針對嵌入式設備的自動化測試框架研究

王士峰，王義忠

（四川大學計算機學院，成都 610065）

針對嵌入式設備的自動化測試框架研究

王士峰，王義忠

（四川大學計算機學院，成都 610065）

簡要介紹當前嵌入式行業，在硬件測試上的一些概念和基本測試流程，并重點關注易用性、可擴展性和通用性。通過對自動化測試技術的研究，并針對嵌入式領域的特點提出一個基于抽象層的測試平臺，并探討該測試平臺的前景。為實現嵌入式設備的自動化測試提出一種客觀可行的方法。

測試框架；自動化測試；嵌入式系統

0 引言

隨著軟件行業的不斷發展與進步，軟件測試技術也在不斷地提高，各種測試平臺和測試工具應運而生。軟件測試自動化技術，是一項通過計算機模擬人的行為進行軟件測試的技術，具有測試效率高，避免漏測試、無測試、重復測試和多測試等無用測試，測試具有一致性和重復性等優點[1]。

在涉及到嵌入式系統的自動化測試中，還沒有成熟可靠的測試框架。在嵌入式領域，嵌入式系統本身又具有不同于其他通用設備和軟件的特點，嵌入式系統具有微型化、緊耦合等特點，所謂微型化是指在體積、系統功能方面所呈現出的特征。所謂緊耦合是指受設備在硬件資源、軟件資源本身限制和非功能屬性方面的要求而呈現出的特征。

嵌入式系統所呈現出的特點，就決定了系統測試所具有的專一性。而在嵌入式系統測試領域，還存在著諸多難點。例如，如何達到逼真的硬件模擬能力，從而使嵌入式系統的測試能正確地運行，對嵌入式系統的非功能屬性的驗證，等等。所有的這些難點都對嵌入式系統的自動化測試帶來極大地困難和額外的工作量，使測試人員不能真正高效地投入測試用例的開發。

針對嵌入式系統領域測試的難點，本文從一個分層的角度提出了一種通用的自動化測試框架。此框架有以下特點：

（1）可以省去仿真和硬件模擬的的工作，利用已有的嵌入式設備進行測試。

（2）通用性好。此框架通過一個被稱作GDMP(Generic Device Management Protocol)的協議提供了統一的測試命令接口?，F有的嵌入式系統，在很小的改動下便可運行協議。而對硬件設備的測試的數量，理論上是不受限制的。

（3）可擴展性好。此框架針對用戶對不同嵌入式設備測試用例的開發，向上層用戶提供了統一的協議接口。

（4）易用性好。為自動化測試系統的開發和集成提供了易用性，在很大程度上減少了將來用戶開發測試用例的工作量。

1 自動化測試體系架構

1.1 基本定義

GMB（Generic Management Board），通用管理板。這是一個可以被用戶開發的特殊的硬件管理組件。GMB有自己的處理器和IC Chips。用戶只要遵循本文提供的GDMP協議規范便可以實現對不同的嵌入式硬件設備的管理和測試。

GDMP(Generic Device Management Protocol)，通用設備管理協議，此協議是測試框架的核心。它提供以下的功能：

（1）在PC、GMB和嵌入式設備之間路由報文消息。

（2）控制GMB的行為來實現對嵌入式設備復雜場景的測試。

Tester，PC端的應用程序，用戶通過它可以實現與GMB、嵌入式設備的通信。更重要的是，用戶通過它可以開發測試腳本，來實現對硬件設備的遠程測試。

DCM(Device Control Mode)，設備控制模式。嵌入式設備進入此模式，整個設備的控制權交由GDMP協議管理。

1.2 自動化測試框架

本文采用的自動化測試框架結構如圖1所示。

自動化測試框架，采用分層的思想。將整個框架分為三層：①服務層，由測試人員依據需求開發的各種測試模塊，由下層向本層提供服務。②抽象層，測試框架的核心層，由本文提到的GDMP協議實現對硬件層進行抽象，向服務層提供統一接口。③硬件層，由支持各種功能的嵌入式設備組成。

圖1 自動化測試框架測試框架

2 框架架構和關鍵技術

2.1 框架結構圖

測試框架主要三大模塊組成：PC端、嵌入式設備和GMB通信模塊組成。三大模塊都需要運行GDMP協議。GDMP協議是整個測試框架的核心。測試端PC通過線纜與GMB相連接，GMB與一臺或者多臺設備連接。

