通用接口協(xié)議測試工具設(shè)計*

趙 鑫，岳 青，易冬陽，韓春艷

（成都國信安信息產(chǎn)業(yè)基地有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

接口測試是測試系統(tǒng)組件間接口的一種測試，主要用于檢測外部系統(tǒng)與系統(tǒng)之間以及內(nèi)部各個子系統(tǒng)之間的交互點。測試的重點是要檢查數(shù)據(jù)的交換、傳遞和控制管理過程，以及系統(tǒng)間的相互邏輯依賴關(guān)系等。嵌入式系統(tǒng)在開展接口測試和密碼綜合性測試時[1]，主要受到兩個因素影響。一是被測接口的通信協(xié)議各異，發(fā)送和接收的協(xié)議數(shù)據(jù)需結(jié)合通信協(xié)議，人工逐個字節(jié)地比對協(xié)議數(shù)據(jù)內(nèi)容，才能清楚數(shù)據(jù)內(nèi)容含義，同時響應數(shù)據(jù)需編寫相應的測試代碼進行測試。該方式對測試人員專業(yè)編程設(shè)計能力有較高要求，同時受測試周期長、測試資源占用率高的影響，對整體的測試任務(wù)形成了技術(shù)和效率瓶頸。二是被測系統(tǒng)的設(shè)備接口形態(tài)不同，更換被測設(shè)備需要同時更換測試設(shè)備，“一測一換”增加了測試的繁瑣度。

通用接口協(xié)議測試工具以“一對多”“集成化”“自動化”為目標，使用可配置的XML文件格式描述通信接口協(xié)議，并利用PXI總線易擴展、熱插拔、高可靠性的特性進行設(shè)計，實現(xiàn)了對E1、K、RS232C、RS422、USB3.0、以太網(wǎng)接口及相關(guān)協(xié)議的一致性測試和接口性能的可靠性測試。針對不同接口的測試，只需讀取配置完成的XML格式的接口協(xié)議和用例流程驅(qū)動配置文件，就可進行字節(jié)級別的協(xié)議數(shù)據(jù)解析和自動應答，整體壓縮了測試周期，簡化了測試環(huán)境，突破了效率瓶頸。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

通用接口協(xié)議測試工具總體分為三部分——上位機、下位機和接口驅(qū)動程序。通用接口協(xié)議測試工具設(shè)計過程采用模塊化、層次化、可擴展的設(shè)計理念，構(gòu)建了靈活開放的技術(shù)體系架構(gòu)。當后期新增測試對象時，只需制作新接口模塊適配單元和編制新的協(xié)議，編寫狀態(tài)機操作代碼，就可完成新接口的測試。工具系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 工具系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 上位機設(shè)計

上位機的運行環(huán)境為Window7，運行框架為.net FrameWork 4.0，采用C#語言開發(fā)。上位機技術(shù)框架的選擇基于兩點：一是Windows 7包含.NET Framework4.0托管代碼編程模型，上位機的運行無需安裝其他Windows組件；二是C#是一種面向?qū)ο蟮恼Z言，可以用來構(gòu)建在.NET Framework上運行的各種應用程序。它與Windows軟件（Win32 DLL）交互，可以通過一個“互操作”的過程來實現(xiàn)。

上位機總體分為5個部分——界面管理模塊、用例驅(qū)動器、載荷生成器、協(xié)議解析器和結(jié)果分析器，模塊關(guān)系如圖2所示。

圖2 上位機模塊關(guān)系

上位機各模塊工作以用例驅(qū)動器為核心。用例驅(qū)動器、協(xié)議解析器、結(jié)果分析器三個核心模塊使用了可擴展標記語言（XML）描述其存儲結(jié)構(gòu)?？蓴U展標記語言（XML）具有可擴展性、結(jié)構(gòu)化和靈活性，同時具備定義嚴格、語法明確、表示方便等特點[2]，使得XML語言非常適合用來描述三個核心模塊。用XML語言描述和組織測試用例，用例驅(qū)動器讀取用例文件驅(qū)動測試流程運行，能夠使測試數(shù)據(jù)、測試流程、接口協(xié)議相分離，有利于測試數(shù)據(jù)的維護與重用。

