CN109460219B - 快速序列化接口控制文件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种快速序列化接口控制文件的方法，旨在提供一种测试效率高,测试结果真实准确的序列化方法。本发明通过下述技术方案说明如下：基于通用文本文件Excel表编辑接口控制文件，创建excel文件；Excel解析模块从录入完的excel文件中提取出接口控制文件的数据结构信息，并将其表述为数据结构，同时通过基础/高级序列化方法模块输出定义出序列化方法，创建出模板生成器；进行序列化时，模板生成器根据测试程序输入的变量值，产生实例化消息对象，测试程序调用实例化消息对象的序列化方法处理字节与二进制流转换，将变量转换成二进制流；进行反序列化时，测试程序直接调用模板生成器将二进制流转换成变量值。

Description

快速序列化接口控制文件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对航空电子设备的控制与数据激励，实现对设备的功能测试与接口测试的，基于文本编辑实现的快速序列化接口控制文件(InterfaceControlDocument)的方法。

背景技术

在航空电子系统中，接口控制文件定义了航空电子系统中各设备间交互数据结构与协议。各设备在系统中相互交联，按照接口控制文件约定的数据内容和协议，实现控制信息的交互与数据信息的传递。随着航空电子技术的发展，航空电子系统交联关系也更加复杂，接口测试也变得越来越复杂且繁琐。在对设备进行接口测试时，首先需要按照接口控制文件发送相应数据，然后再接收设备返回的数据，并对其进行解析，最终根据解析结果判定其接口测试是否合格。变量从内存中变成可存储或可传输的数据(即二进制数据)的过程称之为序列化，反之则是反序列化。在接口测试中，当我们发送数据前需要通过序列化将其转变成二进制流。当我们需要解析收到的数据前，需要进行反序列化，将收到的二进制流转换成数据。序列化技术是为了解决二进制流与数据对象转换的问题，其基本的原理是根据约定的数据结构，把要保存的数据，转换成字节码的形式，反序列化则是把字节码解析为数据。在进行数据通信时，通信双方会按照接口控制文件约定的各种消息进行通信，为实现消息的传输，需要把消息进行序列化，并以二进制流的形式发送给对方，对方收到后，会按接口控制文件的约定的数据对象及数据结构，将二进制内容反序列化出数据对象来。在对航空电子设备进行接口验证时，需验证其设计是否遵循了接口控制文件。在实际研制过程中，接口控制文件的设计与版本控制是由系统设计人员负责，而不是软件人员。系统设计人员首先编制书面文档对接口控制文件进行约定。随后，软件人员再将接口控制文件规定的数据结构固化到代码中，形成可供程序调用的中间代码，最后在应用程序中调用上述中间代码实现序列化功能。此方法存在以下问题：

接口控制文件需要经过软件人员的理解后，再将数据格式通过代码的形式编码到源程序中。此环节必须需要依赖软件人员。而且各项目的接口控制文件描述方式各异，并且很多关键信息诸如：循环冗余校验码CRC交验内容起止、跨字节bit(比特位)组长度约定、字节序、位序等，无法直观在桢格式中进行体现，会带来理解上的歧义，导致实际接口与文档存在差异。更糟糕的是，在实际开发过程中，ICD经常发生修改，一旦接口控制文件发生更改，软件人员还需要重新编码；

虽然现有一些工具能完成接口控制文件的录入与ICD到源代码的自动转换，但是转换出来的源代码只是一种中间产物，不能直接使用。因为它只包含了数据结构信息，还不能实现与二进制流的相互转换，相关功能还需要在应用程序中额外实现，因此导致环节多、使用复杂。其次，信息的录入时，需要指定数据类型，例如float(浮点型)、double(双精度浮点型)、long(长整型)等。不同数据类型对应的数据精度，取值范围、占用存储空间大小各不相同，而系统人员往往无软件研发经历，并不具备区分各种数据类型的能力。对人员要求较高，导致实用性差，因此这类工具并不太适合系统人员使用；最后，接口控制文件的录入需要依托特定工具，不能通过通用的、常见的文本进行录入，使用受限。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种使用简单，测试效率高,测试结果也更真实准确，不依赖于特定平台或转换工具，且对使用人员也无软件开发基础要求，能让系统设计人员以一种简便、快速的方法编辑接口控制文件，并直接用于航空电子设备的接口测试。

