通用ATS軟件開發平臺研究與設計

黃曉晴 梁曉芬 鄭永龍 章 寧 周 濤 王緯國

(中國人民解放軍第5720工廠1，安徽 蕪湖 241007;南京航空航天大學自動化學院2，江蘇 南京 210016)

0 引言

自動測試系統(automatic test system，ATS)一般由自動測試設備(automatic test equipment，ATE)、測試程序集(test program set，TPS)和TPS軟件開發工具三部分組成。目前，ATS軟件通用性的研究已得到越來越多的重視［1－4］，ATS正從單一功能的專用系統向多功能的通用開放系統發展［5］。然而，如何實現測試軟件的通用性和擴展性仍是一個難題［6－12］。

本文以構建通用測試系統為目的，提出了一種通用TPS軟件開發工具的實現方法，給出了通用測試軟件開發平臺(universaltestprogram development software，UTest)的框架結構及設計方法。該平臺可應用于航空領域各類機載產品的測試維修，具有界面直觀、操作簡單的特點，是產品維修和測試的重要工具。

1 UTest系統結構及應用流程

1.1 UTest結構及功能

目前，在開發針對某一被測產品的測試系統時，首先需要根據被測產品的測試要求選擇硬件資源;然后按照所選硬件資源及被測產品的接口信息，設計、開發接口適配器;最后按照接口適配器連接關系以及硬件資源的配置情況，開發專門的測試軟件，從而完成測試系統的開發。

上述開發過程不僅需要開發人員具有較強的軟件開發能力，而且還需要開發人員非常了解被測產品的測試要求。此外，由于采用該方式開發的測試軟件僅針對某一被測產品，其操作模式、界面風格、測試數據的保存等都存在很大差異，軟件的開發周期也相對較長。本文對測試平臺的需求、構建方式進行了充分分析，給出了完整的設計方案。UTest軟件系統架構如圖1所示。

圖1 UTest軟件系統架構Fig.1 Architecture of the UTest software system

UTest平臺旨在提供通用的測試軟件開發工具，將測試系統開發過程(除硬件資源選擇以外)都通過該平臺進行管理。更重要的是，UTest提供測試程序集的自動生成方法，這樣，測試人員無需編程就可以開發出測試程序。

整個軟件平臺分成測試工程建模平臺(test engineering model platform，TEP)和測試程序執行平臺(test program implementation platform，TIP)，這兩者之間通過特定格式的數據庫文件進行連接。

1.1.1 測試工程建模平臺(TEP)

測試工程建模平臺包括被測產品測試信息建模和測試策略編輯兩部分。測試信息建模需要實現的功能主要如下。

①測試資源的管理功能。根據系統組成，選擇被測產品需要的測試資源，并對測試資源進行設置。

②被測產品建模功能。根據被測產品的具體信息，提供建立被測產品模型的工具。該工具能夠定義被測產品進口的名稱和功能描述、被測產品接口、被測產品與硬件資源的連接關系、被測產品與接口適配器的連接關系。

③接口適配器建模功能。該功能能夠提供建立接口適配器模型的工具，以及接口適配器名稱、接插件名稱，并定義接口適配器內部連接關系。

測試工程建模平臺的另一部分——測試策略編輯模塊，能夠為被測產品建立測試流程，提供建立測試任務的工具;分解被測產品的測試過程，建立測試任務。其主要功能如下。

①將被測產品測試任務分解，建立測試任務樹。測試任務分解的最小單元是保證測試任務可以由單個函數完成。

②提供被測產品測試策略編輯工具，將測試任務樹中的各任務單元按照測試流程建立連接。

③定義各測試任務的輸入、輸出數據及數據傳遞路徑。

1.1.2 測試程序執行平臺(TIP)

測試程序執行平臺通過載入被測產品已建立的測試策略模型，管理測試程序運行所需的各種信息，同時提供測試程序的運行環境。測試程序執行平臺還負責對用戶進行管理，記錄測試人員、測試產品信息，保存測試數據、生成測試報告。