界面管理模塊主要以圖形化的界面提供給用戶使用，包括接口協(xié)議編輯、用例編輯、載荷數(shù)據(jù)管理和測試結(jié)果顯示等功能。

載荷生成器用于生成流程中使用的載荷，載荷根據(jù)指定的協(xié)議模板填充到測試數(shù)據(jù)指定位置。載荷生成有兩種方式：一是由用戶定義生成規(guī)則（隨機或是重復）；二是直接導入測試數(shù)據(jù)文件。載荷支持4種格式：二進制、十六進制、八進制、BCD碼。

1.2 接口驅(qū)動程序設(shè)計

上位機和下位機的通信依賴于接口驅(qū)動程序。接口驅(qū)動程序使用C++語言編寫，編譯生成動態(tài)鏈接庫提供給上位機調(diào)用。動態(tài)鏈接庫負責上位機和下位機通信專有協(xié)議數(shù)據(jù)解析，包括5個接口——設(shè)備卡檢測、設(shè)備卡打開、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、設(shè)備卡關(guān)閉。

1.3 下位機設(shè)計

下位機是通用多接口協(xié)議的測試設(shè)備，包括零槽、機箱和接口協(xié)議測試卡。設(shè)計框圖如圖3所示。

圖3 下位機總體設(shè)計

零槽和接口協(xié)議測試卡通過機箱背板的CPCI接口進行通信。零槽為主控制板，搭載Windows7操作系統(tǒng)和控制軟件。機箱為設(shè)備供電，并提供分別與零槽和接口協(xié)議測試卡通信連接的CPCI接口。接口協(xié)議測試卡提供被測設(shè)備電源進行協(xié)議通信、數(shù)據(jù)處理和控制軟件進行交互。

零槽包括第一PXI總線[3]模塊、主控模塊、USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊。第一PXI總線模塊通過CPCI接口與機箱背板連接；主控模塊通過印刷電路與第一PXI總線模塊、USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊的輸入輸出端相連，主控模塊采用Windows7操作系統(tǒng)，安裝控制軟件；USB接口模塊通過USB口與外部設(shè)備連接；以太網(wǎng)模塊接口模塊通過以太網(wǎng)口實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪問，實現(xiàn)10/100/1 000 Mb/s自適應。

接口協(xié)議測試卡包括第二PXI總線模塊、數(shù)據(jù)處理與接口控制模塊、接口模塊和電源模塊。第二PXI總線模塊通過CPCI接口與機箱背板連接；數(shù)據(jù)處理與接口控制模塊包括接口配置單元和數(shù)據(jù)處理單元，接口配置單元和數(shù)據(jù)處理單元通過印刷電路與接口模塊相連；接口配置單元設(shè)置當前測試所需接口類型和通信速率，數(shù)據(jù)處理單元將數(shù)據(jù)進行臨時存儲，然后封裝處理后發(fā)送，確保正常通信；接口模塊包括異步串行接口單元、同步串行接口單元、IO控制接口單元、總線接口單元、顯示屏接口單元、自定義鍵盤接口單元、音頻接口單元和基帶接口單元；接口模塊的一端通過定制線纜與被測設(shè)備連接，另一端通過印刷電路與數(shù)據(jù)處理與接口控制模塊連接；電源模塊通過印刷電路與CPIO接口連接，將機箱電源轉(zhuǎn)換為+5 V、+12 V、5 V、-10 V、-12 V五種電源，由定制線纜連接至被測設(shè)備[4]。

2 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

2.1 接口協(xié)議模板實現(xiàn)

