基于腳本的通用自動測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱望純，王 麗，張大偉

（1.桂林電子科技大學(xué)電子工程與自動化學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.解放軍91872部隊(duì)，北京 100000）

0 引言

隨著測試技術(shù)不斷發(fā)展和對測試要求的不斷提高，自動測試系統(tǒng)（Automatic Test System，ATS）組建難度不斷增加，尤其在測試任務(wù)改變和測試平臺換代更新的情況下，經(jīng)常需要重新構(gòu)建新的測試系統(tǒng)來滿足測試需求，造成資源和資金的浪費(fèi)［1］。因此，構(gòu)建一個(gè)架構(gòu)開發(fā)靈活，軟硬件通用，可擴(kuò)展、易升級的通用ATS平臺成為國內(nèi)外ATS研究的趨勢［2］。腳本語言作為一種可在測試平臺上直接運(yùn)行的可執(zhí)行語言，具有可靈活編程、可復(fù)用、易維護(hù)的特點(diǎn)，關(guān)鍵字驅(qū)動的測試腳本將常用的ATS測試方法包裝為關(guān)鍵字，提高測試腳本的復(fù)用性［3］，為實(shí)現(xiàn)在ATS硬件環(huán)境基本不變，依據(jù)不同測試需求編寫相應(yīng)測試腳本完成測試任務(wù)，提供了一個(gè)良好的解決方案。

1 通用測試平臺總體結(jié)構(gòu)

通用ATS集成了測試信號與測試儀器，由軟件平臺控制完成各種狀態(tài)、性能測試。系統(tǒng)構(gòu)建基于PCI總線的通用ATS硬件平臺，如圖1所示，主要包括各類PCI板卡和控制開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組合的測控儀器、主控計(jì)算機(jī)等［4］。

主控計(jì)算機(jī)用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測試腳本編寫和解析、數(shù)據(jù)管理和顯示，以及軟件平臺管理、測試資源控制等；各類PCI板卡包括IO卡、AO卡、采集卡、定時(shí)計(jì)數(shù)器卡等，用于實(shí)現(xiàn)模擬量或者數(shù)字量的輸入或輸出，完成各種測試所需激勵(lì)、測量、輸出測試等操作；連接器、適配器由軟件控制信號切換和連接UUT與測試資源，實(shí)現(xiàn)測試資源的合理分配和調(diào)用，增強(qiáng)了系統(tǒng)通用性［5］。

測試系統(tǒng)具有良好的通用性和開放性，針對不同被測對象，測試時(shí)主控計(jì)算機(jī)和測控儀器通用，配合靈活的軟件設(shè)計(jì)，只需更換適配器即可實(shí)現(xiàn)平臺重構(gòu)，完成多種信號和接口的測試任務(wù)，使系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性、易升級。

2 軟件平臺總體方案

測試系統(tǒng)軟件平臺如圖2所示，包括應(yīng)用系統(tǒng)管理層、腳本解析、腳本指令功能函數(shù)等［6］。

系統(tǒng)軟件平臺是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，首先根據(jù)測試需求設(shè)計(jì)測試腳本，經(jīng)解析模塊，將解析出的腳本指令和參數(shù)帶入對應(yīng)的關(guān)鍵字腳本指令功能函數(shù)，進(jìn)而調(diào)用儀器或板卡驅(qū)動執(zhí)行相應(yīng)的測試操作，完成測試任務(wù)。系統(tǒng)應(yīng)用管理層的主要功能是管理平臺的軟硬件資源，測試任務(wù)腳本管理模塊完成對不同測試任務(wù)的腳本設(shè)計(jì)、增刪和保存等；系統(tǒng)配置模塊完成儀器或板卡資源的通道配置、采樣率配置、輸入/出模式配置等；數(shù)據(jù)處理模塊對測試結(jié)果評估、存儲和報(bào)表打??；數(shù)據(jù)顯示模塊對測試數(shù)據(jù)、測試參數(shù)進(jìn)行波形或圖形顯示［7］。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入了關(guān)鍵字測試腳本，其編程便捷靈活，可重用或相互調(diào)用，可完成多種測試任務(wù)，使得搭建的ATS具有更好的通用性。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 腳本命令關(guān)鍵字體系搭建

腳本命令是由關(guān)鍵字組成的森林結(jié)構(gòu)，分為命令節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字和參數(shù)關(guān)鍵字，腳本詞法語法的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵，直接關(guān)乎到系統(tǒng)軟件的健壯性和可操作性［8］，設(shè)計(jì)中的腳本命令關(guān)鍵字的詞法、語法規(guī)則如下：

1）詞法格式：一個(gè)英文單詞或短語構(gòu)成一條命令關(guān)鍵字

舉例：AO（AO），SAMP（SAMPle），VOLT（VOLT-age），DWAV（DWAVe），CALC（CALCulate）...