TIP的主要功能具體如下。

①通過導入已建立的測試策略模型，建立測試程序運行環境，以測試策略模型中測試樹的形式顯示測試任務。

②按照測試任務中的測試步驟，自動執行測試任務，并按照用戶設置的信息，顯示測試結果。

③對測試過程中產生的數據進行保存，生成測試報告。

另外，在測試程序執行平臺中的測試程序函數庫是由一系列針對硬件資源開發的測試函數構成的。這些測試函數是在硬件資源所提供的驅動程序的基礎上，通過二次開發，封裝、整理成具備各種功能的測試函數。

每個測試函數均具有可直接執行的特點。當硬件資源發生改變時，可通過修改、替換、添加測試函數，使測試程序函數庫與硬件資源相對應，從而保證UTest平臺適應硬件資源的變化。

1.2 UTest軟件應用流程

UTest軟件系統架構的確立決定了應用該平臺開發測試程序的過程。UTest軟件的應用流程如圖2所示。

圖2 UTest軟件應用流程Fig.2 Application fowchart of UTest

測試工程建模平臺和測試程序執行平臺的具體流程如下。

首先，用戶通過測試信息建模模塊，根據被測產品測試要求，選擇所需硬件資源，定義適配器接口，建立被測產品信息模型。在測試信息建模基礎上，測試策略編輯模塊對測試步驟和測試流程進行描述。以測試工程信息數據庫文件的形式保存上述信息。該文件能夠描述測試任務、測試流程，同時還能關聯測試程序函數庫。

接著，在TIP平臺導入相應產品的測試工程信息數據庫文件，讀取測試策略的相關信息;按照此信息調用測試函數庫中的相應函數并執行，從而實現對被測產品的測試。同時TIP平臺還對測試人員、測試數據、結果等進行管理。

2 測試工程建模平臺(TEP)

2.1 TEP平臺數據庫

測試工程建模平臺基于數據庫構建，將用戶提供的被測產品信息以數據庫的形式保存，所有執行平臺需要的信息均被保存在數據庫中。因此，數據庫的內容、構建方式、數據表單之間的數據連接關系是方案設計的難點，也是整個TEP平臺構建的基礎。TEP平臺的數據庫結構如圖3所示。

圖3 數據庫總體結構Fig.3 Structure of the database

圖3中，測試工程信息數據庫是用戶根據UUT測試要求，在測試工程建模平臺(TEP)上，按照測試工程信息數據庫的創建要求進行創建的。

TEP平臺中的硬件資源及配置和測試函數信息數據庫則根據通用測試系統的硬件資源情況，在UTest軟件開發階段建立。當用戶使用TEP平臺時，該數據庫已存在。當硬件資源發生改變時，數據庫信息需要進行同步更新。

2.2 測試信息建模

測試信息建模用于構建測試工程的總體框架，針對每一被測產品，用戶可以創建測試工程。新建的測試工程均包括測試資源管理、測試產品信息描述及接口適配器定義三個模塊。用戶根據被測產品測試要求，分別在三個模塊中完成測試工程的創建。每個模塊均采用圖形化界面，并提供各種編輯工具，以提高TEP平臺的易用性。

2.3 測試策略編輯

測試策略編輯是對測試步驟、測試流程進行描述的過程。本文提出將測試策略編輯模塊用樹的形式表示測試任務。測試任務樹將測試任務分解成各任務組，各任務組又可以包含多個測試任務，每個測試任務又分成測試點。測試任務樹分解的原則，就是要求最終的各測試點能夠由硬件資源測試程序函數庫中的單個函數實現。測試任務樹的結構如圖4所示。

