DE102021109133A1 - Method and device for creating test cases for a test system - Google Patents
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- G06F11/263—Generation of test inputs, e.g. test vectors, patterns or sequences ; with adaptation of the tested hardware for testability with external testers
Abstract
Verfahren (10) zum Erstellen von Testfällen (3c) für ein Testsystem (1a), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- Anforderungen (1) an das Testsystem (1a) werden gemäß einem ersten Lernalgorithmus (2) anhand eines Korpus (2a) in Testszenarien umgewandelt,- aus den Testszenarien werden gemäß einem zweiten Lernalgorithmus (3) anhand von vorgegebenen Randbedingungen (3a) in einem vorgegebenen Prüfrahmen (3b) die Testfälle (3c) erstellt und- gemäß einem dritten Lernalgorithmus (4) wird aus Merkmalen des Testsystems (1a) eine erste Merkmalsmatrix (4a) gebildet, welche in den Korpus (2a) aufgenommen (11) wird.Method (10) for creating test cases (3c) for a test system (1a), characterized by the following features: - Requirements (1) for the test system (1a) are based on a corpus (2a) in test scenarios according to a first learning algorithm (2). converted,- the test cases (3c) are created from the test scenarios according to a second learning algorithm (3) using predetermined boundary conditions (3a) in a predetermined test framework (3b) and- according to a third learning algorithm (4), characteristics of the test system (1a ) formed a first feature matrix (4a), which is included (11) in the body (2a).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen von Testfällen für ein Testsystem. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein Speichermedium.The present invention relates to a method for creating test cases for a test system. The present invention also relates to a corresponding device, a corresponding computer program and a storage medium.
Stand der TechnikState of the art
Insbesondere eingebettete Systeme (embedded systems) sind auf schlüssige Eingangssignale von Sensoren angewiesen und stimulieren wiederum ihre Umwelt durch Ausgangssignale an unterschiedlichste Aktoren. Im Zuge der Verifikation und vorgelagerter Entwicklungsphasen eines solchen Systems wird daher in einer Regelschleife dessen Software (software in the loop, SiL), Prozessor (processor in the loop, PiL) oder gesamte Hardware (hardware in the loop, HiL) gemeinsam mit einem Modell der Umgebung simuliert. In der Fahrzeugtechnik werden diesem Prinzip entsprechende Simulatoren zur Prüfung elektronischer Steuergeräte je nach Testphase und -objekt mitunter als Komponenten-, Modul- oder Integrationsprüfstände bezeichnet.Embedded systems in particular are dependent on coherent input signals from sensors and in turn stimulate their environment through output signals to a wide variety of actuators. In the course of the verification and upstream development phases of such a system, its software (software in the loop, SiL), processor (processor in the loop, PiL) or entire hardware (hardware in the loop, HiL) are combined with a model in a control loop simulated in the environment. In automotive engineering, simulators for testing electronic control units based on this principle are sometimes referred to as component, module or integration test benches, depending on the test phase and object.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Erstellen von Testfällen für ein Testsystem, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.The invention provides a method for creating test cases for a test system, a corresponding device, a corresponding computer program and a storage medium according to the independent claims.
