CN111159913A - 一种测试装备功能轻量化建模与仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试装备功能轻量化建模与仿真方法，包括步骤：建立自动测试装备模型；建立被测单元模型；通过仿真联调检测测试指令集设备和真实测试装备的健壮性；通过虚实联调实现测试联调过程中的故障定位。本发明通过对自动测试装备和被测单元进行充分的调研，将自动测试装备和被测单元的特征进行提炼和归纳，着重对自动测试装备和被测单元的接口信息和数据类型进行提炼和归纳，同时对自动测试装备内部的逻辑功能进行归纳和简化，实现功能的虚拟化，提出一种轻量化的测试模型框架技术。通过提取构成自动测试装备模型与被测单元模型的最基本元模型，在模型框架的基础上，通过对关键参数的修改，实现模型轻量化的快速建立和迭代。

Description

一种测试装备功能轻量化建模与仿真方法

技术领域

本发明属于测试装备功能建模和仿真领域，特别涉及一种测试装备功能虚拟化的轻量化建模方法和虚实联调的仿真方法。

背景技术

目前，复杂产品的联合测试普遍面临测试周期长的问题，联合测试的周期包括以下三个环节：1.被测单元的开发周期；2.测试指令集设备的开发周期；3.自动测试装备的开发周期。在不具备仿真工具进行联合测试的环境下，需要以上三个环节的软硬件同时具备才可进行联合测试。然而第2、3环节的开发周期通常明显快于第1环节的开发周期。因此，导致测试周期长的主要原因是测试环境各环节的开发周期不同。而如果能对各个环节的相应设备建立较为准确的功能虚拟化模型，并通过虚实联调的手段在被测产品开发完成前进行一部分测试，就能极大的缩短联合测试中所面临的测试周期长的问题，甚至能够尽早的发现一些潜在问题，及时的调整被测单元的设计、加工和开发。

达索公司的电子模拟软件解决方案使高科技/电子公司能够将跌落测试、包装和生命周期预测的仿真和模拟标准化。其应用工程解决方案便于用户以及设计师和工程师在他们的整个日常产品设计活动中充分利用仿真。仿真技术涵盖了结构、流体、塑料注塑、声学和结构化应用，能通过仿真在产品团队内推动设计和功能创新。

西门子公司的SIMIT是一款直观易用且运行高效的自动化项目安装测试系统。采用SIMIT，可从办公室里对大量的工程组态检测点进行实时仿真，完成设备、机器和过程的虚拟调试，而无需真正操作这些工厂设备；即使不能接触这些工厂资产，也同样如此。

但目前这些大型公司所提供的建模和仿真方法也存在着自身的一些缺陷和不足，存在的问题主要有：

(1)过于专注解决广泛的仿真领域和问题，针对某一特定领域缺少专业性；

(2)学习时间长，对开发人员要求较高；

(3)模型冗余过大，无法达到轻量级仿真；

(4)软件都是闭环，无法导入导出模型，模型的泛用性和兼容性低；

(5)无法作为打通“设计开发”到“测试环境”的模型描述方法。

发明内容

为此，本发明通过对自动测试装备和被测单元进行充分的调研，将自动测试装备和被测单元的特征进行提炼和归纳，着重对自动测试装备和被测单元的接口信息和数据类型进行提炼和归纳，同时对自动测试装备内部的逻辑功能进行归纳和简化，实现功能的虚拟化，提出一种基于元模型重用的、轻量化的测试模型框架技术。通过提取构成测试装备与被测单元模型的最基本元模型，在模型框架的基础上，通过对关键参数(诸如接口特性、功能数据、功能逻辑判断等)的修改，实现模型轻量化的快速建立和迭代。此外，通过仿真虚拟联调，在被测单元尚未开发完成之前，对测试指令集设备和自动测试装备进行健壮性的检测，同时通过仿真虚实联调，在复杂产品联调过程中快速定位故障。