本发明实现上述目的技术解决方案是，一种快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于包括如下步骤：基于通用文本文件Excel表编辑接口控制文件对接口控制文件的数据结构进行承载，约定便于理解的格式对信息进行表述，创建excel文件，编制测试程序软件；按照约定的格式要求，用人工方式将接口控制文件信息录入到空白excel文件中；在测试程序中，采用Excel解析模块从录入完的excel文件中，提取出用于表述接口控制文件的数据结构信息，并对其进行解析，输出定义好的数据规格；同时通过基础序列化方法模块/高级序列化方法模块输出定义出序列化方法；使用上述两步骤产生的定义好数据规格与序列化方法，共同创建出模板生成器；进行序列化时，模板生成器根据测试程序输入的变量值，产生实例化消息对象，测试程序调用实例化消息对象的序列化方法处理字节与二进制流转换，将变量转换成二进制流；进行反序列化时，测试程序直接调用模板生成器反序列化方法，将二进制流转换成变量值，并以字典类型供测试程序调用。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明基于通用文本文件编辑接口控制文件，通过Excel表对接口控制文件的数据结构进行承载，使得接口控制文件的录入不依赖于特定工具和数据库。通过约定的且便于理解的格式对信息进行表述。使用者只需关心数据是通过字节表示还是位表示，是整数还是小数，取值是否涉及负数，而不需要知道各种数据类型在数据精度，取值范围、占用存储空间大小上的区别。因此降低了对使用人员的要求，更利于系统人员使用。此外，Excel表可以被直接调用，且编辑后的文本文件能被测试程序直接调用，能实现文本与二进制流直接转换，无需中间环节转换。所见即所得，既减少了测试过程中对软件人员的依赖，也减少了中间环节以及中间环节带来的不确定性(例如对接口控制文件理解上的歧义)，提升了在测试过程的便捷性与准确性。从实际应用情况来看，使用本方法后，在设备接口测试上，相比传统测试方法至少节约50％的开发时间。

从使用技术实现上来看，本发明居于python语言实现，有着更好的开发效率、跨平台性与优异的可移植性，能很方便的在各种操作系统上进行部署。此外python语言所具有的混合编程优势，也让其被其它语言编写的程序调用更为方便。

附图说明

图1是本发明快速序列化接口控制文件的序列化流程图。

图2是本发明的反序列化接口控制文件的反序列化流程图。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，基于通用文本文件编辑接口控制文件Excel表对接口控制文件的数据结构进行承载。约定便于理解的格式对信息进行表述，创建excel文件，编制测试程序；根据空白excel文件输入，按照约定的格式要求，用人工将接口控制文件信息录入到存储设备的excel文件中；在测试程序中，采用Excel解析模块从录入完的excel文件中，提取出用于表述接口控制文件的数据结构信息，并对其进行解析，输出定义好的数据规格；同时通过基础/高级序列化方法模块输出定义出序列化方法；使用上述两步骤产生的定义好数据规格与序列化方法，共同创建出模板生成器；进行序列化时，模板生成器根据测试程序输入的变量值，产生实例化消息对象，测试程序调用实例化消息对象的序列化方法，将变量转换成二进制流；进行反序列化时，测试程序直接调用模板生成器反序列化方法，将二进制流转换成变量值，并以字典类型供测试程序调用。

实现序列化功能。具体方法如下：

步骤1，首先要创建excel文件，其次，需要确定用于指定具体某条消息的表单名每条消息都是一个表单，表单名代表了该条消息。一个excel文件包含该一个型号航空电子产品的全部收发消息，当然也可包含多个产品的收发消息，对使用无任何影响。但为方便管理，建议分开。excel文件名与所在路径将被用于参数传递给测试程序，目的在于明确所需调用的文件。用户按照约定格式填写每个表单。在约定的格式中，表单中的第一列，唯一标示接口控制文件ICD中对应的数据元素，作为测试程序直接使用的内容；保留循环冗余校验码CRC、二进制码十进制数BCD码等变量名，保留变量名表示该变量有使用二进制数表达十进制值等特殊的序列化方法；第二列用于指定变量占用存储单元的单位，有字节(byte)和比特位(bit)两种单位；第三列用于指定变量占用的存储单元的数量，与变量类型单位共同确定变占用的存储空间大小，如类型为byte，变量长度为2，则表示该变量占用2个字节。如类型为bit，变量长度为3，则表示该变量占用3个比特位。第四列，用于确定变量是否存在负数以及是否存在小数可能的变量精度，变量精度可以有正整数、正负整数、正小数、正负小数，4种组合。变量类型单位、变量长度与变量精度共同确定变量的数据类型。第五列为参与序列化的变量默认值；当用户序列化时，如不重新指定该值，将变量的默认取值参与序列化；第六列为对应保留名变量所需的额外数据，做扩展使用的其它信息。