接口協(xié)議模板使用XML語言描述，用戶在界面管理模塊實現(xiàn)自定義。接口協(xié)議模板定義如圖4所示。

圖4 接口協(xié)議模板

標簽 1：＜ProtocolTemplet＞＜/ProtocolTemplet＞ 模板開始和結(jié)束標記。

name表示模板名稱。

tstart=”1”表示載荷的開始位置（開始字節(jié)），tend=”0”表示載荷的結(jié)束位置（結(jié)束字節(jié)）。

標簽2：＜P＞＜/P＞關(guān)鍵字定義協(xié)議的組成。

length用十進制表示長度，以字節(jié)為單位。Length是必須定義項，如果不具備，那么必須包含MaxLength和MinLength的定義。

type表示類型，必須定義。Type有三種類型：FixValue（固定值）、CalcValue（計算值）和InputValue（輸入值）。

name表示名稱，必須定義，且不重復。

inputtype表示輸入類型。當type=”InputValue”時，定義輸入項類型。

Inputtype有三個取值：LongInput（長文本）、ShortInput（短文本）和FileInput（文件導入）。

rule表示計算值規(guī)則，當type=”CalcValue” 時，必須定義rule。

rule有3種取值：FrameCount（計算幀長）、DataCount（計算target目標長度）和CRC（使用動態(tài)鏈接庫計算target目標校驗碼）。

當 type=”CalcValue”、rule=”CRC” 時，DllName=”動態(tài)鏈接庫路徑”，F(xiàn)uncName=”函數(shù)名稱”。

target目標標簽只針對rule為DataCount/CRC時生效。

target為CRC時，可以計算一個區(qū)間的CRC，用target=”name3-name4”表示。

2.2 測試用例實現(xiàn)

測試用例主要包含用例基本信息配置、狀態(tài)機節(jié)點、配置協(xié)議和狀態(tài)機配置4個主要部分。測試用例配置示意圖如圖5所示。

測試用例設(shè)計時，每一個狀態(tài)節(jié)點均包含一個狀態(tài)機。設(shè)計三要素為——事件、轉(zhuǎn)換狀態(tài)和操作。本設(shè)計中定義見表1。

圖5 測試用例配置

表1 狀態(tài)機設(shè)計要素定義

狀態(tài)機支持的函數(shù)定義參見表2。

所有狀態(tài)機完成定義后，形成最終的測試用例。每一測試用例使用XML格式的文件存儲，便于后續(xù)修改。

2.3 結(jié)果分析器模板實現(xiàn)

結(jié)果分析器模板使用XML語言描述，用于自動解析有特殊含義的載荷，方便結(jié)果顯示，易于閱讀。結(jié)果分析器模板定義如圖6所示。

標簽說明：

標 簽 1：＜ResultDictionary＞＜/ResultDictionary＞結(jié)果分析模板的開始和結(jié)束標記。

標簽2：＜Rule＞＜/Rule＞字典規(guī)則，用于判斷當前接收數(shù)據(jù)所匹配的規(guī)則，并獲取對應規(guī)則下的值。

Condition匹配當前規(guī)則的條件，如果子節(jié)點含有Conditions，則不響應此條件。值類型OP表示取包含專有協(xié)議的數(shù)據(jù)包，IP表示取專有協(xié)議的載荷。

表2 狀態(tài)機函數(shù)定義

圖6 結(jié)果分析器模板

Result匹配當前規(guī)則且當前規(guī)則的子節(jié)點規(guī)則均未匹配，則將其作為接收數(shù)據(jù)所匹配的結(jié)果。

標簽3：＜param＞＜/param＞：是＜Rule＞子節(jié)點，表示規(guī)則結(jié)果的參數(shù)。結(jié)果中含有{0}，則對應替換第一個param子節(jié)點，以此類推。

value表示當前參數(shù)對應的值。

Constants表示對value值進行常數(shù)匹配轉(zhuǎn)換。

標 簽 4：＜Conditions＞＜/Conditions＞ 是 ＜Rule＞子節(jié)點，表示當前規(guī)則的條件，與Rule的condition屬性多選一，優(yōu)先級策略是后一個Conditions優(yōu)先級大于前一個Conditions，大于Rule的condition屬性優(yōu)先級。