Ein Vorzug der nachfolgend vorgestellten Lösung liegt darin, dass es die Merkmale des zu testenden Systems berücksichtigt, um die Durchführung von Tests zu optimieren.An advantage of the solution presented below is that it takes into account the characteristics of the system under test in order to optimize the test execution.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann vorgesehen sein, dass mittels einschlägiger Algorithmen aus dem Bereich des überwachten Lernens (supervised learning) aus den Merkmalen von Testsystem und -fällen Merkmalsmatrizen gebildet und anhand letzterer die Testfälle in Klassen eingeteilt werden. Dies ermöglicht eine automatische Klasseneinteilung der Testfälle für das jeweilige Testsystem - etwa ein HiL-, SiL-, PiL-System oder vollständiges Fahrzeug - unter Berücksichtigung funktionaler und nicht-funktionaler Systemanforderungen. Diese Einteilung unterstützt sowohl eine systematische Auswertung der Testergebnisse als auch eine Verbesserung der Eigenschaften des Testsystems.Advantageous further developments and improvements of the basic idea specified in the independent claim are possible as a result of the measures listed in the dependent claims. Provision can thus be made for feature matrices to be formed from the features of the test system and test cases using relevant algorithms from the field of supervised learning, and for the test cases to be divided into classes on the basis of the latter. This enables an automatic classification of the test cases for the respective test system - such as a HiL, SiL, PiL system or a complete vehicle - taking into account functional and non-functional system requirements. This classification supports both a systematic evaluation of the test results and an improvement in the properties of the test system.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass die Klasseneinteilung zur Auswahl von Testfällen für das Testsystem herangezogen wird. Dies verbessert die Effizienz eines kontinuierlichen Tests, da die für das jeweilige Testsystem aussagekräftigsten Testfälle selbsttätig zugeordnet werden können.According to a further aspect, provision can be made for the classification to be used to select test cases for the test system. This improves the efficiency of a continuous test, since the test cases that are most meaningful for the respective test system can be assigned automatically.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass anhand der Testergebnisse die Güte des jeweiligen Testsystems gemessen wird. Auf diese Weise lässt sich für jeden der ausgewählten Testfälle eine Aussage über die Eignung unterschiedlicher Testsysteme treffen, etwa dahingehend, dass ein bestimmter Fall besser in einer HiL- als in einer SiL-Umgebung getestet werden sollte.According to a further aspect, it can be provided that the quality of the respective test system is measured on the basis of the test results. In this way, a statement about the suitability of different test systems can be made for each of the selected test cases, for example to the effect that a specific case should be tested better in a HiL than in a SiL environment.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Merkmalsmatrix hinsichtlich der Güte der Merkmale aktualisiert wird. Somit können die auf dem Testsystem gewonnenen Erkenntnisse in den Lernalgorithmus zur Erstellung der Testfälle einfließen, wodurch die Testabdeckung auf dem jeweiligen Testsystem gesteigert wird.Finally, it can be provided that the feature matrix is updated with regard to the quality of the features. The knowledge gained on the test system can thus flow into the learning algorithm for creating the test cases, which increases the test coverage on the respective test system.
Figurenlistecharacter list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 das Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform. -
2 die Bildung einer Merkmalsmatrix der Testfälle im Dateiformat der Python-Programmbibliothek „NumPy“. -
3 die Klasseneinteilung eines Testfalles gemäß einem Algorithmus, welcher Informationen aus den Merkmalsmatrizen der Testfälle, des Testsystems und des letzten Aktualisierungsvorgangs heranzieht. Aus den Matrizen extrahierte Daten betreffen neben Prüfrahmen und Qualitätskennzahlen beispielsweise geforderte Merkmale, deren Verteilung über das Testsystem sowie Häufigkeit und Kontext ihrer Überprüfung. -
4 schematisch eine Arbeitsstation gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 the flowchart of a method according to a first embodiment. -
2 the creation of a characteristic matrix of the test cases in the file format of the Python program library "NumPy". -
3 the classification of a test case according to an algorithm which uses information from the feature matrices of the test cases, the test system and the last update process. Data extracted from the matrices, in addition to test frameworks and quality indicators, concern, for example, required characteristics, their distribution across the test system, as well as the frequency and context of their verification. -
4 schematically a workstation according to a second embodiment.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Berücksichtigung finden hierbei die funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen (1) an das zu testende System (1a). Einschlägige Testsysteme weisen Merkmale wie bestimmte Sensoren, Aktoren, Steuereinheiten oder Kommunikationsnetze auf, die entweder physisch oder virtuell vorliegen.The functional and non-functional requirements (1) of the system to be tested (1a) are taken into account. Relevant test systems have features such as specific sensors, actuators, control units or communication networks that are either physical or virtual.