圖4 測試任務樹結構Fig.4 Tree structure of the test task

測試策略編輯模塊除了提供測試任務樹編輯的功能外，還要能夠對各測試點的執行順序進行描述，完成測試步驟的寫入。測試策略編輯模塊利用數據庫對所有測試步驟進行記錄，尤其是每步測試中測試函數的調用。數據庫中記錄了調用測試函數的路徑，執行測試函數時所用到的輸入、輸出參數的傳遞關系。TIP平臺通過導入數據庫信息，實現在執行平臺下對硬件的操作。

測試策略模塊還為測試策略提供一些常用的執行路徑選擇單元，如循環、跳轉、分支、賦值等，這些功能也都封裝成功能函數，保存在測試函數庫的基礎函數庫，以滿足各種測試需求。

測試策略編輯是TEP平臺的核心模塊，在用戶編輯完測試策略后，該模塊將對整個策略進行解析，使之與相應的硬件資源測試程序函數庫中的函數相匹配;并將匹配的結果、測試步驟、測試函數路徑及參數信息保存到測試工程數據庫中，供TIP執行平臺調用。

3 測試程序執行平臺(TIP)

3.1 功能模塊組成

TIP平臺用于執行測試程序，通過導入并解析測試工程信息數據庫文件，完成被測產品測試程序的執行，以實現產品的調試、檢測以及故障判斷。TIP平臺由測試程序函數庫、測試執行管理、測試信息管理三部分組成。

測試程序函數庫在UTest軟件開發階段建立，由軟件開發者根據硬件資源所提供的驅動程序開發測試函數，以實現硬件資源所支持的各功能。所有的測試函數在開發時，為滿足執行平臺的調用，都必須嚴格按照測試函數的開發要求編寫，每個測試程序函數都具有可直接執行的特點。所有硬件資源的測試函數是構成測試程序函數庫的主要部分。測試程序函數庫還包括基礎函數庫。基礎函數庫中的函數和硬件資源無關，主要用于實現測試程序執行中所涉及的循環、跳轉、選擇等功能。

測試執行管理實現相關文件的導入以及測試工程建模平臺輸出的數據庫文件的解析。根據數據庫文件，調用測試程序函數庫。測試程序函數庫中的相應函數直接執行，無需編譯，從而完成測試程序的運行，以實現被測產品的檢驗、測試和故障判斷。

測試信息管理包括測試結果的顯示和保存、測試數據報表管理、用戶管理、測試任務查詢等管理功能。

3.2 測試程序執行軟件流程

測試程序執行平臺的核心是測試執行管理模塊。該模塊讀取測試工程數據庫信息，并按照數據庫信息調用測試函數庫中的測試函數，使之運行;同時，還需管理測試函數的輸入、輸出參數的傳遞和執行順序，以實現測試策略。利用測試程序執行模塊，被測產品的測試程序執行過程具體如下。

①程序首先調用測試策略數據庫的信息，獲取第一個測試步驟調用的測試函數名稱及路徑，啟動測試函數。

②調用測試工程數據庫的信息，獲取當前配置信息，將信息配置給需要啟動的測試函數;然后執行測試函數，在完成當前測試功能后關閉測試函數。

③根據配置信息，決定是否保存當前測試結果。獲取下一測試步驟調用的VI名稱及路徑，重復步驟②的操作。

④當測試策略數據庫錄入的所有測試步驟完成后，停止執行程序。

整個過程的軟件流程如圖5所示。

圖5 TPS執行流程Fig.5 Execute flowchart of TPS

4 結束語

本文從如何實現測試軟件的通用性入手［13－17］，研究分析了開發被測產品測試系統的整個過程，并提出了通用測試軟件開發平臺UTest的軟件架構，最后給出了UTest各個功能模塊的具體實現方法。該軟件開發平臺架構清晰、擴展性強。當測試程序執行時，無需程序編譯過程，測試人員不用具備編程能力。采用該軟件開發平臺能夠快速、便捷地實現被測產品的測試，縮短了開發周期。

目前，本文提出的UTest的設計方案已經在航空機載設備的通用測試軟件開發平臺的構建過程中得到了成功應用。

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