2）語法格式：根結(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字：一級節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字：二級節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字：···：n 級節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字［+‘空格’+參數(shù) 1［+ 單位］+‘，’+ 參數(shù) 2［+ 單位］···］+‘;’［+···+‘;：’］

說明：節(jié)點(diǎn)分隔符為“：”，命令分隔符為“；”，參數(shù)分割符為“，”，節(jié)點(diǎn)與參數(shù)分隔符為“（空格）”，不同層次命令（前后兩條命令有不同的根節(jié)點(diǎn)）分割符為“；：”，“［］”內(nèi)的部分是可選的。

舉例：AO：CCH Dev2/ao2，-10 V，10 V;CONF：VOLT：DC 3V;SAMP 10000，500，CSAM;

其中：AO：根結(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字；CCH、CONF、SAMP：AO的一級節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字；VOLT：AO的二級節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字；DC：AO 的三級節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字；Dev2/ao2，-10 v，10 v：指令CCH的3個(gè)參數(shù)，10 000，500，1：指令SAMP的3個(gè)參數(shù)。

根據(jù)通用ATS測試任務(wù)和軟件平臺設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)的腳本命令關(guān)鍵字主要包括信號類型（模擬/數(shù)字、輸入/輸出）、測量控制（電壓/電流/頻率等）、采樣配置、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)顯示、結(jié)構(gòu)控制（選擇/循環(huán)）等。下頁圖3僅列出本文設(shè)計(jì)的模擬信號輸入AI根節(jié)點(diǎn)下的部分關(guān)鍵字邏輯結(jié)構(gòu)圖（根結(jié)點(diǎn)及其子節(jié)點(diǎn)已排序）。

3.2 腳本命令設(shè)計(jì)

遵循腳本指令詞法語法格式和搭建的基于關(guān)鍵字的腳本驅(qū)動體系，設(shè)計(jì)了6類功能腳本指令。

3.2.1 板卡操作指令

Card：Operate1 Para1，Para2...;Operate2 Para1，Para2...;

指令說明：Card：根結(jié)點(diǎn)，板卡類型，如“AO”（模擬輸出）、“DI”（數(shù)字輸入）；Operate1、Operate2：分別是Card的子節(jié)點(diǎn)，按照樹形邏輯結(jié)構(gòu)引用，如“CCH”（創(chuàng)建通道）、“SAMP”（采樣設(shè)置）、CONF（配置）、VOLT（配置電壓）、SINe（配置正弦電壓）；Para1，Para2...：是命令節(jié)點(diǎn)Operate1或Operate2的參數(shù)，有設(shè)備/端口名、信號類型、采樣率/點(diǎn)數(shù)、電壓/電流幅值、電壓/電流范圍、周期等，其順序關(guān)系確定后就被固定下來。

舉例：AO：CCH Dev2/ao2，-10 V，10 V;CONF：VOLT：DC 3V;SAMP 10 000，500，CSAM;

功能說明：利用設(shè)備名為Dev2的AO卡，模擬輸出電壓端口ao2輸出3 V直流電壓，輸出電壓限制為±10 V，采樣率為10 000，采樣點(diǎn)數(shù)為500，采樣方式為連續(xù)采樣。

3.2.2 數(shù)據(jù)處理指令

Card：DProcess1 Para1，Para2...;DProcess2 Para1，Para2...;

指令說明：Card：為根結(jié)點(diǎn)，板卡類型；DProcess1、DProcess2：分別是Card的子節(jié)點(diǎn)，按照樹形邏輯結(jié)構(gòu)引用，如“CALC”（計(jì)算）、“AVER?”（計(jì)算平均值）、“RMS?”（計(jì)算有效值）、“VPP?”（計(jì)算峰峰值）、“SAVe?（存儲）”［9］；

舉 例 ：AI：CCH Dev1/ai1；CALC：AVER?；VPP?；RMS?；

功能說明：設(shè)備名為Dev1的AI卡，計(jì)算模擬輸入通道ai1的數(shù)據(jù)平均值、峰峰值、有效值。

3.2.3 數(shù)據(jù)顯示指令

Card：DDisplay1 Para1，Para2...;DDisplay2 Para1，Para2...;

指令說明：Card：根結(jié)點(diǎn)，板卡類型；DDisplay1、DDisplay2：分別是Card的子節(jié)點(diǎn)，按照樹形邏輯結(jié)構(gòu)引用，如“PORT”（選擇端口）、“DIRection”（端口方向）、“STATus”（端口狀態(tài)）；Para1，Para2...：是命令節(jié)點(diǎn)DDisplay1或DDisplay2的參數(shù)，有端口名、輸入/輸出控制參數(shù)、端口狀態(tài)參數(shù)等。