Ein maschineller Lernalgorithmus (2) verwendet Werkzeuge zur Verarbeitung natürlicher Sprache, um die an das Testsystem (1a) gestellten Anforderungen (1) in Testszenarien umzuwandeln, wobei bekannte Methoden zur Textvorverarbeitung, Tokenisierung und Normalisierung zum Einsatz kommen. Die Erzeugung der Testszenarien beruht dabei auf einer Merkmalsmatrix (4a) des Testsystems (1a), deren Aufbau im Weiteren genauer beleuchtet werden soll.A machine learning algorithm (2) uses natural language processing tools to convert the requirements (1) placed on the test system (1a) into test scenarios, using known methods for text preprocessing, tokenization and normalization. The generation of the test scenarios is based on a feature matrix (4a) of the test system (1a), the structure of which will be examined in more detail below.
Der zum überwachten Lernen verwendete Datenkorpus (2a) besteht aus Merkmalen des Testsystems (1a), welche im Rahmen des Lernalgorithmus (2) zur Erzeugung der Testszenarien genutzt werden.The data corpus (2a) used for supervised learning consists of features of the test system (1a), which are used within the framework of the learning algorithm (2) to generate the test scenarios.
Aus den besagten Testszenarien werden gemäß einem zweiten Lernalgorithmus (3) anhand vorgegebener Randbedingungen (3a) die Testfälle (3c) erstellt, wobei je nach Anwendungsgebiet und Prüfrahmen (3b) entweder gängige Methoden wie suchbasiertes Testen oder eigens entworfene Methoden zur Regression aus dem Bereich des maschinellen Lernens (ML) zum Einsatz kommen.From the said test scenarios, the test cases (3c) are created according to a second learning algorithm (3) based on given boundary conditions (3a), whereby, depending on the area of application and test framework (3b), either common methods such as search-based testing or specially designed methods for regression from the area of machine learning (ML) are used.
Die Randbedingungen (3a) der Parameter für die automatische Erstellung der Testfälle (3c) werden vorgegeben, um die Beherrschbarkeit und Gültigkeit der Testfälle (3c) für das Testsystem (1a) sicherzustellen.The boundary conditions (3a) of the parameters for the automatic creation of the test cases (3c) are specified in order to ensure the controllability and validity of the test cases (3c) for the test system (1a).
Bestimmte Anwendungsbereiche wie Antriebsstrang, Bremse, Multimedia oder Fahrerassistenz erfordern unterschiedliche Testszenarien, -methoden, -systeme und Prüfrahmen (3b) in funktionaler (z. B. Validierung der Fahrdynamikregelung gemäß ISO 19365:2016) und nicht-funktionaler (z. B. Dienstgüte eines Kommunikationsnetzes) Hinsicht.Certain areas of application such as powertrain, brakes, multimedia or driver assistance require different test scenarios, methods, systems and test frames (3b) in functional (e.g. validation of vehicle dynamics control according to ISO 19365:2016) and non-functional (e.g. quality of service). of a communication network) respect.
Die auf diese Weise erstellten Testfälle (3c) bilden die Ausgabe des zweiten Lernalgorithmus (3), die für die Ausführung im Testsystem (1a) vorgesehen sind.The test cases (3c) created in this way form the output of the second learning algorithm (3), which is intended for execution in the test system (1a).
Gemäß einem dritten Lernalgorithmus (4) wird aus den oben beschriebenen Merkmalen des Testsystems (1a) eine Merkmalsmatrix (4a) gebildet. Der Algorithmus extrahiert diese Merkmale automatisch aus der Architektur des Testsystems (1a).According to a third learning algorithm (4), a feature matrix (4a) is formed from the features of the test system (1a) described above. The algorithm automatically extracts these features from the architecture of the test system (1a).
