某控制計(jì)算機(jī)軟件抗干擾測(cè)試方法研究

李芳芳，余慧敏，魏冬冬，陳琦，嚴(yán)漪敏

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海，201109）

0 引言

控制計(jì)算機(jī)是控制系統(tǒng)的核心部件之一，是控制系統(tǒng)的計(jì)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(shè)定的控制算法進(jìn)行快速解算，按時(shí)序向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出各種控制指令以完成系統(tǒng)的姿態(tài)控制等任務(wù)，控制計(jì)算機(jī)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(fā)射的精度乃至發(fā)射的成功與否。

在干擾作用下控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)除輸入輸出不正常的情況外，甚至?xí)霈F(xiàn)無(wú)法檢測(cè)出信號(hào)情況，導(dǎo)致工作狀態(tài)紊亂，故在有干擾的情況下，抗干擾算法在控制計(jì)算機(jī)中起著至關(guān)重要。因此對(duì)控制計(jì)算機(jī)軟件抗干擾算法的測(cè)試是必不可少的過(guò)程，對(duì)其測(cè)試方法的研究也隨之而來(lái)。

1 現(xiàn)有的測(cè)試方法

1.1 測(cè)試平臺(tái)定制輸入測(cè)試方法

通過(guò)labview設(shè)計(jì)平臺(tái)，定制輸入，根據(jù)目標(biāo)輸入的特點(diǎn)繪制輸入信號(hào)，用于以后的測(cè)試。

優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，易于控制；缺點(diǎn)：無(wú)法給出準(zhǔn)確目標(biāo)位置，無(wú)法精確定位錯(cuò)誤原因。

1.2 類單元測(cè)試方法

直接在測(cè)試單元模塊前，修改功能塊的輸入值，運(yùn)行軟件查看輸出值是否為期望值，類似于二方測(cè)試中的單元測(cè)試，單元測(cè)試是對(duì)軟件基本組成單元進(jìn)行的測(cè)試，在C語(yǔ)言中單元指函數(shù)或者子過(guò)程，在類單元測(cè)試中可以對(duì)多個(gè)函數(shù)同時(shí)進(jìn)行測(cè)試。

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需考慮前端程序影響，只考慮待測(cè)試功能項(xiàng)，提高測(cè)試效率；缺點(diǎn)：無(wú)法體現(xiàn)抗干擾的整個(gè)過(guò)程，插樁麻煩。

1.3 數(shù)據(jù)注入測(cè)試方法

某型號(hào)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)FPGA采樣，再經(jīng)過(guò)一系列的算法獲得脈沖的基本信息，在后續(xù)算法中通過(guò)對(duì)基本信息的處理、融合獲得有效信息來(lái)形成一系列的控制指令。為了盡可能真實(shí)地體現(xiàn)控制計(jì)算機(jī)的工作原理，從原始數(shù)據(jù)著手，通過(guò)在中斷程序、初始程序以及主函數(shù)中寫代碼，通過(guò)CCS編譯器的數(shù)據(jù)load功能，向添加的基本信息數(shù)組所在的地址，注入寫好的基本脈沖信息，根據(jù)不同的測(cè)試需求設(shè)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(shù)據(jù)注入未破壞軟件原有的運(yùn)行路徑，只是改變了中斷脈沖采樣的結(jié)果，這點(diǎn)和插樁以及上面提到的“類單元測(cè)試”方法有本質(zhì)區(qū)別的。

優(yōu)點(diǎn)：能給出脈沖位置，精確定位錯(cuò)誤位置，能真實(shí)體現(xiàn)抗干擾的整個(gè)過(guò)程；缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作比較復(fù)雜，需耗費(fèi)大量時(shí)間。

2 抗干擾算法各階段測(cè)試方法選擇

抗干擾算法的簡(jiǎn)要流程圖如下圖4所示。

現(xiàn)選擇性介紹現(xiàn)有三種抗干擾測(cè)試方法在各部分功能中的應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1 脈沖采樣

本功能項(xiàng)為驗(yàn)證FPGA軟件與DSP軟件接口的正確性，采樣時(shí)序的正確性，而數(shù)據(jù)注入方法與“類單元測(cè)試”方法均是通過(guò)仿真器修改DSP軟件，對(duì)軟件的流程和算法進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法完成與外界接口的測(cè)試，故此功能項(xiàng)只能采用脈沖定制的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

2.2 脈沖識(shí)別

2.2.1 脈沖形狀有效性判斷

程序中根據(jù)脈沖的基本信息對(duì)脈沖進(jìn)行分類，脈沖基本信息包含的脈沖幅值、寬度等，對(duì)脈沖進(jìn)行識(shí)別時(shí)，各個(gè)條件下脈沖各個(gè)基本信息滿足、不滿足的情況均要考慮到。