EXCEL工作表中有很多个表单(sheet),构建excel文件格式表单，如下表所示

各表单可以指定不同的字节序，当变量需要多个字节表示时，字节序用于确定数据在本地存储与传输时，各字节的先后顺序关系。字节序通过表单名中的前缀确定，“>”表示大端序，“<”，表示小端序，如未说明，则取默认值。

各表单可以指定不同的比特位序，当变量使用多个比特位存储时，比特位序用于确定这些比特位存储数据时的高低地址代表的取值，例如某个变量使用3个比特位表示，其二进制内容为0b100，如果按照小端比特位序进行解析，数据取值为1，如果按照大端比特位序进行解析，则数据取值为8。比特位序通过表单名中的后缀确定，“>”表示大端序，“<”，表示小端序。如未说明，则取默认值。各表单可以指定不同的比特位序。

序列化时确定多个跨字节比特组之间组合关系的比特块划分，通过合并单元格进行明确。在第一个比特块中包含了4个比特组，还是这4个比特组代表了4个变量，分别是“上报状态1”、“上报状态2”、“上报状态3”和“上报状态4”，它们分别占用了3个、3个、4个和6个比特位，将这4个比特组作为2个字节进行序列化。该方法用于明确当有多个跨字节比特组且比特组存在多个8比特整数组合情况时，无法确定序列化单元大小的问题。

步骤2：excel解析模块对录入完成的excel文件进行解析。excel解析模块重载了文件解析模块的文件解析方法接口，实现了对excel文件的解析。因为通过文本文件表述ICD的方法并不局限于excel文件。为保证其可扩展性，本方法定义了文件解析模块。文本解析模块是一个抽象模块，定义了一种对文本操作的虚拟调用接口，使得文本解析模块具有更好的扩展性；excel解析模块针对excel文件，具体实现了文本解析模块的抽象接口，实现了对excel表的解析，通过有序字典order dict将列数据进行存储，这样既能按照顺序索引变量，也能通过变量名索引变量其它信息。当excel解析模块获取了某个变量对应的“类型单位”、“长度”以及“精度”信息后，通过查表法映射出对应变量的数据类型，进而获得序列化时最为重要的“格式化字符串”信息；此外通过读取excel格式信息获取合并单元格的信息，进而获得比特块划分信息，并将该信息用列表进行存储，解决了当有多个跨字节比特组且比特组是8比特整数时，无法确定序列化单元大小的问题。excel解析模块检测变量名，获取保留变量的信息，例如，当读取到包含CRC的CRC16变量名时，确定所述变量用于保存校验和结果，并且会获取指明了需要校验数据起止位置的“其它”列的信息，使用列表嵌套列表的数据格式对循环冗余校验信息进行保存，实现了对多级循环冗余校验的支持。为方便测试程序调用与传递，最后把上述这些信息全部汇总，以一种便于传递和调用的数据规格进行保存。通过定义一种接口类达到该目的。从某种层面上来说，该接口类充当了一种数据接口标准，降低了将数据提供者和数据使用者之间的耦合性。

步骤3：创建序列化方法模块。序列化方法模块定义出包含变量与二进制数据的相互转换方法，以及循环冗余校验码计算方法的序列化方法，基础序列化方法模块实现基本的转换方法，并通过有派生高级序列化方法模块实现更多转换方法；通过定义基础序列化方法模块与高级序列化方法模块实现提升序列化方法的扩展性。

测试程序在处理字节与二进制流转换的过程中使用python语言实现底层二进制数据存储空间的创建，通过格式化字符串实现变量与二进制流的转换；在处理比特组变量时，采用将变量值转换成二进制字符串，再对二进制字符串结合位置偏移信息进行翻转、拼接、补零和切片操作，实现比特组变量与二进制流之间的转换。另外值得一提的是，可以实现多级校验和计算。校验和信息使用列表嵌套列表的数据格式进行保存(列表中的每个元素还是一个列表，其表示了每一次需要校验的数据的起止位置)，列表中的先后顺序决定了校验和计算的先后顺序，即先按照列表中第一个元素确定的起止位置计算校验和，然后将此结果作为输入再进行下一次校验和计算的输入。