Die von der Merkmalsmatrix (4a) erfassten Merkmale des Testsystems (1a) werden auf die in einem späteren Schritt (8) gemessene Güte (12) abgebildet und - sowohl hinsichtlich der Güte (12) als auch neuer Merkmale - fortlaufend aktualisiert (13). Anhand der ermittelten Güte (12), der Angaben aus der Testfall-Merkmalsmatrix (5a), der gegenwärtigen Merkmalsmatrix (4a) des gesamten Testsystems (1a) sowie der Daten über deren vergangene Aktualisierungen (13) wird die Matrix (4a) fortlaufend angepasst und weiterentwickelt. Vereinfacht ausgedrückt werden dabei die Daten aus früheren Wiederholungen zugrunde gelegt, um die Kenntnis der Güte (12) des Testsystems (1a) anhand neuer Einsichten aus den Ergebnissen (7a) des derzeit bewerteten Testfalls zu erweitern. Die Merkmalsmatrix (4a) liegt hierbei in Form eines Tensors für die ML-Algorithmen vor, beispielsweise:
Gemäß einem - dem dritten Lernalgorithmus (4) ähnlichen - vierten Lernalgorithmus (5) wird aus den Merkmalen der Testfälle (3c) eine zweite Merkmalsmatrix (5a) gebildet.According to a fourth learning algorithm (5), which is similar to the third learning algorithm (4), a second feature matrix (5a) is formed from the features of the test cases (3c).
Diese zweite Merkmalsmatrix (5a) wird im Weiteren zu einem Vergleich mit den verfügbaren Merkmalen des Testsystems (1a) in der ersten Merkmalsmatrix (4a) herangezogen. Die Kenntnis darüber, welche Merkmale oder Funktionen des Testsystems (1a) vom betrachteten Testfall berührt sind, wird dazu verwendet, die erste Merkmalsmatrix (4a) hinsichtlich der in einem späteren Schritt (8) gemessenen Güte (12) dieser Merkmale bzw. Funktionen des Testsystems (1a) zu aktualisieren (siehe
Gemäß einem fünften Lernalgorithmus (6) werden die Testfälle (3c) im Rahmen eines Vergleichs der Merkmalsmatrizen in Klassen eingeteilt und dem Testsystem (1a) - abhängig von Verfügbarkeit und Güte (12) seiner Merkmale - gemäß der Klasseneinteilung zugeordnet. Die erste Merkmalsmatrix (4a) bildet Umfang und Güte (12) des Testsystems (1a) auf dessen gegenwärtigen Zustand ab. Die zweite Merkmalsmatrix (5a) hingegen stellt diejenigen Bereiche und Merkmale des Testsystems (1a) dar, welche durch den jeweiligen Test (7) angesprochen, aktiviert oder überprüft werden.According to a fifth learning algorithm (6), the test cases (3c) are divided into classes as part of a comparison of the feature matrices and assigned to the test system (1a)--depending on the availability and quality (12) of its features--according to the class division. The first feature matrix (4a) maps the scope and quality (12) of the test system (1a) to its current state. The second feature matrix (5a), on the other hand, represents those areas and features of the test system (1a) that are addressed, activated or checked by the respective test (7).
Mittels eines Algorithmus (6), der den für den vorliegenden Test (7) relevanten Zustand des Testsystems (1a) analysiert, kann somit eine Aussage über die Überprüfbarkeit des betrachteten Systems (1a) getroffen und der erstellte Testfall dementsprechend eingeordnet werden. Bezugnehmend auf
Entsprechend der - gemäß dem fünften Lernalgorithmus (6) vorgenommenen - Klasseneinteilung wird das Testsystem (1a) in den zugeordneten Testfällen (3c) nunmehr selbsttätig dem Test (7) unterzogen.The test system (1a) is now automatically subjected to the test (7) in the assigned test cases (3c) in accordance with the class division made according to the fifth learning algorithm (6).
Die vom Test (7) gelieferten Ergebnisse (7a) werden hinsichtlich der Kriterien „bestanden“ und „nicht bestanden“ ausgewertet und ein diesbezüglicher Prüfbericht erstellt.The results (7a) provided by the test (7) are evaluated with regard to the criteria "passed" and "failed" and a test report is created in this regard.
Gemäß einem sechsten Lernalgorithmus (8) werden die Ergebnisse (7a) des Tests (7) zur Qualitätsmessung mit den in einem Bezugssystem vorgenommenen Messungen (z. B. in Anwendung von Signalvergleichsalgorithmen nach ISO/TS 18571) verglichen und ein Bericht über die Güte (12) des Testsystems (1a) erstellt.According to a sixth learning algorithm (8), the results (7a) of the quality measurement test (7) are compared with the measurements made in a reference system (e.g. using signal comparison algorithms according to ISO/TS 18571) and a report on the quality ( 12) of the test system (1a) created.