舉 例 ：DO：PORT Dev1/port0/line0：7；DIR#B11 010010；STAT#B10011110；

功能說明：設(shè)置板卡名為Dev1的DO卡，端口port0的第 0到 7位的端口方向及狀態(tài)，“DIR#B11010010”設(shè)置第 0、2、3、5位端口方向?yàn)檩敵?，其他位為輸入，“STATus#B11011110”將第 0、2、3、5位端口狀態(tài)分別設(shè)置為輸出低、高、高、低電平，另外對DO卡的第1、4、6、7位輸入端狀態(tài)的設(shè)置無意義。

3.2.4 選擇控制指令

IF、ELSe、SWITch、CASe、DEFault

指令說明：IF/ELSe語句是用來判定所給定的條件是否滿足，若滿足執(zhí)行IF后的腳本語句，不滿足執(zhí)行ELSE后的腳本語句；SWITch/CASe/DEFault語句是用來實(shí)現(xiàn)多分支選擇結(jié)構(gòu)，如果CASe后的某個(gè)條件滿足，則執(zhí)行該語句，如果條件都不滿足，執(zhí)行DEFault后的腳本語句。

3.2.5 循環(huán)控制指令

DO、WHILe、BREak、UNTil、IF/GOTO

指令說明：IF/GOTO語句實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)，GOTO后的參數(shù)為語句標(biāo)號，當(dāng)IF后的條件語句滿足時(shí)，往下執(zhí)行到GOTO：lable;：語句跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號lable處繼續(xù)執(zhí)行；UNTil語句，執(zhí)行UNTil后的條件語句，直到為真才能繼續(xù)執(zhí)行下面的腳本語句［10］。

3.2.6 腳本延時(shí)指令

DELay para1;：

指令說明：延時(shí)para1＜s＞

3.3 腳本命令解析

通過分析腳本命令的詞法、語法規(guī)則，將腳本命令解析分為命令存儲及查詢、詞法分析等6個(gè)模塊，腳本解析的流程如下頁圖4所示。

3.3.1 腳本命令存儲及查詢

腳本命令選用數(shù)組鏈表存儲結(jié)構(gòu)，將根結(jié)點(diǎn)的每級子節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字按照字母大小順序存儲在命令節(jié)點(diǎn)數(shù)組中，數(shù)組記錄了節(jié)點(diǎn)長/短型關(guān)鍵字、子節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、子節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的功能函數(shù)編號等。根據(jù)腳本命令的存儲結(jié)構(gòu)，選用二分查詢算法，每次查詢的時(shí)間復(fù)雜度是O（log2n），平均查找長度是（n+1）*log2（n+1）/n-1，n為子節(jié)點(diǎn)數(shù)組長度［11］。

3.3.2 詞法分析模塊

腳本命令詞法分析分為命令分解和詞法語法分析兩個(gè)階段，命令分解是按照腳本命令的詞法規(guī)則，從首字符開始解析，遇到“；、；：、（空格）、：”便將腳本命令分解成命令節(jié)點(diǎn)和命令參數(shù)并分別存儲。命令參數(shù)的詞法語法分析，首先識別出首字符來判斷參數(shù)類型，首字母為“#”、“+/-/數(shù)字”、“char型字母”的參數(shù)類型分別為二八十六進(jìn)制類型、十進(jìn)制數(shù)據(jù)類型、標(biāo)識符類型，然后進(jìn)入到相應(yīng)的參數(shù)處理模塊，有單位的進(jìn)入到單位處理模塊。

3.3.3 命令參數(shù)處理模塊

在不同數(shù)據(jù)類型參數(shù)的處理模塊中，首先通過語法分析判斷是否符合該參數(shù)類型的語法格式，再分別存儲。若是標(biāo)識符類型，則通過二分查詢算法與參數(shù)存儲結(jié)構(gòu)中的參數(shù)關(guān)鍵字比較；若是數(shù)值類型，則通過語法分析判斷是否符合數(shù)值類型語法規(guī)則，若有單位，進(jìn)入數(shù)值型數(shù)據(jù)單位處理模塊。

3.3.4 參數(shù)單位處理模塊

字符型和十進(jìn)制參數(shù)字符串解析完，參數(shù)后的字符串即是該參數(shù)的單位，將單位字符串與單位存儲結(jié)構(gòu)中的單位參數(shù)關(guān)鍵字比較，如果一致，則參數(shù)單位正確［12］。

