一種用于CTCSCTCS半實物仿真系統(tǒng)的測試腳本語言

柯長博 盧 鑫（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

1 概述

CTCS列控系統(tǒng)是實現(xiàn)客運專線信號系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)裝備，各個列控設(shè)備運行的穩(wěn)定性、互聯(lián)互通性、容錯性等都需要經(jīng)過嚴(yán)格的測試。為了減少測試人員的工作強(qiáng)度，更好地利用資源和提高測試效率，在CTCS-3級半實物仿真平臺上，搭建一個能夠替代人工的自動測試環(huán)境是一個非常重要的課題。而設(shè)計一種能夠滿足CTCS半實物仿真測試平臺測試需求的測試腳本語言，是實現(xiàn)自動測試的基礎(chǔ)。

如果在自動測試中使用C++、Jav a等普通編程語言，將測試指令和測試邏輯直接嵌入測試代碼中，對于新的測試應(yīng)用，代碼完全不具備可重用性。人們普遍意識到不同的自動測試應(yīng)用之間存在著共通性和框架性的東西，通過重用和重組織已有的解決方案，可以快速實現(xiàn)新的測試應(yīng)用[1]。

因此，隨著測試技術(shù)的發(fā)展，人們在自動測試中越來越少地直接使用普通編程語言，而是設(shè)計出各種測試腳本語言。測試腳本語言可以對測試行為進(jìn)行描述，對測試過程進(jìn)行建模，有較強(qiáng)的可重用性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。測試腳本語言執(zhí)行時以解釋為主，具有平臺無關(guān)的特點。典型的測試腳本語言有A TM L[2，3]、CTL[4]、TTCN-3[5，6]等，其中TTCN-3不僅能夠滿足一致性測試的需求，還可以應(yīng)用于互操作性測試、回歸測試、系統(tǒng)測試和集成測試。TTCN-3強(qiáng)大的測試描述能力和廣泛的適應(yīng)性使其成為目前測試領(lǐng)域唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)。TTCN-3從語法上看起來像一個普通的程序設(shè)計語言加上測試擴(kuò)展，包括動態(tài)測試配置、匹配機(jī)制、定時器支持、測試判決處理、通信機(jī)制等。

雖然TTCN-3作為通用的測試語言功能比較全面，但是為其定制開發(fā)測試引擎就會比較復(fù)雜，造成功能上的冗余，也不便于擴(kuò)展開發(fā)新的功能。一般而言，商用化測試工具經(jīng)常采用可讀性較強(qiáng)、較為通用的腳本語言編寫測試腳本；專用測試工具因針對性較強(qiáng)，一般會根據(jù)被測試軟件的特點自定義腳本的內(nèi)容和格式，自行解析。針對高速鐵路測試的應(yīng)用，龐巴迪、泰雷茲等公司都開發(fā)了專用的測試語言。事實上，本文中設(shè)計的測試腳本語

柯長博，男，碩士畢業(yè)于清華大學(xué)，工程師。主要從事鐵路通信信號方面的工作。曾參與十一五國家支撐計劃及研究設(shè)計院若干重點項目，發(fā)表論文一篇（EI數(shù)據(jù)源），擁有發(fā)明專利一項（已授權(quán)）。言只相當(dāng)于TTCN-3的部分功能。

現(xiàn)有的腳本語言技術(shù)，包括TTCN-3在內(nèi)都集中在數(shù)據(jù)層次的分離，即分離測試數(shù)據(jù)和測試邏輯，并未對測試邏輯本身進(jìn)行建模和表達(dá)。為了解決現(xiàn)有腳本語言存在的抽象層次低和測試腳本維護(hù)困難的問題，測試模型成為當(dāng)前復(fù)雜系統(tǒng)測試領(lǐng)域的研究熱點，模型重用成了降低測試系統(tǒng)開發(fā)成本的系統(tǒng)化過程[7]。

基于測試過程模型，本文設(shè)計了一種適應(yīng)于CTCS半實物仿真系統(tǒng)的層次化測試腳本語言。測試腳本語言是自動測試環(huán)境運行的基礎(chǔ)，定義了測試執(zhí)行的過程，包括測試數(shù)據(jù)、測試事件和測試事件的執(zhí)行邏輯，銜接了自動測試環(huán)境的各個模塊。

