雷达软件自动化测试环境设计与实现

【摘 要】自动化测试可以大幅度提高软件测试的效率和软件测试的充分性，保证软件的质量和可靠性，本文首先给出雷达软件的特点和雷达软件测试环境技术现状，通过分析现有雷达测试环境的缺点和不足，构建了适用于雷达软件自动化测试环境，通过实际应用表明该自动化环境提高了雷达软件测试效率和充分性，降低了测试成本。

【关键词】雷达软件;自动化;测试环境

1 引言

随着计算机技术和软件无线电技术的飞速发展，软件在现代雷达系统中的比重逐渐增大，完成的功能也越来越多;与此同时，雷达软件的研制周期越来越短，导致雷达软件测试的周期越来越短。因此，如何在雷达软件规模不断增大和测试周期缩短的条件下，提高雷达软件测试的充分性和自动化程度成为亟待解决的问题之一。作为雷达软件测试支撑技术的雷达软件仿真测试环境的研究一直为众学者所关注，在实装验证环境的基础上，文献【1】【2】【3】先后提出了雷达软件全数字仿真测试环境、半实物仿真测试环境，为提高雷达软件测试的充分性保证雷达软件的质量方面发挥了重要作用。但是，随着雷达软件规模不断增大和测试周期缩短的条件下，用户对雷达软件质量要求更加苛刻，这种测试环境支撑技术也成为制约雷达软件测试效率的瓶颈，迫切需要对雷达软件测试自动化、智能化环境技术进行研究，以应对雷达软件技术的飞速发展。

2 雷达软件的特点

雷达软件是雷达系统的核心和灵魂，主要完成雷达工作模式和任务的实时调度，控制雷达各个分机设备协同工作，共同完成雷达对指定空域的目标搜索、目标截获和目标跟踪，同时完成对雷达分机进行实时监测。因此，雷达软件一般具有如下特点：

（1）雷达软件一般属于实时嵌入式软件，对于工作时序要求非常严格，其软件的逻辑正确性严格受控于时间和空间，也就是在规定的时间、规定运行环境中正确地完成规定的任务。

（2）雷达软件接口较多，内部逻辑复杂，涉及较多的算法模型：如滤波算法、坐标转换处理、点点相关、航迹管理、威胁度计算等。

（3）雷达软件的安全性和可靠性要求较高，为了保证软件的高安全性和高可靠性，雷达软件采取大量的冗余和容错设计;

3 雷达软件测试环境的研究现状

雷达软件测试环境的发展先后经历实装测试环境，全数字仿真测试环境和半实物仿真测试环境三个阶段【4】【5】。

（1）实装测试环境：雷达软件处于完全真实的运行环境中，直接将目标机（被测软件）和其设备建立真实的连接，形成闭环进行测试。全实物测试环境与真实系统有一致的映射关系，具有相同的接口，相同的I/O传输格式等，雷达软件随整个雷达系统一起运行，对雷达软件接口测试、实时性测试较真实，但是可控性差，不易操作，异常的测试用例无法开展，雷达软件测试的充分性难以保证。

（2）全数字仿真环境：对雷达软件目标机和环境进行仿真，除雷达软件运行的目标机与真实目标机不一致外，其他的接口、时序保持和真实运行系统一致，从而达到对雷达软件逻辑处理验证的目的。全数字仿真环境应用在软件测试中的最大优点是它的成本低、开发周期短、有效性高、测试可重复。但是它在接口、实时性、数据真实性等方面较弱，部分测试类型尤其是性能测试、安全性测试等无法有效地实施。

（3）半实物仿真环境：半实物仿真环境综合考虑实装环境和全数字环境的优缺点，应运而产生的一种软件测试环境，采用真实目标机运行被测软件，测试结果的可信度高，可以支持较多的测试类型;缺点是对边界及特定情况不易考察，白盒测试较困难，需要大量的开发工作，研制周期较长，经费投入大，通用性不好。

4 雷达软件自动化测试环境

4.1 雷达软件自动化测试环境功能

为满足雷达软件测试自动化的需求，雷达软件自动化测试环境RSATE（Radar SoftWare Auto Test Equipment）包括被测单元（目标机和被测软件）、被测单元接口模拟转换、测试数据记录、测试用例自动执行、测试用例自动生成、测试数据自动分析判断和用户接口功能模块。整体系统的逻辑功能框架分为三层：测试应用管理层、测试执行层和接口模拟层，参见图1。接口模拟层提供了雷达目标机非标准接口与通用标准接口的一个转接层，也是整个雷达自动测试环境搭建关键的一环。被测单元包含雷达软件和运行雷达软件的真实目标机，可以通过配置不同外部接口模块的方式直接接入，以实现雷达软件半实物环境的快速搭建。

图1 RSATE功能层次图

4.2 雷达软件自动化测试环境设计

依据雷达软件自动测试环境RSATE功能要求，RSATE系统除目标机及接口保持与被测系统相同，其他设备均采用PC机，通信均采用高速以太网，以提高RASTE通用性和可靠性。RASTE的系统结构如图2所示。

图2 RASTE的系统结构图

4.2.1 硬件构成

雷达软件测试环境主要由6个部分组成，分别为被测单元系统、接口转接模拟、测试管理计算机、测试用例自动生成计算机、测试结果自动分析判断计算机、CodeTest测试设备和网络通信设备组成。

