基于CodeTest工具的DCS系統(tǒng)嵌入式測(cè)試設(shè)計(jì)

介紹了CodeTest嵌入式測(cè)試工具廈其在大型DCS系統(tǒng)嵌入式測(cè)試中一種獨(dú)特測(cè)試方案的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

　　隨著DCS系統(tǒng)的發(fā)展，迫切需要一種工具能夠在軟件開發(fā)的集成階段、系統(tǒng)階段等對(duì)DCS系統(tǒng)的軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的測(cè)試與分析，以保證系統(tǒng)的性能和可靠性。

　　DCS系統(tǒng)長期運(yùn)行的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，使得廠家對(duì)其軟件質(zhì)量有著非常苛刻的要求，而DCS系統(tǒng)的分布式特點(diǎn)，又使得其集成測(cè)試、系統(tǒng)級(jí)測(cè)試非常困難。本文介紹一種獨(dú)特的DCS分布式系統(tǒng)的測(cè)試方案，對(duì)分布在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)電腦上的各個(gè)系統(tǒng)模塊(每臺(tái)電腦運(yùn)行多個(gè)系統(tǒng)模塊)同時(shí)測(cè)試，監(jiān)視其覆蓋率、內(nèi)存泄漏、運(yùn)行性能等重要測(cè)試指標(biāo)。測(cè)試工具選用美國Metrowerks公司的CodeTest嵌入式測(cè)試工具。

　　1 DCS系統(tǒng)概述

　　DCS系統(tǒng)一般是物理上分布的控制系統(tǒng)，有兩種基本結(jié)構(gòu)：總線網(wǎng)結(jié)構(gòu)和星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)。有些DCS客戶由于生產(chǎn)規(guī)模小，可能對(duì)系統(tǒng)要求不高，把服務(wù)器、工程師站、操作員站集于一臺(tái)機(jī)器上即可，但就其控制站和上機(jī)系統(tǒng)而言，整個(gè)系統(tǒng)在物理上、邏輯上仍然是分布式的。以總線結(jié)構(gòu)為例，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示。

　　2 CodeTest嵌入式測(cè)試工具概述

　　CodeTest具有強(qiáng)大的測(cè)試分析功能。

　　由于CodeTest對(duì)軟件打點(diǎn)技術(shù)和從總線捕獲數(shù)據(jù)進(jìn)行了改善和提升，正是這種原理上的優(yōu)勢(shì)，使得CodeTest具有強(qiáng)大的性能分析、內(nèi)存分析、高級(jí)覆蓋率分析和代碼跟蹤功能。

　　CodeTest工具主要有三個(gè)版本：一個(gè)是純硬件版，由于它不能滿足用戶的需求，早已被淘汰；另外兩個(gè)是純軟件版和硬件輔助軟件版，其中以硬件輔助軟件版最好。

　　純軟件測(cè)試工具的測(cè)試原理有兩個(gè)必需的任務(wù)——插樁函數(shù)和預(yù)處理任務(wù)。由于插入插樁函數(shù)和預(yù)處理任務(wù)的存在，使系統(tǒng)的代碼增大，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行效率有一定的影響。但是，隨著CPU速度和存儲(chǔ)技術(shù)不斷提高，純軟件版方案仍然可行。

　　3 DCS系統(tǒng)嵌入式測(cè)試方案設(shè)計(jì)

　　由于DCS系統(tǒng)比較復(fù)雜，服務(wù)器上有15個(gè)lib文件、20個(gè)exe任務(wù)，操作員站有4個(gè)dll工程和6個(gè)exe任務(wù)，這些模塊在管理網(wǎng)層構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行的整體。測(cè)試一個(gè)程序或者一個(gè)測(cè)試用例，必將影響其他任務(wù)，例如：在操作員站上寫一個(gè)值到I／0控制站，改變一個(gè)閥門的開關(guān)狀態(tài)，這個(gè)值會(huì)被傳到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，完成操作歷史記錄，然后送到系統(tǒng)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)，由與I／0站通信的gateway.exe和GatewayMonitor模塊發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)控制站。工程師站主要用于離線組態(tài)，其dll工程和exe工程一共有十幾個(gè)，在進(jìn)行工程組態(tài)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)模塊同時(shí)運(yùn)行。在下裝時(shí)，下裝任務(wù)模塊和服務(wù)器操作員站程序會(huì)同時(shí)運(yùn)行(至少與操作員站、服務(wù)器的守護(hù)程序同時(shí)運(yùn)行)，此時(shí)，要想把覆蓋率數(shù)據(jù)收集齊全，在以前是非常困難的。因?yàn)闇y(cè)試者的一個(gè)動(dòng)作將會(huì)引起幾臺(tái)機(jī)器上的多個(gè)模塊的代碼執(zhí)行。使用CodeTest測(cè)試工具，運(yùn)用其設(shè)計(jì)巧妙的測(cè)試方案，終于解決了這個(gè)難題。