2 測試過程建模

2.1 測試事件模型

一個測試事件e是一個八元組（SUT，T，I，O，Cp，Cs，Lp，Ls），其中SUT是被測系統(tǒng)的測試信息集合，T是一個用來定義測試事件運行時行為的前置邏輯表達(dá)式，I是被測系統(tǒng)的輸入集合，O是被測系統(tǒng)的輸出集合，Cp是e的前提條件集合，Cs是e的后置條件集合，Lp是e的前繼連接集合，Ls是e的后繼連接集合[7]。

測試事件可以被分為3類：測試初始和結(jié)束事件、測試連接和測試動作。其中，測試初始和結(jié)束事件用于標(biāo)識一個測試事件鏈，可以用于通知測試程序創(chuàng)建或者銷毀一個測試實例；測試連接是一個抽象的概念，用于表示測試過程中的控制流程；測試動作指測試腳本的一次執(zhí)行操作，也就是指測試引擎對于被測系統(tǒng)的一次輸入，使被測系統(tǒng)產(chǎn)生一次狀態(tài)轉(zhuǎn)移。由這3類事件連接成了測試事件鏈，如圖1所示。

2.2 測試過程模型

一個測試過程是一個五元組（Q，E，L，V，t），其中Q是測試過程開始和結(jié)束標(biāo)簽，E是測試動作集合，L是測試連接集合，V是環(huán)境變量集合，t是一個可選參數(shù)，表示測試動作的時間屬性。

通過將測試過程在事件層次和控制流層次上進(jìn)行抽象，得到了測試過程模型。測試過程模型的核心思想是：通過分析測試需求，測試執(zhí)行過程中的所有行為都可以用測試事件模型表示，每個測試事件都有前提條件和后置條件，通過前提條件和后置條件將測試事件串起來，就將測試過程抽象成了測試事件鏈。

3 測試腳本語言的設(shè)計

本章將介紹自定義的測試腳本語言的設(shè)計與實現(xiàn)。

3.1 XML語言的應(yīng)用

可擴(kuò)展標(biāo)記語言(Ex tensib le M arkup Langu age，XM L)是W 3C組織于1998年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)。與H TM L語言一樣，都是標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言。XM L的優(yōu)點，包括簡單性、平臺無關(guān)性、易解析性、自描述性。此外，XM L在得到普遍認(rèn)可的同時，獲得越來越多的軟件支持。

本文設(shè)計的測試過程定義語言（TPDL）和測試信息描述語言（SID L）就是基于XM L語言編寫的，語言元素的標(biāo)準(zhǔn)語法由Sch em a定義。采用XM L Schema還能夠?qū)ξ臋n結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效性檢查，檢查的項目包括：元素的定義、元素是否為空、是否包括文本或?qū)傩缘亩x、元素之間的父子關(guān)系、子元素的順序和數(shù)目、元素和屬性的數(shù)據(jù)類型。

3.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文設(shè)計的測試腳本語言包括TPDL和SIDL。TPDL作為測試過程的建模語言，是對測試過程的全面描述；SIDL作為被測對象的測試信息描述語言，是對被測對象的測試相關(guān)信息的全面描述。被測系統(tǒng)為測試過程提供了實現(xiàn)消息的發(fā)布，接收等功能的底層機(jī)制。

具體來說，TPDL用于編寫測試腳本，它將自然語言描述的測試案例抽象為計算機(jī)能識別的形式化描述，由測試引擎編譯執(zhí)行；SIDL用于編寫配置文件，它將被測系統(tǒng)中測試相關(guān)的消息、映射、端口、操作等信息進(jìn)行形式化的描述。在測試腳本的生成和執(zhí)行過程中，都會用到配置文件，比如測試腳本中可以使用的消息，這些消息的具體字段，下發(fā)到被測系統(tǒng)的哪個端口等。TPDL和SIDL的結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系，如圖2所示。

