiàng)運(yùn)行測(cè)試，集成測(cè)試工具會(huì)在界面上顯示實(shí)際的測(cè)試結(jié)果，若測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)異常，界面上也會(huì)顯示具體的錯(cuò)誤原因，測(cè)試結(jié)束也可直接傳輸測(cè)試終止命令到被測(cè)平臺(tái)提示被測(cè)平臺(tái)停止運(yùn)行，保證測(cè)試的全面性、集成性，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試的可視化。本文利用Qt和C++開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)SCA軟件平臺(tái)集成測(cè)試工具，如圖7所示為集成測(cè)試工具使用的主要類以及它們之間的關(guān)系。其中，QWidget為整個(gè)測(cè)試工具的核心，繼承于QMainWindow類，其主要是完成整個(gè)測(cè)試工具的邏輯實(shí)現(xiàn)和界面的顯示。QTabWidget 類、TestItem類和TestLog類繼承于QWidget類，其中QTabWidget 類主要包括OSTab(OperatingSystemTab)、TMTab(TrasnsmissionMech anismTab)、HALTab(HarawareAbstractionTab)、CFTab(Core FrameworkTab)以及DSTab(Devices&ServicesTab)具體測(cè)試模塊，不同測(cè)試模塊分別對(duì)應(yīng)操作系統(tǒng)、傳輸機(jī)制、硬件抽象層、核心框架以及設(shè)備與服務(wù)的測(cè)試，QTabWidget 類主要是完成測(cè)試模塊的選擇與測(cè)試參數(shù)的輸入功能。TestItem類主要完成測(cè)試接口和測(cè)試用例的具體選擇功能，為集成測(cè)試工具選定測(cè)試需要執(zhí)行的具體測(cè)試模塊中的詳細(xì)測(cè)試接口以及測(cè)試用例，運(yùn)行集成測(cè)試工具將測(cè)試命令傳輸?shù)奖粶y(cè)平臺(tái)執(zhí)行測(cè)試。TestLog類主要完成接收顯示被測(cè)平臺(tái)傳輸?shù)臏y(cè)試結(jié)果以及測(cè)試異常的顯示定位功能。

圖7：集成測(cè)試工具類圖結(jié)構(gòu)

5 集成測(cè)試工具驗(yàn)證

為了驗(yàn)證軟件平臺(tái)符合性集成測(cè)試工具的可行性，根據(jù)提出的測(cè)試用例設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)、傳輸機(jī)制、硬件抽象層、核心框架以及設(shè)備與服務(wù)的測(cè)試用例，以提出的測(cè)試流程為依據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的測(cè)試單元，完成對(duì)軟件平臺(tái)集成測(cè)試工具的驗(yàn)證工作。以核心框架模塊的域管理器接口測(cè)試為例，在集成測(cè)試工具所在的客戶端上，選擇執(zhí)行具體的測(cè)試接口并運(yùn)行，測(cè)試指令通過(guò)網(wǎng)線傳輸?shù)奖粶y(cè)平臺(tái)，被測(cè)平臺(tái)接收到測(cè)試命令后執(zhí)行測(cè)試，統(tǒng)計(jì)測(cè)試結(jié)果并傳輸?shù)郊蓽y(cè)試工具顯示的測(cè)試日志上。如圖8所示為集成測(cè)試工具的具體測(cè)試界面顯示，集成測(cè)試工具界面的左側(cè)顯示核心框架具體的測(cè)試組件，中間測(cè)試用例為具體執(zhí)行的測(cè)試接口，點(diǎn)擊界面的運(yùn)行鍵即可執(zhí)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果打印到測(cè)試日志上，點(diǎn)擊停止鍵集成測(cè)試工具傳輸終止測(cè)試命令到服務(wù)端，服務(wù)端端口，測(cè)試流程結(jié)束。

圖8：軟件平臺(tái)符合性集成測(cè)試工具測(cè)試界面

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)SCA軟件平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)符合性進(jìn)行研究，提出了SCA軟件平臺(tái)符合性測(cè)試的整體方案設(shè)計(jì)，介紹了外部測(cè)試環(huán)境的搭建以及芯片內(nèi)測(cè)試組件的部署方法，針對(duì)軟件平臺(tái)的五個(gè)測(cè)試模塊提出了幾種測(cè)試用例設(shè)計(jì)思想，介紹了詳細(xì)的測(cè)試流程，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套SCA軟件平臺(tái)符合性集成測(cè)試工具，并在由GPP、DSP和FPGA芯片構(gòu)成的硬件平臺(tái)上進(jìn)行了整體的驗(yàn)證工作，結(jié)果表明，提出的測(cè)試工具可以簡(jiǎn)潔、直觀、方便的對(duì)整個(gè)軟件平臺(tái)進(jìn)行符合性測(cè)試，通過(guò)符合性測(cè)試的軟件和設(shè)備可以互相兼容，提升了波形的可移植性和軟件平臺(tái)的可復(fù)用性，大大縮短了通信裝備的系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)周期。