　　3．1 純軟件版CodoTest測(cè)試方法

　　用純軟件版CodeTest工具測(cè)試時(shí)，先用CodeTest進(jìn)行插樁(打點(diǎn))，生成exe或者其他可執(zhí)行文件，然后在裝載測(cè)試程序的機(jī)器A上運(yùn)行CodeTest的ctserver.exe,并設(shè)定其收集測(cè)試數(shù)據(jù)的端口，格式如下：
ctserver-p 3050

　　接著在機(jī)器B上(A和B也可以是同一臺(tái)機(jī)器)運(yùn)行CodeTest Manager(ctmgr)，創(chuàng)建workspace，指定插樁文件、內(nèi)存檢查目標(biāo)文件、端口和etserver所在機(jī)器的IP地址，連接ctserver并執(zhí)行。最后在A上運(yùn)行需要測(cè)試的程序C.exe，這樣C.exe的執(zhí)行情況、性能、覆蓋率、內(nèi)存是否泄漏等數(shù)據(jù)都被采集在CodeTest Manager的Software Probe中。CodeTest Manager提供了友好的窗口界面，可以查看每個(gè)函數(shù)的運(yùn)行覆蓋率，也可以查看每個(gè)文件的覆蓋率，還可以對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行保存、導(dǎo)出、合并等。

　　3．2 一個(gè)小的測(cè)試方案的分析與設(shè)計(jì)圖l已經(jīng)給出了DCS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)．這里將結(jié)合CodeTest設(shè)計(jì)測(cè)試方案。

　　為了便于理解，先舉個(gè)簡單的設(shè)計(jì)實(shí)例：設(shè)一個(gè)小的軟件系統(tǒng)在A機(jī)和B機(jī)上運(yùn)行。A機(jī)上運(yùn)行著兩個(gè)進(jìn)程(或任務(wù)模塊)：A1.exe和A2.exe，A1.exe使用ALIB1.1ib和ALIB2.1ib庫文件，A2.exe使用A.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫；B.exe運(yùn)行在B機(jī)上，B.exe上的操作將引起A機(jī)上的兩個(gè)進(jìn)程A1和A2。

　　現(xiàn)在對(duì)A1、A2和B三個(gè)任務(wù)模塊組成的系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，監(jiān)視其覆蓋率、內(nèi)存泄漏、運(yùn)行性能等重要測(cè)試指標(biāo)。

　　測(cè)試方案如圖2，設(shè)C機(jī)(C機(jī)也可以是A機(jī)或者B機(jī))用于收集測(cè)試數(shù)據(jù)。

　　對(duì)于這個(gè)簡單的系統(tǒng)，其測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)不算簡單，而對(duì)于總共有60多個(gè)工程，至少有20個(gè)以上的進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行的DCS綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其測(cè)試方案圖就更復(fù)雜了，要考慮的問題就更多了。

　　圖2的子系統(tǒng)測(cè)試方案中，還有一些難點(diǎn)需要解決：

　　(1)對(duì)于A1和A2，怎樣同時(shí)采集代碼執(zhí)行測(cè)試數(shù)據(jù)，調(diào)用lib靜態(tài)庫文件或者dll動(dòng)態(tài)鏈接庫文件，怎樣才能查看這些庫文件的執(zhí)行情況，是否在庫程序中存在內(nèi)存泄呢?

　　經(jīng)過探索得到解決方法如下：采用CodeTest的追加打點(diǎn)方法，將Al和A2以及它們的庫文件打點(diǎn)到一個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)庫文件(CodeTest打點(diǎn)生成的IDB文件，追加打點(diǎn)命令格式：-CTidb=E：importan＼test.idb。CodeTest使用有很多細(xì)節(jié)上的技巧，請(qǐng)參見用戶手冊(cè)和軟件自帶的幫助文件)，用一個(gè)ctserver、一個(gè)通信端口采集測(cè)試數(shù)據(jù)。注意，為了在CodeTest Manager的Coverage Data中追蹤到代碼每一行的執(zhí)行情況，必須在Configuration窗口內(nèi)Source Code Directories中加入各源碼的路徑。

　　(2)A1和A2可能是由兩個(gè)工程師開發(fā)的，他們可能不愿意把測(cè)試數(shù)據(jù)混在一起。在這種情況下，可以在A機(jī)上運(yùn)行兩個(gè)不同端口各自采集測(cè)試數(shù)據(jù)ctserver，在CodeTest Manager中也要多開一個(gè)Software Probe，并指定相應(yīng)的配置。插樁時(shí)，也要分開插樁，生成各自的IDB符號(hào)庫文件。