被测单元系统构成雷达软件的真实运行环境，确保测试执行结果真实可信。

接口模拟设备提供网络通信到专用接口、专用接口到网络通信的转换，确保通信时序和通信周期与真实设备一致。外部接口模拟设备配有与目标专用通信的各种通信卡，一般包括RS-422、RS-485、RS-232串口卡，专用高速并口卡。

CodeTest设备负责对雷达目标机总线数据进行实时采集，对雷达软件测试的充分性进行评估是否达到委托方的要求，并提供测试未覆盖的分支、语句信息。

测试用例自动生成计算机、测试管理计算机、测试结果自动分析计算机提供测试用例自动生成软件、测试管理软件、测试结果分析软件等应用软件的运行环境。

4.2.2 软件设计

雷达软件自动化测试环境的软件由以下几部分组成，分别测试管理软件、测试用例自动生成软件、测试用例自动执行软件、测试数据录取软件、测试数据自动分析软件、测试数据自动判定软件以及外部接口转接模块软件，上述软件均采用统一的网络接口要求设计，以便于不同型号雷达软件测试环境搭建时复用。

（1）测试管理软件：用于软件测试需求的自动生成和管理，形成测试用例与测试需求的追溯关系，确保测试用例对软件需求的覆盖。在软件需求变更时，提醒测试人员及时完成测试用例的变更。

（2）测试用例自动生成软件：用于软件测试用例的开发，按照雷达软件外部接口的协议自动生成测试数据，以保证测试结果的唯一性，确保不同的测试人员在执行该测试用例时均能得到相同的结果。

（3）测试用例自动执行软件：用于测试用例的自动执行，控制雷达软件的运行周期，按照雷达软件的运行时序准确地将测试用例中的雷达各个分机数据注入到被测单元中。并实时显示测试用例的执行进度和被测试单元的回送信息。

（4）数据记录软件：用于记录被测单元的所有输入输出信息，并进行存储，存储的文件名与测试用例文件名一一对应。以便于后期的数据分析和判定。该软件运行于后台，随测试用例自动执行软件一起运行。

（5）数据分析软件：用于对记录数据进行分析和解码，按照雷达软件接口协议解码成各雷达分机的接口信息。

（6）数据判定软件：用于测试用例执行结果的判定，对测试数据的分析结果进行的显示和执行结果的预先判定，对于不通过的测试用例提示进行人工判读和故障定位。

（7）测试报告自动生成：主要完成测试用例的生成情况、执行情况、通过情况进行分析，然后生成相关的测试报告并进行显示。

5雷达软件自动化测试环境使用分析

5.1 雷达软件自动化测试环境使用流程

使用雷达自动化测试环境RASTE进行测试时，测试需求分析、测试用例自动生成、测试用例自动执行、测试数据自动采集、测试数据分析、测试结果判定等测试活动即可以分时进行、流水作业，也可以同时进行、共同作业。

5.2 雷达自动化测试环境使用结果分析

从可控性、可观测性、可操作性【6】、自动化程度和测试覆盖程度等方面对雷达自动化测试环境进行分析评价，并与实际装备环境、全数字仿真环境和半实物测试环境进行对比。发现在自动化测试环境上进行测试，可以大幅度提高雷达软件的测试效率，与实际装备环境相比可以提高50%，测试充分性方面语句覆盖率的53.3%提高到85.4%，分支覆盖率由49.3%提高到82.5%。具体情况见表1。

表1 雷达软件自动化测试环境使用结果分析对比

环境名称

评价指标

实装测试环境

全数字测试环境

半实物测试环境

自动化测试环境

可控性

较差

较好

较差

较好

可观察性

较好

较好

较好

较好

可操作性

较好

较好

较好

较好

自动化程度

较低

一般

一般

较高

异常测试

不支持

支持

支持

支持

测试真实程度

测试环境真实

与真实环境差距较大

测试环境真实

测试环境真实

语句覆盖率

53.3%

82.5%

66.7%

85.4%

分支覆盖率

49.3%

80.7%

63.2%

82.5%

用例执行率

67%

80%

85%

100%

单个用例执行平均用时

20分钟

1分钟

2分钟

30秒钟

总用时

14人日

7人日

9人日

4人日

6 结论

本文介绍了雷达软件的特点和雷达软件测试环境的技术现状，充分考虑了现行雷达软件测试环境的优缺点，提出雷达软件自动化测试环境应具备三个层次的功能结构，并将雷达目标机直接嵌入到雷达自动化体系结构中，开发了一系列通用的测试自动化软件，经过与实装环境、半实物测试环境的使用对比，表明雷达自动化测试环境能够提高雷达软件测试的充分性和测试效率。

参考文献：

[1]林洁，吴慈伶等.雷达软件测试环境仿真平台技术研究与实践[J].现代雷达，2010（6）.

[2]李昊，田峰敏.雷达软件的安全性测试研究[J].信息化研究，2013（6）.

[3]云雷.机载相控阵雷达软件可靠性测评环境建设[J].电子产品可靠性与环境试验，2011（4）.

[4]张广梅，李晓维.软件可测性评估[J].装甲兵工程学院报，2004（2）.

[5]雷万保.雷达系统软件可测试性研究[J].信息化研究，2011（6）.

[6]于洁，杨海燕等.软件的可测试性设计[J].计算机工程与应用，2003（03）.

作者简介：

李福川（1977―），男，高级工程师，山东菏泽人，研究方向软件工程与软件测试。