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基于CodeTest工具的DCS系统嵌入式测试设计

时间:2008/6/10 9:13:00  作者:  来源:ic72  浏览人数:1229
 
 

      随着DCS系统的发展,迫切需要一种工具能够在软件开发的集成阶段、系统阶段等对DCS系统的软件进行实时在线的测试与分析,以保证系统的性能和可靠性。

      DCS系统长期运行的稳定性、实时性等特点,使得厂家对其软件质量有着非常苛刻的要求,而DCS系统的分布式特点,又使得其集成测试、系统级测试非常困难。本文介绍一种独特的DCS分布式系统的测试方案,对分布在一个网络中多台电脑上的各个系统模块(每台电脑运行多个系统模块)同时测试,监视其覆盖率、内存泄漏、运行性能等重要测试指标。测试工具选用美国Metrowerks公司的CodeTest嵌入式测试工具。

      1 DCS系统概述

      DCS系统一般是物理上分布的控制系统,有两种基本结构:总线网结构和星型网结构。有些DCS客户由于生产规模小,可能对系统要求不高,把服务器、工程师站、操作员站集于一台机器上即可,但就其控制站和上机系统而言,整个系统在物理上、逻辑上仍然是分布式的。以总线结构为例,系统结构如图l所示。

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      2 CodeTest嵌入式测试工具概述

      CodeTest具有强大的测试分析功能。

      由于CodeTest对软件打点技术和从总线捕获数据进行了改善和提升,正是这种原理上的优势,使得CodeTest具有强大的性能分析、内存分析、高级覆盖率分析和代码跟踪功能。

      CodeTest工具主要有三个版本:一个是纯硬件版,由于它不能满足用户的需求,早已被淘汰;另外两个是纯软件版和硬件辅助软件版,其中以硬件辅助软件版最好。

      纯软件测试工具的测试原理有两个必需的任务——插桩函数和预处理任务。由于插入插桩函数和预处理任务的存在,使系统的代码增大,对系统的运行效率有一定的影响。但是,随着CPU速度和存储技术不断提高,纯软件版方案仍然可行。

      3 DCS系统嵌入式测试方案设计

      由于DCS系统比较复杂,服务器上有15个lib文件、20个exe任务,操作员站有4个dll工程和6个exe任务,这些模块在管理网层构成一个实时运行的整体。测试一个程序或者一个测试用例,必将影响其他任务,例如:在操作员站上写一个值到I/0控制站,改变一个阀门的开关状态,这个值会被传到实时数据库,完成操作历史记录,然后送到系统网驱动,由与I/0站通信的gateway.exe和GatewayMonitor模块发到现场控制站。工程师站主要用于离线组态,其dll工程和exe工程一共有十几个,在进行工程组态时,会出现多个模块同时运行。在下装时,下装任务模块和服务器操作员站程序会同时运行(至少与操作员站、服务器的守护程序同时运行),此时,要想把覆盖率数据收集齐全,在以前是非常困难的。因为测试者的一个动作将会引起几台机器上的多个模块的代码执行。使用CodeTest测试工具,运用其设计巧妙的测试方案,终于解决了这个难题。

      3.1 纯软件版CodoTest测试方法

      用纯软件版CodeTest工具测试时,先用CodeTest进行插桩(打点),生成exe或者其他可执行文件,然后在装载测试程序的机器A上运行CodeTest的ctserver.exe,并设定其收集测试数据的端口,格式如下:

      ctserver-p 3050

      接着在机器B上(A和B也可以是同一台机器)运行CodeTest Manager(ctmgr),创建workspace,指定插桩文件、内存检查目标文件、端口和etserver所在机器的IP地址,连接ctserver并执行。最后在A上运行需要测试的程序C.exe,这样C.exe的执行情况、性能、覆盖率、内存是否泄漏等数据都被采集在CodeTest Manager的Software Probe中。CodeTest Manager提供了友好的窗口界面,可以查看每个函数的运行覆盖率,也可以查看每个文件的覆盖率,还可以对测试结果进行保存、导出、合并等。

      3.2 一个小的测试方案的分析与设计图l已经给出了DCS系统的体系结构.这里将结合CodeTest设计测试方案。

      为了便于理解,先举个简单的设计实例:设一个小的软件系统在A机和B机上运行。A机上运行着两个进程(或任务模块):A1.exe和A2.exe,A1.exe使用ALIB1.1ib和ALIB2.1ib库文件,A2.exe使用A.dll动态链接库;B.exe运行在B机上,B.exe上的操作将引起A机上的两个进程A1和A2。

      现在对A1、A2和B三个任务模块组成的系统进行系统测试,监视其覆盖率、内存泄漏、运行性能等重要测试指标。

      测试方案如图2,设C机(C机也可以是A机或者B机)用于收集测试数据。

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      对于这个简单的系统,其测试系统已经不算简单,而对于总共有60多个工程,至少有20个以上的进程同时运行的DCS综合自动化控制系统,其测试方案图就更复杂了,要考虑的问题就更多了。

      图2的子系统测试方案中,还有一些难点需要解决:

      (1)对于A1和A2,怎样同时采集代码执行测试数据,调用lib静态库文件或者dll动态链接库文件,怎样才能查看这些库文件的执行情况,是否在库程序中存在内存泄呢?