　　3．3 大型DCS綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的測(cè)試方案

　　大型DCS綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的測(cè)試方案與上述小系統(tǒng)的測(cè)試方案類似，但要考慮插樁函數(shù)對(duì)DCS系統(tǒng)的影響。為了減輕這種影響，單獨(dú)用一個(gè)配置很高(內(nèi)存1.5GB)的電腦H，運(yùn)行codeTest Manager采集系統(tǒng)服務(wù)器、操作員站和工程師站的各個(gè)模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)。這樣服務(wù)器、操作員站、工程師站只需運(yùn)行采集測(cè)試數(shù)據(jù)的服務(wù)器ctservei，從而大太減輕測(cè)試系統(tǒng)的額外負(fù)擔(dān)。

　　電腦H成為測(cè)試數(shù)據(jù)的集中地，主要基于以下幾點(diǎn)考慮：

　　(1)測(cè)試數(shù)據(jù)集中起來，可直接導(dǎo)出測(cè)試報(bào)告進(jìn)行合并，便于分析。尤其對(duì)覆蓋率太低的模塊，便于測(cè)試經(jīng)理和開發(fā)工程師根據(jù)代碼的執(zhí)行情況，找出哪些功能沒有相對(duì)應(yīng)的測(cè)試用例，然后交給測(cè)試工程師進(jìn)一步豐富測(cè)試用例。

　　(2)節(jié)省測(cè)試成本。集中收集測(cè)試信息，可以減少工作量。另一方面，也是受CodeTest的license的限制，當(dāng)時(shí)只有一個(gè)網(wǎng)卡和一個(gè)license，只能在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行CodeTest Manager。當(dāng)然，在條件好的情況下，用幾臺(tái)電腦分別收集服務(wù)器、操作員站和工程師站的數(shù)據(jù)，測(cè)試效果會(huì)更好。對(duì)軟件系統(tǒng)的影響最小，但成本也會(huì)相應(yīng)增加。

　　綜上所述，制定DCS系統(tǒng)的測(cè)試方案如圖3所示。

　　從圖3可以看到，用到的ctserver比較多，主要原因有兩個(gè)，一是系統(tǒng)模塊比較多，而且很多模塊是不同的開發(fā)工程師負(fù)責(zé)開發(fā)維護(hù)，并且由另一個(gè)測(cè)試工程師測(cè)試。采用不同的ctserver可以把收集的測(cè)試信息分開，便于測(cè)試用例的分析討論、bug的分析、測(cè)試力度的分析。二是系統(tǒng)中每個(gè)模塊擔(dān)負(fù)著不同的任務(wù)或者完成某些功能，從而為功能測(cè)試提供便利。

　　3．4 DCS系統(tǒng)嵌入式測(cè)試方案實(shí)現(xiàn)

　　至此，測(cè)試方案設(shè)計(jì)完畢，由前面小系統(tǒng)的示例性實(shí)驗(yàn)作指引，實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)難點(diǎn)不多。按照codeTest的測(cè)試過程，先插樁，再搭建系統(tǒng)。由于系統(tǒng)龐大，exe工程和庫文件工程多，所以插樁本身就是一個(gè)難點(diǎn)，而且工作量也不小。但是，一旦插樁完成，生成exe文件后，就一直用這些可執(zhí)行文件測(cè)試。系統(tǒng)源碼要放在CodeTestManager所在機(jī)器上，以便在以追蹤方式查看代碼執(zhí)行情況時(shí)，追蹤到源碼的每一頁每一行。

　　筆要遇到的困難者主有以下兩點(diǎn)：

　　(1)插樁上的困難：系統(tǒng)用刊的庫文件比較多，每個(gè)庫都是一個(gè)vc工程。關(guān)鍵在于這個(gè)庫會(huì)被多個(gè)exe工程包含。為了避免測(cè)試系統(tǒng)搭建好后，出現(xiàn)idb符號(hào)數(shù)據(jù)庫與插樁后的程序不符，必須按照exe分別插樁。每插樁一個(gè)exe工程，先查一查它所依賴的庫文件，把庫文件的vc工程以idb符號(hào)數(shù)據(jù)庫追加方式插樁，把exe工程插樁后的符號(hào)數(shù)據(jù)庫追加在最后。

　　(2)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行的困難：系統(tǒng)的進(jìn)程比較多，加上多個(gè)ctsever進(jìn)程就更多。而系統(tǒng)的啟動(dòng)過程，尤其是服務(wù)器的啟動(dòng)是有規(guī)律有順序的。如果手動(dòng)啟動(dòng)程序，則啟動(dòng)服務(wù)器將是一件痛苦的事。解決辦法是采用Windows腳本。例如連續(xù)啟動(dòng)兩個(gè)進(jìn)程，方法如下：

　　對(duì)于分布式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)，CodeTest的確能提供獨(dú)特的測(cè)試方案，尤其硬件輔助軟件版的CodeTest工具，功能更加強(qiáng)大。CodeTest工具可以在測(cè)試的各個(gè)階段設(shè)計(jì)不同的測(cè)試方案，還可以作為軟件開發(fā)過程中的輔助工具