Mer表示規(guī)則判斷條件，值為OR則子屬性的condition之間成立按照或條件匹配，值為AND則子屬性的condition之間成立按照且條件匹配。

標簽5：＜Condition＞＜/Condition＞是＜Conditions＞子節(jié)點。

exp表示當前節(jié)點的規(guī)則。

標簽 6：＜Constants＞＜/Constants＞ 是字典結(jié)果中定義的常量，通過指定key替換常量值。

name常量集合名：定義當前常量集合的名稱，便于字典結(jié)果直接引用。

標簽 7：＜Constant＞＜/Constant＞ 是 ＜Constants＞ 子節(jié)點，定義常量集合下的一個常量name-value的映射。

Name為常量名，常量關(guān)鍵值為key。

value為常量對應的值。

2.4 接口驅(qū)動程序設(shè)計實現(xiàn)

接口驅(qū)動程序包含5個接口，使用靜態(tài)方式調(diào)用。

（1）端口查詢：通過端口號查詢設(shè)備在線情況。

接 口 函 數(shù)：public static extern intLdxc_DeviceFind(UInt16 DeviceNumber)

參數(shù)說明：DeviceNumber為設(shè)備端口號。

（2）設(shè)備打開：初始化打開板卡端口對應的設(shè)備。

接口函數(shù)：public static extern int Ldxc_DeviceInit(uint index,ref uint device)

參數(shù)說明：index為設(shè)備端口號；device為獲取設(shè)備連接詳情實體對象。

（3）設(shè)備編號：通過端口號查詢設(shè)備編號。

接 口 函 數(shù)：public static extern int Ldxc_DeviceID(uint device,byte[]buffer)

參數(shù)說明：device為查詢目標設(shè)備；buffer為存儲設(shè)備編號字節(jié)數(shù)組。

（4）設(shè)備關(guān)閉：通過端口號查詢設(shè)備信息。

接口函數(shù)：public static extern int Ldxc_DeviceQuit(uint device)

參數(shù)說明：device為關(guān)閉目標設(shè)備。

（5）數(shù)據(jù)讀取：讀取指定目標的數(shù)據(jù)。

接口函數(shù)：public static extern int Ldxc_read(uint device,byte[] buffer,ref int len)

參數(shù)說明：device為讀取目標設(shè)備；buffer為讀取內(nèi)容；len為數(shù)據(jù)長度。

（6）數(shù)據(jù)發(fā)送：向指定目標發(fā)送數(shù)據(jù)。

接口函數(shù)：public static extern int Ldxc_write(uint device,byte[] buffer,int len)

參數(shù)說明：device為發(fā)送目標設(shè)備；buffer為發(fā)送內(nèi)容；len為發(fā)送長度。

3 結(jié) 語

嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)有接口測試方法存在測試數(shù)據(jù)不易模擬和分析、硬件接口形態(tài)各異、多數(shù)測試需“一測一換”等問題，嚴重影響測試效率和準確性。因此，從上位機和下位機兩個方面設(shè)計實現(xiàn)了通用多接口協(xié)議測試工具。本測試工具軟件系統(tǒng)設(shè)計使用XML可標記擴展語言描述和存儲“用例驅(qū)動器”“協(xié)議解析器”“結(jié)果解析器”三個核心模塊，能夠使測試數(shù)據(jù)、測試流程、接口協(xié)議相分離；硬件方面使用PXI總線易擴展、熱插拔、高可靠性的特性進行設(shè)計，實現(xiàn)了對E1、K、RS232C、RS422、USB3.0、以太網(wǎng)接口等多接口的集成，同時預留了CPCI-E卡便于后期新增接口類型。該測試工具不僅能大幅提高接口測試測試效率，簡化測試環(huán)境，且具備通用型和擴展性。

今后可考慮擴充接口協(xié)議模型，增強其適應性，并將測試工具和測試管理過程相結(jié)合，把簡單的測試結(jié)果輸出文件轉(zhuǎn)換為符合測試規(guī)范的測試報告文檔集。