Linux下SANE Driver自動化測試工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

SANE（Scanner Access Now Easy）是一個應(yīng)用程序接口API（Application Programming Interface）[1]，提供了對光柵圖像掃描硬件的標(biāo)準(zhǔn)訪問[2]。Linux對掃描儀的支持就是通過SANE實(shí)現(xiàn)的。SANE標(biāo)準(zhǔn)中將實(shí)現(xiàn)SANE接口的驅(qū)動程序稱為SANE Driver或者SANE后端程序；將調(diào)用SANE接口的應(yīng)用程序稱為SANE前端程序；將對掃描設(shè)備的各種控制抽象為SANE選項(xiàng)，resolution就是其中一個SANE選項(xiàng)。
　對掃描儀驅(qū)動程序進(jìn)行測試主要包括功能測試和性能測試。功能測試主要指掃描質(zhì)量、圖像質(zhì)量是否滿足用戶需求；性能測試主要指掃描效率，也就是掃描一幅圖像所需的時(shí)間。嚴(yán)格地說，由于SANE前端程序與SANE后端程序均遵守SANE標(biāo)準(zhǔn)，任何一個SANE前端程序都可以用來測試SANE后端程序。但由于目前Linux下沒有專門的SANE Driver測試工具，通常測試人員將掃描應(yīng)用程序用于測試SANE Driver，而在Linux下常用XSANE作為測試工具。XSANE應(yīng)用程序是基于GTK的sane圖像處理軟件，它可通過掃描儀和照相機(jī)等設(shè)備獲得圖像。
　XSANE功能比較強(qiáng)大，但是由于其主要面向用戶應(yīng)用，作為測試工具則存在一些不足：（1）功能測試時(shí)效率低下，如果所要測試的選項(xiàng)數(shù)目比較多時(shí)，測試的工作量很大而且容易出錯，而其所支持的批次掃描生成腳本很復(fù)雜，而且腳本很難維護(hù)；（2）性能測試時(shí)不能自動計(jì)算掃描時(shí)間，手工計(jì)算工作量大且誤差也較大。此外，還存在一些其他問題：如不能顯示選項(xiàng)的詳細(xì)信息、不能動態(tài)更新可用的掃描設(shè)備以及不能選擇其他可用設(shè)備等。
　針對以上問題，本文通過引用腳本技術(shù)[3]，采用一種高效的遍歷算法工具，有效地解決了上述問題。該工具能夠適用所有采用SANE標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動程序，且能夠自動遍歷所有的選項(xiàng)及其取值。用戶只需根據(jù)測試需要寫好測試腳本，該工具就可以根據(jù)腳本進(jìn)行多次掃描。因此可以較大程度地減少SANE Driver測試所需的人員及其時(shí)間。
1 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)
　針對XSANE用作測試工具存在的問題以及測試需求，通過如下設(shè)計(jì)能得到有效解決。將工具分成5個功能模塊：更新設(shè)備、列出選項(xiàng)、手動掃描、腳本掃描以及產(chǎn)生腳本。
　（1）更新設(shè)備：支持用戶隨時(shí)更新設(shè)備列表。
?。?）列出選項(xiàng)：可以列出SANE后端所定義的所有選項(xiàng)，且只顯示當(dāng)前設(shè)備所支持選項(xiàng)的相關(guān)信息，還可以根據(jù)用戶的選擇相應(yīng)地顯示SANE后端的版本號及一些設(shè)置沖突的警告信息。
?。?）手動掃描：類似一般的前端程序，主要實(shí)現(xiàn)單次掃描，只顯示當(dāng)前設(shè)備所支持的選項(xiàng)及其取值。
?。?）腳本掃描：是自動化測試的關(guān)鍵。能夠讀入一個腳本文件，然后對腳本中各選項(xiàng)的組合值進(jìn)行遍歷，每取到一個組合，便掃描一次。
?。?）產(chǎn)生腳本：可以將當(dāng)前設(shè)備所支持的選項(xiàng)及其取值范圍記錄在腳本文檔中。該腳本相當(dāng)于一個腳本模板，以后的腳本可以只在此基礎(chǔ)上稍作修改即可。
2 工具的實(shí)現(xiàn)
　基于以上架構(gòu)設(shè)計(jì)在Linux系統(tǒng)下用GTK+和C語言來實(shí)現(xiàn)整個工具。
2.1 更新設(shè)備
　在用戶掃描過程中，可能會有新的掃描設(shè)備打開，也可能現(xiàn)有的掃描設(shè)備關(guān)閉，因此，有必要讓用戶隨時(shí)知道可用的設(shè)備列表。其設(shè)計(jì)思路是：在選擇更新設(shè)備后，調(diào)用sane_get_devices來獲得可用的設(shè)備列表。實(shí)現(xiàn)時(shí)，為了允許用戶在更新設(shè)備時(shí)進(jìn)行其他操作，可將更新的操作放至一個新的線程中去實(shí)現(xiàn)。當(dāng)可用設(shè)備為0時(shí)，應(yīng)給用戶相應(yīng)的提示。