本发明提供了一种测试装备功能轻量化建模与仿真方法，所述测试装备包括适用于数字通信范围内的自动测试装备及被测单元，包括如下步骤：

S1：建立自动测试装备模型

S11：通过将自动测试装备的特征提炼归纳为信息部分和测试功能集部分，构建自动测试装备轻量化模型框架；

S12:基于自动测试装备的测试功能集部分的所有测试功能信息，构建自动测试装备模型的元模型，从而实现自动测试装备模型功能的虚拟化；

S13:通过对步骤S12中构建的元模型的组合、重用和参数的修改，再基于步骤S11中所构建的自动测试装备模型框架，建立轻量化的自动测试装备模型，所述参数包括接口特性、功能数据或功能逻辑判断等；

S2：建立被测单元模型

S21：通过将被测单元的特征提炼归纳为信息部分和测试功能集部分，构建被测单元轻量化模型框架；

S22:基于被测单元的测试功能集部分的所有测试功能信息，构建被测单元模型的元模型，从而实现被测单元模型功能的虚拟化；

S23:通过对步骤S22中构建的元模型的组合、重用和参数的修改，再基于步骤S21中所构建的被测单元模型框架，建立轻量化的被测单元模型，所述参数包括接口特性、功能数据或功能逻辑判断等；

S3:通过仿真联调检测真实测试指令集设备和真实自动测试装备的健壮性；

S4：通过虚实联调实现测试测试联调过程中的故障定位。

进一步，步骤S11中，自动测试装备的信息部分包括版本模块、图标模块和接口信息模块；自动测试装备的测试功能集部分包括多个不同且独立的测试功能模块，各测试功能模块包括指令集、参数集、返回值和触发功能集四个模块。

进一步，步骤S21中，被测单元的信息部分包括版本模块、图标模块和接口信息模块；被测单元的测试功能集部分包括多个不同且独立的测试功能模块，各测试功能模块包括指令集、参数集、正确返回值和随机返回值四个模块。

进一步，步骤S3具体包括如下子步骤：

S31：基于步骤S1中建立的自动测试装备模型和步骤S2中建立的被测单元模型，通过软件构建自动测试装备仿真实体和被测单元仿真实体；

S32：根据每一个通信接口的属性申请仿真环境中接口的使用权，并建立软件线程进行侦听，初始化步骤S31中建立的自动测试装备仿真实体和被测单元仿真实体；

S33：在被测单元仿真实体中进行不同类型的故障注入，实现过程为在随机返回值中写入不同类型的正确数据和故障数据；

S34：测试真实测试指令集设备的健壮性：

采用真实测试指令集设备与步骤S1中建立的自动测试装备模型和步骤S2中建立的被测单元模型进行仿真联调，通过大量随机性数据的反馈，验证被测单元的返回数据，对真实测试指令集设备的健壮性进行检测；

S35：测试真实自动测试装备的健壮性：

采用经步骤S34检测后，健壮性合格的真实测试指令集设备与真实自动测试装备和被测单元模型进行仿真联调，通过大量随机性数据的反馈，验证自动测试装备的返回数据，对真实自动测试装备的健壮性进行检测。

进一步，步骤S4具体包括如下子步骤：

S41:当在复杂产品的联合测试中出现问题时，首先将真实测试指令集设备与理论上完全正确的自动测试装备模型和被测单元模型进行仿真联调，如若此时出现与联合测试问题相同的问题时，则证明该联合测试问题出在真实测试指令集设备处，需对真实测试指令集设备进行复查；否则证明真实测试指令集设备完好，进行步骤S34的测试；

S42:将真实测试指令集设备、真实自动测试装备和被测单元模型进行仿真联调，如若此时出现与联合测试问题相同的问题时，则证明该联合测试问题出在真实自动测试装备处，需对真实自动测试装备进行复查；否则证明问题出在真实被测单元处，应对真实被测单元进行复查。