3.3.5 錯(cuò)誤信息報(bào)告模塊

當(dāng)解析過程出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，將錯(cuò)誤信息字符串指針指向錯(cuò)誤信息存儲結(jié)構(gòu)，報(bào)告錯(cuò)誤信息［13］。

3.3.6 功能函數(shù)模塊

腳本指令經(jīng)解析，將得到的命令及參數(shù)引入到對應(yīng)的功能函數(shù)中，通過調(diào)用儀器或板卡驅(qū)動函數(shù)，在函數(shù)中完成腳本指令的執(zhí)行。

4 測試結(jié)果

為驗(yàn)證基于腳本設(shè)計(jì)的通用ATS平臺的通用性和可行性，設(shè)計(jì)了兩通道測試腳本——AnalogSamps2Ch，實(shí)現(xiàn)了兩路電壓輸出，并實(shí)時(shí)采集通道1輸出的5 V斜坡電壓，當(dāng)其電壓最大值達(dá)到3 V時(shí)啟動通道2采集。

設(shè)計(jì)采用NI公司的多通道高性能數(shù)據(jù)采集卡PCI-6259（設(shè)備名為Dev2）完成數(shù)據(jù)輸出和采集，首先通道1和通道2分別由板卡端口ao0和ao1連續(xù)輸出5 V斜坡電壓和5 V正弦電壓信號，啟動通道1的ai0回采ao0的輸出信號；直到ai0采樣得到的電壓最大值等于3 V時(shí)，配置ao0輸出3 V直流電壓，并啟動通道2的ai1回采ao1的輸出電壓；繪制兩路通道的波形圖，同時(shí)計(jì)算波形峰峰值、有效值、平均值等參數(shù)信息，經(jīng)延時(shí)10 s后停止測試任務(wù)。測試結(jié)果顯示界面如圖5，點(diǎn)擊“腳本選擇”，從路徑中選擇測試腳本，并分別在編輯框中顯示腳本名稱和腳本語句，腳本執(zhí)行后，兩通道的波形數(shù)據(jù)顯示、配置信息、參數(shù)信息都由腳本解析得到并顯示在用戶界面中。

從執(zhí)行結(jié)果可知，設(shè)計(jì)的基于腳本測試系統(tǒng)成功完成了腳本解析執(zhí)行，各項(xiàng)指標(biāo)和運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到了期望，從而驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性和通用性。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的基于腳本的通用ATS，具有靈活的編程方式和人性化的操作界面，可以滿足ATS中各類復(fù)雜的測試任務(wù)需求，而且基于腳本的設(shè)計(jì)編程方式簡單、靈活，具有較好的通用性和可擴(kuò)展性。

［1］郭榮斌，趙秀才.自動測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢［J］.國外電子測量技術(shù)，2014，32（6）：1-4.

［2］呂曉峰，馬羚，馮小南.ATS軟件平臺的通用性研究與設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2012，20（2）：538-540.

［3］張杲軒，張誼，李春雷.基于腳本的自動化軟件測試框架［J］.太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào)，2013，11（5）：797-801.

［4］付瑩，黃曉晴，繆永生.通用測試軟件開發(fā)平臺的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2014，22（12）：4190-4193.

［5］謝化勇，肖明清，陳偉明，等.某型導(dǎo)發(fā)架通用測試系統(tǒng)軟件復(fù)用性設(shè)計(jì) ［J］.火力與指揮控制，2010，35（1）：156-159.

［6］葉海明，周紹磊，王昆平.通用測試系統(tǒng)軟件平臺設(shè)計(jì)［J］.國外電子測量技術(shù)，2010（2）：54-57.

［7］劉陽，李璽.某型導(dǎo)彈測試系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)［J］.火力與指揮控制，2015，40（7）：168-169.

［8］黃威，聶藩，丁建完.關(guān)鍵字驅(qū)動的測試自動化框架模型與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22（4）：57-60.

［9］祁琳瑩，洪玫，馮麗云，等.一種針對單元測試框架的測試腳本重用方法 ［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2013，30（6）：1764-1768.

［10］王軍，孟凡鵬.基于關(guān)鍵字驅(qū)動的自動化測試研究與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2012，33（9）：3652-3656.

［11］陳效儒，何宇化.關(guān)鍵字驅(qū)動的嵌入式實(shí)時(shí)軟件自動化測試框架研究［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2014（2）：46-47.

［12］李海龍，劉文文.基于VC++6.0的SCPI解釋器設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（4）：94-96.

［13］程專.數(shù)字示波器SCPI命令系統(tǒng)及程控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.成都：電子科技大學(xué)，2014.