2.2 列出選項(xiàng)
　根據(jù)測試需要，這里要求給出SANE后端的版本號，可用選項(xiàng)的詳細(xì)信息以及警告信息。關(guān)于版本號，SANE標(biāo)準(zhǔn)中給出了5個宏，該工具主要直接調(diào)用后面的3個宏：即SANE_VERSION_MAJOR、SANE_VERSION_MINOR、SANE_VERSION_BUILD，分別獲得SANE后端最大、最小以及編譯版本號。
對于選項(xiàng)的詳細(xì)信息，SANE標(biāo)準(zhǔn)中有一個專門用來描述的結(jié)構(gòu)即SANE_Option_ Descriptor。調(diào)用SANE標(biāo)準(zhǔn)中的sane_get_option_descriptor后便會返回這個結(jié)構(gòu)體，記錄這個選項(xiàng)的詳細(xì)信息。
　警告信息主要通過分析結(jié)構(gòu)體SANE_Option_ Descriptor中的cap值。由SANE標(biāo)準(zhǔn)可知，當(dāng)SANE_CAP_ SOFT_SELECT被設(shè)置時(shí)，SANE_CAP_SOFT_DETECT也會被設(shè)置，故cap值不能為5；SANE_CAP_SOFT_SELECT和SANE_CAP_HARD_SELECT不能同時(shí)被設(shè)置，故cap值不能為3。當(dāng)某一個選項(xiàng)的cap值不為3或5時(shí)，可認(rèn)為這個選項(xiàng)設(shè)置是正確的。
　實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以將版本信息、選項(xiàng)信息及警告信息分別寫至三個文件中，然后根據(jù)用戶的操作讀入相應(yīng)的文件。
2.3 手動掃描
　一次完整的掃描過程包括兩個部分：配置設(shè)備和獲取圖像。配置設(shè)備主要通過sane_control_option來完成。sane_control_option可以用于獲取選項(xiàng)的當(dāng)前參數(shù)，也可以用于設(shè)置選項(xiàng)的參數(shù)。設(shè)置完參數(shù)后，先調(diào)用sane_start，然后一直調(diào)用sane_read讀圖像數(shù)據(jù)直至sane_read返回狀態(tài)為SANE_STATUS_EOF，最后不管讀圖像是否成功均要調(diào)用sane_cancel。
　實(shí)現(xiàn)時(shí)，當(dāng)用戶選擇手動掃描后會創(chuàng)建一個新的線程去執(zhí)行，配置設(shè)備和獲取圖像均包含在新的線程中。每進(jìn)行一次用戶掃描，都會新建一個線程。同時(shí)為了方便測試人員，工具在手動掃描和后面的腳本掃描中均會記錄一些重要信息：如圖像的原始大小及實(shí)際獲得的大小、 sane_start和sane_read的時(shí)間、一些操作的返回信息及圖片保存目錄和名字等。
2.4 腳本掃描
　腳本掃描與手動掃描是相互獨(dú)立的。用戶可以只選擇手動掃描，也可以只選擇腳本掃描。不過，它們之間有著緊密的聯(lián)系，其掃描流程都是一樣的。手動掃描與腳本掃描的結(jié)構(gòu)體系如圖1所示。腳本掃描可以看作是多次的手動掃描，所不同的是，手動掃描是從界面獲得選項(xiàng)值，而腳本掃描是從文本獲得選項(xiàng)值。
腳本掃描的流程是：首先檢查腳本的語法正確性，然后分析腳本，遍歷各個選項(xiàng)值的組合，每得到一個組合，便掃描一次，當(dāng)掃描完成時(shí)，再取下一組合掃描直至遍歷完所有的組合。

　實(shí)現(xiàn)時(shí)，每掃描一次，均創(chuàng)建一個新線程，下一次掃描要等上一線程結(jié)束后才開始。
2.5 產(chǎn)生腳本
　產(chǎn)生的腳本主要列出設(shè)備所支持的選項(xiàng)名字及其取值范圍，然后以特定的格式寫入腳本中[4]。由于結(jié)構(gòu)體SANE_Option_Descriptor中包括選項(xiàng)的各種信息，因此結(jié)構(gòu)體中的元素title可作為該選項(xiàng)的名字，而選項(xiàng)取值范圍可從結(jié)構(gòu)體中的聯(lián)合體constraint得到。實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)允許用戶選擇保存路徑。
2.6 遍歷算法研究
　在對SANE Driver測試時(shí)，一般會選中一些選項(xiàng)進(jìn)行全組合或部分組合進(jìn)行測試。以兩個選項(xiàng)為例：mode值為 Color和Gray，resolution值為75和100，測試時(shí)就用Color 75、Color 100， Gray 75、 Gray 100四種組合掃描4次。xsane中的批次掃描采用了類似的方法，它將所要掃描的每種組合記錄在文本中，然后通過讀文本進(jìn)行掃描。當(dāng)掃描次數(shù)較多時(shí)，文本就非常冗長而且很難維護(hù)。