本发明的有益效果：

1)模型采用模块化结构，使得建模效率大大提升，尤其是随着模型的不断使用，可以不断的丰富模块库和元模块库，使得建模效率在使用过程中能够不断的提升。

2)模型规范进行了深度归纳和总结，使得模型对专业领域具有很强的针对性，同时剔除了大量不必要的节点，使得能够满足轻量化建模的需求，降低建模成本，提高建模效率。

3)模型模块化结构的应用，使得模型具有很好的可拓展性和可继承性，当未来需要对模型进行进一步拓展时，可以保留模型通用模块部分，而只替换或增添新的模块即可。

4)通过本发明的仿真方法的应用，可以解决被测单元开发周期长而导致的复杂产品联合测试的周期长的问题，通过仿真虚拟联调，可以在被测单元尚未开发完成之前，对测试指令集设备和自动测试装备进行健壮性的检测，充分利用测试指令集设备和自动测试装备研发周期到被测单元研发周期之间的空白时间，降低企业的研发测试周期，提高企业的研发效率和经济效益。

5)通过本发明的仿真虚实联调，可以解决复杂产品联调过程中，故障难以定位的问题，快速的故障定位，可以使研究人员更快更方便的发现故障所在，针对性的进行修改和纠正，极大的降低企业的研发测试周期，提高企业的研发效率和经济效益。

附图说明

图1为本发明的装备功能轻量化建模与仿真方法流程图。

图2为本发明的自动测试装备模型规范示意图；

图3为本发明的被测单元模型规范示意图；

图4为本发明的仿真联调检测真实测试指令集设备和真实自动测试装备的健壮性流程图；

图5为本发明的虚实联调实现故障定位的方法流程图。

具体实施方式

本发明适用于数字通信范围内的自动测试装备及被测单元，其具有以下特征：

被测单元功能的输入与输出限于数字通信，如串行通信、TCP/IP、蓝牙等标准通信接口；

自动测试装备功能的输入与输出限于数字通信，如串行通信、TCP/IP、蓝牙等标准通信接口；

测试项目涉及各类交互式的指令通信；

自动测试装备测试能力不涉及模拟信号采集、模拟信号处理。

如图1所示，本发明提供了一种装备功能轻量化建模与仿真方法，具体包括如下步骤：

S1：建立自动测试装备模型

如图2所示，自动测试装备模型主要由测试装备信息和测试功能集两大部分组成，其中，测试装备信息部分主要包含版本、图标和接口信息三个模块；测试功能集模块由多个不同且独立的测试功能模块组成，其中每个测试功能模块包含指令集、参数集、返回值、触发功能集四个模块。参数集包括一个到多个所需的参数；触发功能集包括一个到多个所触发的功能。测试装备信息与测试功能集构成自动测试装备模型框架，测试功能模块、指令集、参数集、返回值、触发功能集是自动测试装备模型的元模型。

S2：建立被测单元模型

如图3所示，被测单元模主要有被测单元信息和被测单元功能集两大部分组成，其中，被测单元信息模块主要包含版本、图标和接口信息三个模块；被测单元功能集模块由多个不同且独立的被测单元功能模块组成，其中每个被测功能模块包含指令集、参数集、正确返回值和随机返回值四个模块。参数集包括一个到多个所需的参数。被测单元信息和被测功能集构成被测单元模型框架，被测功能模块、指令集、参数集、正确返回值和随机返回值是被测单元模型的元模型。

按照上述模型框架将自动测试装备和被测单元的特征进行提炼和归纳，着重对自动测试装备和被测单元的接口信息和数据类型进行提炼和归纳，同时对自动测试装备内部的逻辑功能进行归纳和简化，实现功能的虚拟化；通过对自动测试装备模型和被测单元模型的元模型进行组合、重用、参数修改，再基于各自的模型框架，可以快速构建测试环境内的各类测试装备模型和被测单元模型，实现了模型轻量化的目的。

