伺服软件可靠性测试技术

文/丁怀龙 刘海山 焦震 张成浩 张震

1 引言

软件测试是软件工程中的重要环节，是保证软件质量、降低软件项目风险的有效手段之一。软件可靠性（reliability）指软件在规定的条件下、规定的时间内完成规定的功能的能力。由于军用软件通常有较高的可靠性要求,因此在军用软件开发和维护的过程中,软件可靠性测试尤为重要。为了降低软件在研制过程中的风险，提高代码质量，在软件投入运行之前，如何有效的开展嵌入式软件可靠性测试是当前研究的重点，因此全面、有效的可靠性测试能够更好的验证可靠性指标要求，保障软件的可靠性，从而降低软件缺陷，提高软件质量。

2 可靠性测试实施方案

2.1 交联仿真测试

传统的全实物仿真测试环境不使用完整的测试环境，与被测对象交互的部分采用模拟的方式；即不使用实际的被测对象的硬件环境，而是采用模拟目标机硬件方式。其应用软件建立一个嵌入式软件运行环境，模拟其CPU，模拟中断、模拟输入/输出接口、模拟时钟等，这种方法不需要硬件支持，但是如果硬件环境比较复杂，或者是实时性要求比较高，那么仿真的难度比较大；为解决两者之间的矛盾，保证真实性的同时又保证可控性，我们采用交联仿真测试技术，就是在计算机仿真回路中接入一些实物，以取代相应部分数学模型的系统仿真，这种技术是建立在半实物仿真测试环境基础上的。

图1：交联仿真测试环境组成框图

图2：PWM波验证环境框图

交联系统是指所有与被测系统有数据交互的设备以及它们之间的输入/输出接口构成的硬件与软件的综合环境。软件的运行在真实被测对象中，即目标机中；交联环境采用产生交互的数据，同时仿真输入/输出接口等部件；目标机与仿真平台的信息交互使用两者之间接口。仿真测试平台逻辑实现较为简单，普遍性好。

交联仿真测试环境由目标机、仿真机系统和环境模拟设备组成。其中目标机包括伺服控制驱动器，用来运行被测软件；仿真机系统包括接入1553B板卡、装有LDRA Testbed、RTinsight、CCS3.3、总线通用测试软件等软件的工控机，实现飞行器上总线及设备的模拟与仿真；环境模拟设备包括供电电源、高精度可调直流电源、示波器、TDS510仿真器、总线耦合器，主要实现软件在线调试、模拟信号的输入和输出。交联仿真测试环境组成框图如图1所示。

2.2 基于组合设计的测试

基于组合设计的应用层次可以在系统剖面、功能剖面、也可以在操作剖面，它主要解决了在测试设计过程中存在的相关因素的交互性对结果产生影响的问题。比如系统剖面，环境变量因素会对系统实现的功能产生影响，在通常情况下，在系统剖面和功能剖面的组合量较小，测试中的覆盖性也是能够达到的。然而对于操作剖面层次，每个不同的参数的不同值的组合都可能影响测试结果。

伺服系统的复杂时序可以看做是一个剖面中含3个变量（x，y，z），每个变量有2个取值，要想覆盖整个取值区间需要8个用例，可以想象，如果时序状态比这个剖面的更广，测试用例的数目将成指数规律增加，因此不论是从时间上还是费用上，都不可能时序穷举测试。采用组合设计方法，得到如下的测试组合{（x1,y2,z1）,（x1,y1,z2）,（x2,y1,z1）,（x2,y2,z2）}，可以看到，对于3个时序中任两个时序的可能取值的组合都得到了覆盖，而测试工作量减少了一半，测试后的可靠性提高了一倍。

2.3 PWM波有效性的快速验证

PWM波在机电伺服系统中起到非常重要的作用，PWM波输出是否有效关系到整个系统是否能够正常运行，而其中占空比、死区等对于PWM波来说是一项非常关键的参数，直接关系到其控制精度，为了能够快速验证PWM波的有效性，我们搭建了一个快速验证环境，主要包括目标机、仿真机和环境模拟设备组成。其中目标机包括伺服控制驱动器，用来运行被测软件；仿真机系统为装有CCS3.3软件的工控机；环境模拟设备包括供电电源、逻辑分析仪、示波器、TDS510仿真器，主要实现软件在线调试、模拟信号的输入和输出，其中占空比计算公式为：占空比=（x+y+z）/2，x表示输出占空比时间，y表示载波频率，z表示周期；除占空比、死区时间测试外还要根据不同的时序状态对伺服系统复位后的PWM波进行验证，保证其有效性。PWM波验证环境框图如图2所示。

3 小结

通过本文在测试技术方面的创新，使得公司在软件可靠性测试方面取得了长足地进步，并已经逐渐形成了软件测试专业，同时更好地满足了国军标对可靠性测试的要求，为GJB5000A《军用软件能力成熟度模型》的评测奠定了坚实的基础。目前，本文中的可靠性测试技术已经在后续的多个软件项目中得到了成功的应用，发现软件重大缺陷及漏洞多项，有效地保证了软件的可靠性，受到了普遍认可和一致好评。