　測試工具中采用的腳本使用了鍵值對的形式：
　mode=Color，Gray，Binary
　resolution=75，100，150，200，300，400，500，600，1 200，2 400，4 800，9 600，19 200
　對于上面的腳本，通常會采用直接循環(huán)法：用下面一個結(jié)構(gòu)體：
struct option {
char names[15]；
char values[10][20]；
} options[MAXOPTIONSNUMBER]；
來存儲每一種組合，用一個數(shù)組size保存各個選項(xiàng)值的個數(shù)。比如上例中，第一個選項(xiàng)mode有3個值，故size[0]=3；然后用一個數(shù)組index來存儲選項(xiàng)的當(dāng)前值，如mode第一個值為Color，則可表示為index[0]=Color。假如只有mode和resolution兩個選項(xiàng)，那么只需2個for循環(huán)即可遍歷選項(xiàng)的取值。其代碼如下：
for（index[0]=0；index[0]size[0]；index[0]++）
for（index[1]=0；index[1]size[1]；index[1]++）
{
for（int i=0；i2；i++）
pass_option_setting_to_dev
（options[i].names，options[i].values[indexs[i]] ）；
// pass_option_setting_to_dev為傳遞參數(shù)給設(shè)備的函數(shù)
...
}
　本文介紹的算法思路簡單，容易理解。針對上例中的兩個選項(xiàng)，采用上述的方法可以很好地解決問題。但是上述的算法中有多少個選項(xiàng)就有多少個for循環(huán)，而且該方法只適用于選項(xiàng)個數(shù)一定的情況下。因?yàn)楫?dāng)選項(xiàng)個數(shù)有變動時(shí)，都要增加或刪除相應(yīng)的for循環(huán)數(shù)。而現(xiàn)實(shí)中的腳本其選項(xiàng)的個數(shù)是不定的，因此上述的算法可擴(kuò)展性較差，不適合用于腳本掃描。但只要對上述算法稍作修改即可成為一種簡單高效的遍歷算法[5]。該算法的腳本仍采用鍵值對這種簡潔的腳本格式，并且可以很好地適應(yīng)選項(xiàng)個數(shù)或者選項(xiàng)值個數(shù)的變化。假設(shè)變量OPT_NUM代表選項(xiàng)的個數(shù)，其代碼如下：
while（1）{
for（ int i=0；iOPT_NUM；i++）{
　 pass_option_setting_to_dev
（options[i].names，options[i].values[indexs[i]] ）；
...
}
int k= OPT_NUM-1；
while（1）{
if（index[k]size[k]-1） {
index[k]++；break；
}
else{
index[k]=0； k--；
}
}
if（k0）
break；
}
3 測試工具對比
　XSANE與自動化測試工具對比如表1所示。
　本文以SANE標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，針對xsane存在的不足，結(jié)合測試需求，實(shí)現(xiàn)了SANE Driver自動化測試工具。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，與原有的測試工具相比，大大提高了測試效率，極大地減少了測試人員的工作量。
參考文獻(xiàn)
[1] SANE home page[DB/OL].http：//www.sane-project.org， 2001.
[2] 張安清.基于SANE標(biāo)準(zhǔn)的光柵掃描設(shè)備應(yīng)用程序的開發(fā)[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2001，22（10）：1216-1218.
[3] 凌永發(fā)，張?jiān)粕闫?軟件自動化測試中的腳本技術(shù)[J].云南民族學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，11（1）：544-548.
[4] 蔣云，趙佳寶.自動化測試腳本自動生成技術(shù)的研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2007，17（7）：4-7.
[5] 《編程之美》小組.編程之美：微軟技術(shù)面試心得[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.