基于CodeTest工具的DCS系统嵌入式测试设计

修兵

随着DCS系统的发展，迫切需要一种工具能够在软件开发的集成阶段、系统阶段等对DCS系统的软件进行实时在线的测试与分析，以保证系统的性能和可靠性。

    DCS系统长期运行的稳定性、实时性等特点，使得厂家对其软件质量有着非常苛刻的要求，而DCS系统的分布式特点，又使得其集成测试、系统级测试非常困难。本文介绍一种独特的DCS分布式系统的测试方案，对分布在一个网络中多台电脑上的各个系统模块(每台电脑运行多个系统模块)同时测试，监视其覆盖率、内存泄漏、运行性能等重要测试指标。测试工具选用美国Metrowerks公司的CodeTest嵌入式测试工具。

1 DCS系统概述
    DCS系统一般是物理上分布的控制系统，有两种基本结构：总线网结构和星型网结构。有些DCS客户由于生产规模小，可能对系统要求不高，把服务器、工程师站、操作员站集于一台机器上即可，但就其控制站和上机系统而言，整个系统在物理上、逻辑上仍然是分布式的。



2 CodeTest嵌入式测试工具概述
    CodeTest具有强大的测试分析功能。

    由于CodeTest对软件打点技术和从总线捕获数据进行了改善和提升，正是这种原理上的优势，使得CodeTest具有强大的性能分析、内存分析、高级覆盖率分析和代码跟踪功能。

    CodeTest工具主要有三个版本：一个是纯硬件版，由于它不能满足用户的需求，早已被淘汰；另外两个是纯软件版和硬件辅助软件版，其中以硬件辅助软件版最好。

    纯软件测试工具的测试原理有两个必需的任务——插桩函数和预处理任务。由于插入插桩函数和预处理任务的存在，使系统的代码增大，对系统的运行效率有一定的影响。但是，随着CPU速度和存储技术不断提高，纯软件版方案仍然可行。


3 DCS系统嵌入式测试方案设计
    由于DCS系统比较复杂，服务器上有15个lib文件、20个exe任务，操作员站有4个dll工程和6个exe任务，这些模块在管理网层构成一个实时运行的整体。测试一个程序或者一个测试用例，必将影响其他任务，例如：在操作员站上写一个值到I／0控制站，改变一个阀门的开关状态，这个值会被传到实时数据库，完成操作历史记录，然后送到系统网驱动，由与I／0站通信的gateway.exe和GatewayMonitor模块发到现场控制站。工程师站主要用于离线组态，其dll工程和exe工程一共有十几个，在进行工程组态时，会出现多个模块同时运行。在下装时，下装任务模块和服务器操作员站程序会同时运行(至少与操作员站、服务器的守护程序同时运行)，此时，要想把覆盖率数据收集齐全，在以前是非常困难的。因为测试者的一个动作将会引起几台机器上的多个模块的代码执行。使用CodeTest测试工具，运用其设计巧妙的测试方案，终于解决了这个难题。

3．1 纯软件版CodoTest测试方法
    用纯软件版CodeTest工具测试时，先用CodeTest进行插桩(打点)，生成exe或者其他可执行文件，然后在装载测试程序的机器A上运行CodeTest的ctserver.exe,并设定其收集测试数据的端口，格式如下：
    ctserver-p 3050

    接着在机器B上(A和B也可以是同一台机器)运行CodeTest Manager(ctmgr)，创建workspace，指定插桩文件、内存检查目标文件、端口和etserver所在机器的IP地址，连接ctserver并执行。最后在A上运行需要测试的程序C.exe，这样C.exe的执行情况、性能、覆盖率、内存是否泄漏等数据都被采集在CodeTest Manager的Software Probe中。CodeTest Manager提供了友好的窗口界面，可以查看每个函数的运行覆盖率，也可以查看每个文件的覆盖率，还可以对测试结果进行保存、导出、合并等。

