某控制計算機軟件抗干擾測試方法研究

李芳芳，余慧敏，魏冬冬，陳琦，嚴漪敏

（上海航天電子技術研究所，上海，201109）

0 引言

控制計算機是控制系統的核心部件之一，是控制系統的計算中心、控制中心和通信中心，它收集各種傳感器信息，按照設定的控制算法進行快速解算，按時序向執行機構發出各種控制指令以完成系統的姿態控制等任務，控制計算機的性能直接影響到武器的整體性能，其工作的可靠與否直接影響發射的精度乃至發射的成功與否。

在干擾作用下控制計算機系統會出現除輸入輸出不正常的情況外，甚至會出現無法檢測出信號情況，導致工作狀態紊亂，故在有干擾的情況下，抗干擾算法在控制計算機中起著至關重要。因此對控制計算機軟件抗干擾算法的測試是必不可少的過程，對其測試方法的研究也隨之而來。

1 現有的測試方法

1.1 測試平臺定制輸入測試方法

通過labview設計平臺，定制輸入，根據目標輸入的特點繪制輸入信號，用于以后的測試。

優點：操作簡單，易于控制；缺點：無法給出準確目標位置，無法精確定位錯誤原因。

1.2 類單元測試方法

直接在測試單元模塊前，修改功能塊的輸入值，運行軟件查看輸出值是否為期望值，類似于二方測試中的單元測試，單元測試是對軟件基本組成單元進行的測試，在C語言中單元指函數或者子過程，在類單元測試中可以對多個函數同時進行測試。

優點：無需考慮前端程序影響，只考慮待測試功能項，提高測試效率；缺點：無法體現抗干擾的整個過程，插樁麻煩。

1.3 數據注入測試方法

某型號控制計算機通過FPGA采樣，再經過一系列的算法獲得脈沖的基本信息，在后續算法中通過對基本信息的處理、融合獲得有效信息來形成一系列的控制指令。為了盡可能真實地體現控制計算機的工作原理，從原始數據著手，通過在中斷程序、初始程序以及主函數中寫代碼，通過CCS編譯器的數據load功能，向添加的基本信息數組所在的地址，注入寫好的基本脈沖信息，根據不同的測試需求設置不同的脈沖信息，具體操作方法如下圖1-圖3所示。

圖1

圖2

圖3

圖4 抗干擾算法流程圖

數據注入未破壞軟件原有的運行路徑，只是改變了中斷脈沖采樣的結果，這點和插樁以及上面提到的“類單元測試”方法有本質區別的。

優點：能給出脈沖位置，精確定位錯誤位置，能真實體現抗干擾的整個過程；缺點：數據準備工作比較復雜，需耗費大量時間。

2 抗干擾算法各階段測試方法選擇

抗干擾算法的簡要流程圖如下圖4所示。

現選擇性介紹現有三種抗干擾測試方法在各部分功能中的應用的優缺點。

2.1 脈沖采樣

本功能項為驗證FPGA軟件與DSP軟件接口的正確性，采樣時序的正確性，而數據注入方法與“類單元測試”方法均是通過仿真器修改DSP軟件，對軟件的流程和算法進行測試，無法完成與外界接口的測試，故此功能項只能采用脈沖定制的方法來進行測試。

2.2 脈沖識別

2.2.1 脈沖形狀有效性判斷

程序中根據脈沖的基本信息對脈沖進行分類，脈沖基本信息包含的脈沖幅值、寬度等，對脈沖進行識別時，各個條件下脈沖各個基本信息滿足、不滿足的情況均要考慮到。

某控制計算機抗干擾算法軟件，考慮到各個條件，共需設計40個用例，即需要設計40個脈沖，若采用數據注入的方法，可通過注入準備好的含脈沖基本信息的40個脈沖，一次執行40個用例，通過打斷點查看全局變量的白盒測試方法，查看代碼對輸入脈沖處理的正確性。

若采用脈沖定制的方法，則需要定制脈沖多次，并且需要執行多個用例，也可能受定制脈沖設計限制，有些等價類無法全部覆蓋。

若采用“類單元測試”方法，需要在程序中添加大量的賦值語句，不方便操作。

由此，可看出在脈沖形狀有效性判斷時采用數據注入方法最簡單有效。

2.2.2 有效脈沖判斷

滿足脈沖形狀的脈沖經過位置判斷后才能判斷為有效脈沖，在不同階段采用不同的波門判斷方法。

若采用脈沖定制方法，通過輸入可以直接判斷出脈沖的一些基本信息，但是脈沖位置需要通過復雜的算法計算才能得出，脈沖位置與峰值時刻相關，定制脈沖時并不能直觀得知脈沖位置，為有效脈沖判斷帶來難度。

若采用“類單元測試”方法，直接在位置判斷處，修改脈沖位置，不能真實反映脈沖處理過程。

采用數據注入方法，數據中包含脈沖位置信息，可以很好的體現脈沖識別的整個過程，缺點就是需要準備大量的數據。

綜合考慮后，采用數據注入的方法對脈沖識別功能進行測試。

2.3 中間算法

中間算法輸入為經過脈沖識別后的有效脈沖。此功能項可采用“類單元測試”方法。

若采用脈沖定制方法，一方面無法確切得知脈沖位置，另一方面，無法準確查找錯誤原因。

若采用數據注入方法，由于在不同階段，采用不同的方法對脈沖的有效性進行判斷，會增加測試的復雜度。

在保證前面脈沖識別功能項正確的前提下，可以采用“類單元測試”的方法，在中間算法前直接對有效脈沖位置、相位等參數進行賦值。這樣可以很大地提高測試效率。

2.4 階段轉換

階段轉換是一個連續的過程，每隔一段時間進行一次判斷，滿足條件就轉階段，不滿足條件就保持。此功能項的測試采用數據注入的方法進行測試。

若采用脈沖定制方法，一方面無法確切得知脈沖位置，另一方面，無法準確查找錯誤原因。

若采用“類單元測試”方法，無法體現轉階段的過程性。

3 小結

現有的抗干擾測試方法各有優缺點，脈沖定制方法，能很好地對脈沖采樣功能進行測試，但由于無法精確確定脈沖的位置，對后續查找錯誤原因帶來困難；“類單元測試”方法，簡單易行，但是無法對整個流程進行測試；數據注入方法，雖然查找錯誤方便，能對除脈沖采樣外的整個過程進行測試，但是數據準備工作需要花費大量的時間。

故我們針對抗干擾算法的特點以及三種測試方法的優缺點，提出不同功能項采用不同測試方法的想法，一些無需脈沖精確位置的功能項測試，如脈沖采樣功能采用定制脈沖的測試方法，而一些比較獨立的功能項可采用“類單元測試”方法，一些需要脈沖精確位置或需體現處理過程的功能項測試如脈沖識別功能項、階段轉換功能項，采用數據注入的測試方法。

抗干擾算法是控制計算機軟件的核心部分，因此對抗干擾測試方法的研究至關重要，仍需要不斷進行研究總結。

參考文獻

[1] Ron Patton著,張小松,王玨,曹躍等譯.軟件測試[M].機械工業出版社 ,2006.

[2]柳純錄.軟件評測師教程[M].清華大學出版社,2005.