步骤4：测试程序将产生的定义好的数据规格以及序列化方法模块确定的序列化方法，作为参数传入模板生成器的构造函数，从而创建出包含了数据结构和处理数据结构方法的模板生成器；模板生成器首先创建一份自己的深拷贝，然后对这个拷贝动态增加一个需要实例化的变量取值的属性，并将其实例化消息对象返回，供测试程序调用。通过赋予变量不同的值，模板生成器可反复创建不同的实例化消息对象。

模板生成器既包含了数据结构也包含了处理数据结构的方法，但是没有包含具体需要处理的数据内容。模板生成器是为了解决反复从文本文件读取数据导致效率低下的问题，通过此方法可以一次性获取文本信息并在以后多次重复利用，以达到提升程序运行效率的目的。

模板生成器就像工厂一样，通过赋予变量不同的值，可以反复创建不同的实例化消息对象。模板生成器产生实例化消息对象采用了Python语言的动态技术。模板生成器首先创建了一份自己的深拷贝，然后对这个拷贝动态的增加了一个需要实例化的变量取值的属性，并将其返回。这个返回的对象就是实例化消息对象。实例化消息对象既包含了数据结构、处理数据结构的方法还包含了具体需要处理的数据内容。实例化消息对象最终将被应用程序调用。动态属性还带来一个好处就是可以避免混用模板生成器与实例化消息对象。当模板生成器调用序列化方法时，将会因为没有该动态属性而报错，从而避免了两者的混用。由于用户并不关心全部变量取值，很多变量是恒定不变的，因此，在动态属性添加的时，首先是基于从excel中读取到的默认值，如变量被重新赋值，则将对默认值进行覆盖，如没有明确，则取默认值。

步骤5：如需实现序列化，如图1所示，测试程序以字典方式，将用户需要指定的变量值输入模板生成器，将产生对应输入变量值的实例化消息对象。不同的变量值产生不同的实例化消息对象供测试程序调用。测试程序直接调用实例化消息对象的序列化方法，将产生对应实例化消息对象的二进制数据流；不同实例化消息对象调用实例化方法后将产生不同的二进制流。

参阅图2，实现反序列化功能。反序列化实现的前四个步骤与序列化完全相同，第五步有所区别。测试程序直接调用模板生成器反序列化方法，将二进制流转换成变量值，并以字典类型供测试程序调用。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书实施例的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于包括如下步骤：基于通用文本文件Excel表编辑接口控制文件，对接口控制文件的数据结构进行承载，约定便于理解的格式对信息进行表述，创建excel文件，调用Excel解析模块的软件，编写测试程序；按照约定的格式要求，用人工方式将接口控制文件信息录入到空白excel文件中；在测试程序中，采用Excel解析模块从录入完的excel文件中，提取出用于表述接口控制文件的数据结构信息，并对其进行解析，输出定义好的数据规格；同时序列化方法模块定义出包含变量与二进制数据的相互转换方法，以及循环冗余校验码计算方法的序列化方法，通过基础序列化方法模块或高级序列化方法模块产生序列化方法，输出定义出的序列化方法，创建出模板生成器；使用上述产生的序列化方法与定义好的数据规格，共同创建出模板生成器；进行序列化时，模板生成器根据测试程序输入的变量值，产生实例化消息对象，测试程序调用实例化消息对象的序列化方法处理字节与二进制流的转换，将变量转换成二进制流；进行反序列化时，测试程序直接调用模板生成器的反序列化方法，将二进制流转换成变量值，并以字典类型供测试程序调用。

2.如权利要求1所述的快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于：用户按照航空电子产品指定的文件名称创建同名的excel文件，按照约定格式，分表单sheet创建接口控制文件中的各个收发消息，并且表单sheet名与收发消息保持相同；以字典方式，将用户需要指定的变量值输入模板生成器，产生对应输入变量值的实例化消息对象；不同的变量值产生不同的实例化消息对象供测试程序调用；测试程序直接调用实例化消息对象的序列化方法，将产生对应实例化消息对象的二进制数据流；不同实例化消息对象调用实例化方法后产生不同的二进制流。