本部分描述了通用測試框架的體系結構,如圖2所示：

圖2 通用嵌入式設備測試框架

2.2 GDMP通用設備管理協議

本部分定義了針對通用測試框架的GDMP協議。此協議可以很好地為測試提供服務，具有很好的可擴展性、通用性和易用性。此協議可以提供兩種功能：首先，提供在Tester和GMB之間提供路由報文的功能，其次，還可以控制在具體應用測試場景下GMB的具體行為。

（1）GDMP協議報文定義格式。

表1定義了GDMP協議格式，灰色部分表示了數據連接會話域，綠色部分表示了控制域部分。

（2）數據連接會話域。

數據連接會話域包括以下三個狀態：

①Data Session Flag：此字段用來標識該會話是否采用GDMP協議。可以采用GDMP協議，也可以直接與嵌入式硬件設備通信。

②State：標識該會話的狀態

③ID：會話的身份標識。

表1 GDMP通用設備管理協議數據包格式

④Data Length：該會話報文的實際有效長度。

（3）控制域

控制域主要包括以下兩個部分：

①Message Type：用來定義不同命令的類別，防止命令之間沖突。

②Control code&data：用戶的命令格式和數據。

（4）GDMP基本工作流程

GDMP以模塊的形式運行在PC端和嵌入式設備之上的。基本流程是，GDMP模塊收到數據幀，對幀結構進行判定，如果幀結構不正確，通信退出并向模塊報告錯誤。正確的情況下，由GDMP協議處理，判定數據幀是否發往本地，通過對協議格式的解析，執行相應的流程動作，完成整個協議模塊之間的通信。圖3為基本流程框架。

圖3 GDMP協議的工作流程

3 實驗驗證

3.1 實驗環境

實驗采用Tester程序的PC，兩塊ARM的開發板，一塊用作GMB設備，一塊用作支持DCM的普通嵌入式設備。

3.2 實驗步驟

本文通過普通嵌入式設備上的一個響鈴控制程序，來測試驗證測試框架。具體步驟如下：

①PC端Tester構造響鈴數據包，設置相應的標志位，封裝在GDMP協議中，然后發送到GMB。

②GMB從GDMP協議數據包中抽取出原始的響鈴請求包。

③GMB發送響鈴請求包到對應的嵌入式設備。

④嵌入式設備收到響鈴請求的數據包之后，解析并執行相應的響鈴操作。

⑤嵌入式設備發送響鈴控制響應數據包到GMB。

⑥GMB把響鈴控制響應數據包封裝到GDMP協議中，發送給PC端的Tester。

⑦PC端Tester從收到的GDMP協議數據包中抽取出響鈴控制響應報文，完成一次通信。

4 結語

建立一個完整的、可靠的和可擴展的測試框架是現今國內嵌入式行業工作的一個重點。本文提出的這個測試框架基本上實現了對大規模集群硬件設備的完整測試，運用以上測試框架可以實現對嵌入式設備集群靈活易用的測試，是測試環境完全獨立于頻繁的硬件設備拓撲的變動，符合嵌入式行業系統測試的的需求，有良好的應用前景。具體的實現和很多細節還有待完善。

[1] 王向暉，李林.星載嵌入式軟件自動化測試技術研究[J].計算機測量與控制，2012，20（1）：3～4

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Research on the Automated Testing Platform for Embedded Devices

WANG Shi-feng，WANG Yi-zhong
（College of Computer Science，Sichuan University，Chengdu 610065）

Briefly describes the current embedded industry,the hardware test and some of the concepts and basic testing processes,with a focus on ease of use,scalability and versatility.Through the study of automated testing technology and the characteristics of embedded field test platform proposed based abstraction layer,and explores the prospects of the test platform.To automate the testing of embedded devices present a feasible objective method.

Testing Framework;Automated Testing;Embedded System

1007-1423（2015）02-0031-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.02.008

王士峰（1987-），男，山東泰安人，在讀碩士研究生，研究方向為網絡與信息安全

王義忠（1989-），男，江西上饒人，在讀碩士研究生，研究方向為智能信息處理

2014-11-13

2014-12-16