某控制計(jì)算機(jī)抗干擾算法軟件，考慮到各個(gè)條件，共需設(shè)計(jì)40個(gè)用例，即需要設(shè)計(jì)40個(gè)脈沖，若采用數(shù)據(jù)注入的方法，可通過(guò)注入準(zhǔn)備好的含脈沖基本信息的40個(gè)脈沖，一次執(zhí)行40個(gè)用例，通過(guò)打斷點(diǎn)查看全局變量的白盒測(cè)試方法，查看代碼對(duì)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(zhí)行多個(gè)用例，也可能受定制脈沖設(shè)計(jì)限制，有些等價(jià)類無(wú)法全部覆蓋。

若采用“類單元測(cè)試”方法，需要在程序中添加大量的賦值語(yǔ)句，不方便操作。

由此，可看出在脈沖形狀有效性判斷時(shí)采用數(shù)據(jù)注入方法最簡(jiǎn)單有效。

2.2.2 有效脈沖判斷

滿足脈沖形狀的脈沖經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)復(fù)雜的算法計(jì)算才能得出，脈沖位置與峰值時(shí)刻相關(guān)，定制脈沖時(shí)并不能直觀得知脈沖位置，為有效脈沖判斷帶來(lái)難度。

若采用“類單元測(cè)試”方法，直接在位置判斷處，修改脈沖位置，不能真實(shí)反映脈沖處理過(guò)程。

采用數(shù)據(jù)注入方法，數(shù)據(jù)中包含脈沖位置信息，可以很好的體現(xiàn)脈沖識(shí)別的整個(gè)過(guò)程，缺點(diǎn)就是需要準(zhǔn)備大量的數(shù)據(jù)。

綜合考慮后，采用數(shù)據(jù)注入的方法對(duì)脈沖識(shí)別功能進(jìn)行測(cè)試。

2.3 中間算法

中間算法輸入為經(jīng)過(guò)脈沖識(shí)別后的有效脈沖。此功能項(xiàng)可采用“類單元測(cè)試”方法。

若采用脈沖定制方法，一方面無(wú)法確切得知脈沖位置，另一方面，無(wú)法準(zhǔn)確查找錯(cuò)誤原因。

若采用數(shù)據(jù)注入方法，由于在不同階段，采用不同的方法對(duì)脈沖的有效性進(jìn)行判斷，會(huì)增加測(cè)試的復(fù)雜度。

在保證前面脈沖識(shí)別功能項(xiàng)正確的前提下，可以采用“類單元測(cè)試”的方法，在中間算法前直接對(duì)有效脈沖位置、相位等參數(shù)進(jìn)行賦值。這樣可以很大地提高測(cè)試效率。

2.4 階段轉(zhuǎn)換

階段轉(zhuǎn)換是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次判斷，滿足條件就轉(zhuǎn)階段，不滿足條件就保持。此功能項(xiàng)的測(cè)試采用數(shù)據(jù)注入的方法進(jìn)行測(cè)試。

若采用脈沖定制方法，一方面無(wú)法確切得知脈沖位置，另一方面，無(wú)法準(zhǔn)確查找錯(cuò)誤原因。

若采用“類單元測(cè)試”方法，無(wú)法體現(xiàn)轉(zhuǎn)階段的過(guò)程性。

3 小結(jié)

現(xiàn)有的抗干擾測(cè)試方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，脈沖定制方法，能很好地對(duì)脈沖采樣功能進(jìn)行測(cè)試，但由于無(wú)法精確確定脈沖的位置，對(duì)后續(xù)查找錯(cuò)誤原因帶來(lái)困難；“類單元測(cè)試”方法，簡(jiǎn)單易行，但是無(wú)法對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行測(cè)試；數(shù)據(jù)注入方法，雖然查找錯(cuò)誤方便，能對(duì)除脈沖采樣外的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行測(cè)試，但是數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作需要花費(fèi)大量的時(shí)間。

故我們針對(duì)抗干擾算法的特點(diǎn)以及三種測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出不同功能項(xiàng)采用不同測(cè)試方法的想法，一些無(wú)需脈沖精確位置的功能項(xiàng)測(cè)試，如脈沖采樣功能采用定制脈沖的測(cè)試方法，而一些比較獨(dú)立的功能項(xiàng)可采用“類單元測(cè)試”方法，一些需要脈沖精確位置或需體現(xiàn)處理過(guò)程的功能項(xiàng)測(cè)試如脈沖識(shí)別功能項(xiàng)、階段轉(zhuǎn)換功能項(xiàng)，采用數(shù)據(jù)注入的測(cè)試方法。

抗干擾算法是控制計(jì)算機(jī)軟件的核心部分，因此對(duì)抗干擾測(cè)試方法的研究至關(guān)重要，仍需要不斷進(jìn)行研究總結(jié)。

參考文獻(xiàn)

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