3.如权利要求1所述的快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于：在测试程序调用时，表单名与确定的excel文件路径一起作为参数被调用，明确所需序列化的某条具体的消息后，将接口控制文件信息按照规定的格式录入到excel文件中，在测试程序调用时，文件名与所在路径将被作为Excel解析模块构造函数的参数进行传递。

4.如权利要求1所述的快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于：按照约定的格式要求，支持通过自定义保留变量名格式的默认约定格式，保留循环冗余校验码CRC、二进制码十进制数BCD码变量名和保留变量名； excel文件格式表单中的第一列，唯一标示接口控制文件ICD中对应的变量作为测试程序直接使用的内容；第二列用于指定变量占用存储单元的单位，有字节byte和比特位bit两种单位；第三列用于指定变量占用的存储单元的数量，与变量类型单位共同确定变占用的存储空间大小；第四列用于确定变量是否存在负数，以及是否存在小数可能的变量精度、变量类型单位、变量长度与变量精度共同确定变量的数据类型；第五列为参与序列化的变量默认值，当用户序列化时，如不重新指定该值，将变量的默认取值参与序列化；第六列为对应保留名变量所需的额外数据，做扩展使用的其它信息。

5.如权利要求4所述的快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于：各表单可以指定不同的字节序与比特位序；当变量需要多个字节表示时，字节序用于确定数据在本地存储与传输时，各字节的先后顺序关系，字节序通过表单名中的前缀确定，“>”表示大端序，“<”，表示小端序，如未说明，则取默认值；当变量使用多个比特位存储时，比特位序用于确定这些比特位存储数据时的高低地址代表的取值；比特位序通过表单名中的后缀确定，“>”表示大端序，“<”，表示小端序；如未说明，则取默认值。

6.如权利要求1所述的快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于：文本解析模块是一个抽象模块，定义了一种对文本操作的虚拟调用接口，使得文本解析模块具有更好的扩展性；excel解析模块针对excel文件，具体实现了文本解析模块的抽象接口，实现了对excel表的解析，通过有序字典order dict将列数据进行存储，通过查表法映射出对应变量的数据类型，并获得序列化时的“格式化字符串”信息；此外通过读取excel格式信息获取合并单元格的信息，进而获得比特块划分信息，并将该信息用列表进行存储，以解决当有多个跨字节比特组且比特组是8比特整数时，很难确定序列化单元大小的问题。

7.如权利要求1或4所述的快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于：excel解析模块检测变量名，对录入完成的excel文件进行解析，当读取到包含CRC的CRC16变量名时，确定所述变量用于保存校验和结果，并且获取指明了需要校验数据起止位置的“其它”列的信息，使用列表嵌套列表的数据格式保存循环冗余校验信息；按嵌套列表先后顺序计算循环冗余校验码，实现多级CRC校验。

8.如权利要求1所述的快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于：序列化方法模块定义出包含变量与二进制数据的相互转换方法，以及循环冗余校验码计算方法的序列化方法，基础序列化方法模块实现全部基本的转换方法，并通过有派生高级序列化方法模块实现更多转换方法，通过定义基础序列化方法模块与高级序列化方法模块实现提升序列化方法的扩展性。

9.如权利要求1所述的快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于：在处理字节与二进制流转换的过程中基础序列化模块采用如下技术：使用python编程的底层二进制数据存储空间创建格式化字符串，实现变量与二进制流的转换；在处理比特组变量时，将变量值转换成二进制字符串，再对二进制字符串结合位置偏移信息进行翻转、拼接、补零和切片操作，实现比特组变量与二进制流之间的转换。

10.如权利要求1所述的快速序列化接口控制文件的方法，其特征在于：测试程序将产生的定义好的数据规格以及序列化方法模块确定的序列化方法，作为模板生成器的构造参数传入模板生成器的构造函数，从而创建出包含了数据结构和处理数据结构方法的模板生成器；模板生成器首先创建一份自己的拷贝，然后对这个拷贝动态增加一个需要实例化的变量取值的属性，形成实例化消息对象，并将该实例化消息对象返回测试程序，供其调用；通过赋予变量不同的值，模板生成器可反复创建不同的实例化消息对象。

Images