S3:通过仿真联调检测真实测试指令集设备和真实自动测试装备的健壮性，图4示出了仿真联调检测真实测试指令集设备和真实自动测试装备的健壮性流程图，主要包括如下步骤：

S31：基于建立的自动测试装备模型和建立的被测单元模型，通过软件构建自动测试装备仿真实体和被测单元仿真实体；

S32：根据每一个通信接口的属性申请仿真环境中接口的使用权，并建立软件线程进行侦听，初始化建立的自动测试装备仿真实体和被测单元仿真实体；

S33：在被测单元仿真实体中进行不同类型的故障注入，实现过程为在随机返回值中写入不同类型的正确数据和故障数据；

S34：测试真实测试指令集设备的健壮性：

采用真实测试指令集设备与建立的自动测试装备模型和建立的被测单元模型进行仿真联调，通过大量随机性数据的反馈，验证被测单元的返回数据，对真实测试指令集设备的健壮性进行检测；

S35：测试真实自动测试装备的健壮性：

采用经步骤S34检测后，健壮性合格的真实测试指令集设备与真实自动测试装备和被测单元模型进行仿真联调，通过大量随机性数据的反馈，验证真实自动测试装备的返回数据，对真实自动测试装备的健壮性进行检测。

S4：通过虚实联调实现测试测试联调过程中的故障定位，图5示出了虚实联调实现故障定位的方法流程图，具体过程如下：

S41:当在复杂产品的联合测试中出现问题时，首先将真实测试指令集设备与理论上完全正确的自动测试装备模型和被测单元模型进行仿真联调，如若此时仍有相同问题出现，则证明该联合测试问题出在真实测试指令集设备处，需对真实测试指令集设备进行复查；否则证明该真实测试指令集设备完好，进行步骤S34的测试；

S42:将真实测试指令集设备、真实自动测试装备和被测单元模型进行仿真联调，如若此时出现与联合测试问题相同的问题时，则证明该联合测试问题出在真实自动测试装备处，需对真实自动测试装备进行复查；否则证明问题出在真实被测单元处，应对真实被测单元进行复查。

应该理解，本发明的模型建立过程是基于真实文档和特性来进行的，因此所建立的自动测试装备模型和被测单元模型本身就具备“理论上完全正确”的特性。

下面以具体实施例来进一步说明本发明。

被测单元以电压数字传感器模块为例，接收到指令后采集电压信号，转成数字信号并返回。自动测试装备为被测单元的自动测试装备，可发送指令至电压数字传感器模块，并对返回的数字信号进行判断。判断内容包括：返回数据结构是否完整、返回电压范围是否正确。

进行模型构建，主要分为如下几个步骤：

第一步，选取被测单元模型框架，并根据被测单元的信息完善模型中被测单元信息；

第二步，收集被测单元的所有测试功能的信息，包括指令、回复数据(正确数据、错误数据、随机数据)、数据格式、数据类型等，按元模型模板构建各测试功能的元模型；

第三步，将测试功能的元模型填入被测单元模型框架，构建被测单元模型；

第四步，选取自动测试装备模型框架，并根据自动测试装备的信息完善模型中被测单元信息；

第五步，收集自动测试装备的所有测试功能的信息，包括触发指令、返回数据的正确范围、数据格式、数据类型等，按元模型模板构建各测试功能的元模型；

第六步，将测试功能的元模型填入自动测试装备模型框架，构建自动测试装备模型；

第七步，构建模型通信接口信息，并与相关测试功能连接。

进行模型仿真

第一步，以上述模型为基础，通过软件构建设备仿真实体；

第二步，根据每一个通信接口的属性申请仿真环境中接口的使用权，并建立软件线程进行侦听，这两步操作用于建立完整的仿真实体，是仿真工作的初始化阶段；

第三步，在设备仿真实体中，进行不同类型的故障注入，实现过程为在随机返回值中写入不同类型的正确数据和故障数据；

第四步，测试真实测试指令集设备的健壮性：采用真实测试指令集设备与自动测试装备模型和被测单元模型进行仿真联调，通过大量随机性数据的反馈，验证被测单元的返回数据，对真实测试指令集设备的健壮性进行检测；