Beim Bezugssystem mag es sich um ein Fahrzeug, einen HiL- oder SiL-Prüfstand handeln. Bei der Aktualisierung (13) eines Merkmales des Testsystems (1a) in der ersten Merkmalsmatrix (4a) fließt die Güte (12) mit einer Gewichtung ein, welche der Anzahl der durchgeführten Testfälle (3c) entspricht, die das betreffende Merkmal abdecken.The reference system may be a vehicle, a HiL or SiL test bench. When updating (13) a feature of the test system (1a) in the first feature matrix (4a), the quality flows (12) with a weighting that corresponds to the number of test cases (3c) performed that cover the feature in question.
Eine Kostenfunktion (8a) gibt den Aufwand für die Ausführung eines Testfalles in einem bestimmten Testsystem (1a) an, welcher als Gewichtungsfaktor zur Ermittlung der Güte (12) des Testsystems (1a) dient. Einerseits kann die Kostenfunktion (8a) die Teststrategie stützen, indem die Zuordnung der Tests (7) zu den verfügbaren Testsystemen aufwandsbewusst vorgenommen wird. Andererseits ermöglicht die Kenntnis um die Güte (12) des Testsystems (1a) in Verbindung mit der Kostenfunktion (8a), den Entwicklungs- und Testprozess wirtschaftlicher zu gestalten. Das Wissen über mögliche Qualitätseinbußen im anvisierten Testsystem (1a) erlaubt es, den Entwicklungs- und Testprozess gezielt zu steuern und auf diese Weise die Testabdeckung bereits in der Entwicklungsphase maßgeblich zu erhöhen.A cost function (8a) indicates the effort for executing a test case in a specific test system (1a), which is used as a weighting factor to determine the quality (12) of the test system (1a). On the one hand, the cost function (8a) can support the test strategy by assigning the tests (7) to the available test systems in an effort-conscious manner. On the other hand, knowledge of the quality (12) of the test system (1a) in connection with the cost function (8a) enables the development and test process to be designed more economically. The knowledge of possible quality losses in the targeted test system (1a) allows the development and test process to be controlled in a targeted manner and in this way to significantly increase test coverage as early as the development phase.
Durch die Messung der Güte (12) des Testsystems (1a) ist es in Ergänzung zur Klasseneinteilung möglich, Schwachstellen im Testsystem (1a) zu benennen. So lässt sich ein etwaiges Optimierungspotenzial (8b) bezüglich konkreter Anforderungen (1) aufzeigen, die womöglich zu Unrecht als nachrangig gelten, deren Erhöhung indes die Güte (12) des jeweiligen Zielsystems oder des Testsystems (1a) selbst entscheidend steigern würde. Dies wiederum hätte eine Qualitätssteigerung des eigentlichen Produkts oder des Testsystems (1a) zur Folge, was abermals die Teststrategie unterstützt. Dazu werden die qualitätsmindernden Merkmale und der mit diesen Merkmalen verknüpfte Prüfrahmen (3b) sämtlicher vergangener Testläufe analysiert und anhand der Analyse Unregelmäßigkeiten erkannt.By measuring the quality (12) of the test system (1a), it is possible to name weaknesses in the test system (1a) in addition to the classification. In this way, any potential for optimization (8b) with regard to specific requirements (1) can be shown, which may wrongly be considered subordinate, but whose increase would significantly increase the quality (12) of the respective target system or the test system (1a) itself. This in turn would result in an increase in the quality of the actual product or the test system (1a), which again supports the test strategy. For this purpose, the quality-reducing features and the test framework (3b) linked to these features of all previous test runs are analyzed and irregularities are identified based on the analysis.
Dieses Verfahren (10) kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einer Arbeitsstation (20) implementiert sein, wie die schematische Darstellung der
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