3.3 TPDL的語法定義

TPDL關(guān)注于相對獨立的測試過程和過程規(guī)則，以及多個測試事件的組織和協(xié)調(diào)，從而在整體上形成并發(fā)執(zhí)行的測試過程。TPDL的語法定義，如圖3所示，具體描述如表1所示。

3.4 SIDL的語法定義

SIDL描述了被測系統(tǒng)的各種信息，被測對象以SIDL標(biāo)準(zhǔn)的描述方式為測試系統(tǒng)提供測試信息，同時測試樁模塊也以SIDL為測試系統(tǒng)提供控制接口。SIDL編寫的配置文件是自動測試環(huán)境與被測對象的橋梁。

采取以設(shè)備為單位組織仿真支撐環(huán)境的功能接口，將屬于同一設(shè)備的所有操作，實現(xiàn)為一個描述文件。以設(shè)備為單位，描述對象相對固定，描述方式更簡潔，更統(tǒng)一。對于某個設(shè)備的某一種功能只出現(xiàn)在描述文件的一處，便于文件的編寫和維護(hù)，體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮幕舅枷搿?/p>

基于系統(tǒng)規(guī)模和仿真對象數(shù)量的考慮，為系統(tǒng)中每一個對象建立一組描述文件是不現(xiàn)實的，因此測試接口描述只覆蓋到設(shè)備一級，而不是仿真對象一級。如果同一種設(shè)備不管在系統(tǒng)中存在幾個實現(xiàn)的仿真對象，都只維護(hù)一個測試接口描述文件。在測試中，對具體仿真對象的指定，由測試工程師在編制測試腳本時進(jìn)行。SIDL的語法定義，如圖4所示，具體描述如表2所示。

表1 TPDL語法的具體描述

表2 SIDL語法的具體描述

4 測試腳本語言的應(yīng)用

在測試準(zhǔn)備階段，根據(jù)SIDL規(guī)范對被測系統(tǒng)信息進(jìn)行描述，為每個設(shè)備生成配置文件，建立起測試動作庫、接收消息庫、測試接口庫和消息映射庫等自動測試環(huán)境運行時需要的所有基礎(chǔ)信息。

在測試腳本的生成階段，腳本編輯器讀取測試動作庫和接收消息庫，將被測系統(tǒng)支持的所有接收和發(fā)送的消息和消息字段匯總。腳本編輯器將基本活動和邏輯活動提供給測試人員，編寫業(yè)務(wù)邏輯、配置測試數(shù)據(jù)，生成TPDL規(guī)范定義的XM L格式的測試腳本。最后，可以為測試腳本中的測試動作添加前提條件和后置條件。

在測試腳本的執(zhí)行階段，由測試管理器根據(jù)消息接口庫為測試腳本中的消息添加目的地址，然后將測試腳本發(fā)送給測試引擎，并監(jiān)控執(zhí)行過程。測試引擎將測試腳本解析成測試事件鏈，根據(jù)消息映射庫將測試腳本中定義的測試動作映射到被測系統(tǒng)中真正能夠執(zhí)行的消息類，并將前提條件和后置條件發(fā)送給綜合測評系統(tǒng)進(jìn)行測試評價。

5 結(jié)論

本文提出了一種用于CTCS半實物仿真系統(tǒng)的測試腳本語言?；跍y試過程模型，本測試腳本語言既實現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)和測試邏輯的分離，也實現(xiàn)了對測試邏輯本身進(jìn)行建模和表達(dá)。測試交互消息和被測系統(tǒng)信息都通過配置文件描述，有效地填補(bǔ)了測試需求與測試編碼之間的空白。使得自動測試環(huán)境的開發(fā)，能夠幾乎只關(guān)注于測試框架的搭建和測試腳本的解析，極大地提高了可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。本測試腳本語言基于XM L語言編寫，兼具平臺無關(guān)性、易解析性等優(yōu)點。

應(yīng)用表明，本測試腳本語言能夠銜接自動測試環(huán)境的各個模塊，滿足了CTCS半實物仿真系統(tǒng)的自動測試需求，也展示了在其他工程中巨大的應(yīng)用潛力。

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