第五步，测试真实自动测试装备的健壮性：经过第四步检测后，健壮性合格的测试指令集与真实自动测试装备和被测单元模型进行仿真联调，通过大量随机性数据的反馈，验证测试装备的返回数据，对真实自动测试装备的健壮性进行检测。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例做出若干变型和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种测试装备功能轻量化建模与仿真方法，所述测试装备包括适用于数字通信范围内的自动测试装备及被测单元，其特征在于，包括如下步骤：

S1：建立自动测试装备模型

S11：通过将自动测试装备的特征提炼归纳为信息部分和测试功能集部分，构建自动测试装备轻量化模型框架；

S12:基于自动测试装备的测试功能集部分的所有测试功能信息，构建自动测试装备模型的元模型，从而实现自动测试装备模型功能的虚拟化；

S13:通过对步骤S12中构建的元模型的组合、重用和参数的修改，再基于步骤S11中所构建的自动测试装备模型框架，建立轻量化的自动测试装备模型，所述参数包括接口特性、功能数据或功能逻辑判断；

S2：建立被测单元模型

S21：通过将被测单元的特征提炼归纳为信息部分和测试功能集部分，构建被测单元轻量化模型框架；

S22:基于被测单元的测试功能集部分的所有测试功能信息，构建被测单元模型的元模型，从而实现被测单元模型功能的虚拟化；

S23:通过对步骤S22中构建的元模型的组合、重用和参数的修改，再基于步骤S21中所构建的被测单元模型框架，建立轻量化的被测单元模型，所述参数包括接口特性、功能数据或功能逻辑判断；

S3:通过仿真联调检测真实测试指令集设备和真实自动测试装备的健壮性；

S4：通过虚实联调实现测试联调过程中的故障定位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S11中，自动测试装备的信息部分包括版本模块、图标模块和接口信息模块；自动测试装备的测试功能集部分包括多个不同且独立的测试功能模块，各测试功能模块包括指令集、参数集、返回值和触发功能集四个模块。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S21中，被测单元的信息部分包括版本模块、图标模块和接口信息模块；被测单元的测试功能集部分包括多个不同且独立的测试功能模块，各测试功能模块包括指令集、参数集、正确返回值和随机返回值四个模块。

4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下子步骤：

S31：基于步骤S1中建立的自动测试装备模型和步骤S2中建立的被测单元模型，通过软件构建自动测试装备仿真实体和被测单元仿真实体；

S32：根据每一个通信接口的属性申请仿真环境中接口的使用权，并建立软件线程进行侦听，初始化步骤S31中建立的自动测试装备仿真实体和被测单元仿真实体；

S33：在被测单元仿真实体中进行不同类型的故障注入，实现过程为在随机返回值中写入不同类型的正确数据和故障数据；

S34：测试真实测试指令集设备的健壮性：

采用真实测试指令集设备与步骤S1中建立的自动测试装备模型和步骤S2中建立的被测单元模型进行仿真联调，通过大量随机性数据的反馈，验证被测单元的返回数据，对真实测试指令集设备的健壮性进行检测；

S35：测试真实自动测试装备的健壮性：

采用经步骤S34检测后，健壮性合格的真实测试指令集设备与真实自动测试装备和被测单元模型进行仿真联调，通过大量随机性数据的反馈，验证自动测试装备的返回数据，对真实自动测试装备的健壮性进行检测。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S4具体包括如下子步骤：

S41:当在复杂产品的联合测试中出现问题时，首先将真实测试指令集设备与理论上完全正确的自动测试装备模型和被测单元模型进行仿真联调，如若此时出现与联合测试问题相同的问题时，则证明该联合测试问题出在真实测试指令集设备处，需对真实测试指令集设备进行复查；否则证明真实测试指令集设备完好，进行步骤S34的测试；

S42:将真实测试指令集设备、真实自动测试装备和被测单元模型进行仿真联调，如若此时出现与联合测试问题相同的问题时，则证明该联合测试问题出在真实自动测试装备处，需对真实自动测试装备进行复查；否则证明该联合测试问题出在真实被测单元处，应对真实被测单元进行复查。

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