      经过探索得到解决方法如下:采用CodeTest的追加打点方法,将Al和A2以及它们的库文件打点到一个符号数据库文件(CodeTest打点生成的IDB文件,追加打点命令格式:-CTidb=E:\importan\test.idb。CodeTest使用有很多细节上的技巧,请参见用户手册和软件自带的帮助文件),用一个ctserver、一个通信端口采集测试数据。注意,为了在CodeTest Manager的Coverage Data中追踪到代码每一行的执行情况,必须在Configuration窗口内Source Code Directories中加入各源码的路径。

      (2)A1和A2可能是由两个工程师开发的,他们可能不愿意把测试数据混在一起。在这种情况下,可以在A机上运行两个不同端口各自采集测试数据ctserver,在CodeTest Manager中也要多开一个Software Probe,并指定相应的配置。插桩时,也要分开插桩,生成各自的IDB符号库文件。

      3.3 大型DCS综合自动化控制系统的测试方案

      大型DCS综合自动化控制系统的测试方案与上述小系统的测试方案类似,但要考虑插桩函数对DCS系统的影响。为了减轻这种影响,单独用一个配置很高(内存1.5GB)的电脑H,运行codeTest Manager采集系统服务器、操作员站和工程师站的各个模块的测试数据。这样服务器、操作员站、工程师站只需运行采集测试数据的服务器ctservei,从而大太减轻测试系统的额外负担。

      电脑H成为测试数据的集中地,主要基于以下几点考虑:
     
      (1)测试数据集中起来,可直接导出测试报告进行合并,便于分析。尤其对覆盖率太低的模块,便于测试经理和开发工程师根据代码的执行情况,找出哪些功能没有相对应的测试用例,然后交给测试工程师进一步丰富测试用例。

      (2)节省测试成本。集中收集测试信息,可以减少工作量。另一方面,也是受CodeTest的license的限制,当时只有一个网卡和一个license,只能在一台机器上运行CodeTest Manager。当然,在条件好的情况下,用几台电脑分别收集服务器、操作员站和工程师站的数据,测试效果会更好。对软件系统的影响最小,但成本也会相应增加。

      综上所述,制定DCS系统的测试方案如图3所示。

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      从图3可以看到,用到的ctserver比较多,主要原因有两个,一是系统模块比较多,而且很多模块是不同的开发工程师负责开发维护,并且由另一个测试工程师测试。采用不同的ctserver可以把收集的测试信息分开,便于测试用例的分析讨论、bug的分析、测试力度的分析。二是系统中每个模块担负着不同的任务或者完成某些功能,从而为功能测试提供便利。

      3.4 DCS系统嵌入式测试方案实现

      至此,测试方案设计完毕,由前面小系统的示例性实验作指引,实现环节难点不多。按照codeTest的测试过程,先插桩,再搭建系统。由于系统庞大,exe工程和库文件工程多,所以插桩本身就是一个难点,而且工作量也不小。但是,一旦插桩完成,生成exe文件后,就一直用这些可执行文件测试。系统源码要放在CodeTestManager所在机器上,以便在以追踪方式查看代码执行情况时,追踪到源码的每一页每一行。

      笔要遇到的困难者主有以下两点:

      (1)插桩上的困难:系统用刊的库文件比较多,每个库都是一个vc工程。关键在于这个库会被多个exe工程包含。为了避免测试系统搭建好后,出现idb符号数据库与插桩后的程序不符,必须按照exe分别插桩。每插桩一个exe工程,先查一查它所依赖的库文件,把库文件的vc工程以idb符号数据库追加方式插桩,把exe工程插桩后的符号数据库追加在最后。

      (2)测试系统运行的困难:系统的进程比较多,加上多个ctsever进程就更多。而系统的启动过程,尤其是服务器的启动是有规律有顺序的。如果手动启动程序,则启动服务器将是一件痛苦的事。解决办法是采用Windows脚本。例如连续启动两个进程,方法如下:
 
       对于分布式系统和嵌入式系统,CodeTest的确能提供独特的测试方案,尤其硬件辅助软件版的CodeTest工具,功能更加强大。CodeTest工具可以在测试的各个阶段设计不同的测试方案,还可以作为软件开发过程中的辅助工具。

 
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