3．2 一个小的测试方案的分析与设计
    图l已经给出了DCS系统的体系结构．这里将结合CodeTest设计测试方案。

    为了便于理解，先举个简单的设计实例：设一个小的软件系统在A机和B机上运行。A机上运行着两个进程(或任务模块)：A1.exe和A2.exe，A1.exe使用ALIB1.1ib和ALIB2.1ib库文件，A2.exe使用A.dll动态链接库；B.exe运行在B机上，B.exe上的操作将引起A机上的两个进程A1和A2。现在对A1、A2和B三个任务模块组成的系统进行系统测试，监视其覆盖率、内存泄漏、运行性能等重要测试指标。




    对于这个简单的系统，其测试系统已经不算简单，而对于总共有60多个工程，至少有20个以上的进程同时运行的DCS综合自动化控制系统，其测试方案图就更复杂了，要考虑的问题就更多了。

    还有一些难点需要解决：

    (1)对于A1和A2，怎样同时采集代码执行测试数据，调用lib静态库文件或者dll动态链接库文件，怎样才能查看这些库文件的执行情况，是否在库程序中存在内存泄呢?

    经过探索得到解决方法如下：采用CodeTest的追加打点方法，将Al和A2以及它们的库文件打点到一个符号数据库文件(CodeTest打点生成的IDB文件，追加打点命令格式：-CTidb=E：\importan＼test.idb。CodeTest使用有很多细节上的技巧，请参见用户手册和软件自带的帮助文件)，用一个ctserver、一个通信端口采集测试数据。注意，为了在CodeTest Manager的Coverage Data中追踪到代码每一行的执行情况，必须在Configuration窗口内Source Code Directories中加入各源码的路径。

    (2)A1和A2可能是由两个工程师开发的，他们可能不愿意把测试数据混在一起。在这种情况下，可以在A机上运行两个不同端口各自采集测试数据ctserver，在CodeTest Manager中也要多开一个Software Probe，并指定相应的配置。插桩时，也要分开插桩，生成各自的IDB符号库文件。

3．3 大型DCS综合自动化控制系统的测试方案
    大型DCS综合自动化控制系统的测试方案与上述小系统的测试方案类似，但要考虑插桩函数对DCS系统的影响。为了减轻这种影响，单独用一个配置很高(内存1.5GB)的电脑H，运行codeTest Manager采集系统服务器、操作员站和工程师站的各个模块的测试数据。这样服务器、操作员站、工程师站只需运行采集测试数据的服务器ctservei，从而大太减轻测试系统的额外负担。

    电脑H成为测试数据的集中地，主要基于以下几点考虑：
    (1)测试数据集中起来，可直接导出测试报告进行合并，便于分析。尤其对覆盖率太低的模块，便于测试经理和开发工程师根据代码的执行情况，找出哪些功能没有相对应的测试用例，然后交给测试工程师进一步丰富测试用例。
    (2)节省测试成本。集中收集测试信息，可以减少工作量。另一方面，也是受CodeTest的license的限制，当时只有一个网卡和一个license，只能在一台机器上运行CodeTest Manager。当然，在条件好的情况下，用几台电脑分别收集服务器、操作员站和工程师站的数据，测试效果会更好。对软件系统的影响最小，但成本也会相应增加。



    从图3可以看到，用到的ctserver比较多，主要原因有两个，一是系统模块比较多，而且很多模块是不同的开发工程师负责开发维护，并且由另一个测试工程师测试。采用不同的ctserver可以把收集的测试信息分开，便于测试用例的分析讨论、bug的分析、测试力度的分析。二是系统中每个模块担负着不同的任务或者完成某些功能，从而为功能测试提供便利。

3．4 DCS系统嵌入式测试方案实现
    至此，测试方案设计完毕，由前面小系统的示例性实验作指引，实现环节难点不多。按照codeTest的测试过程，先插桩，再搭建系统。由于系统庞大，exe工程和库文件工程多，所以插桩本身就是一个难点，而且工作量也不小。但是，一旦插桩完成，生成exe文件后，就一直用这些可执行文件测试。系统源码要放在CodeTestManager所在机器上，以便在以追踪方式查看代码执行情况时，追踪到源码的每一页每一行。

    笔要遇到的困难者主有以下两点：
    (1)插桩上的困难：系统用刊的库文件比较多，每个库都是一个vc工程。关键在于这个库会被多个exe工程包含。为了避免测试系统搭建好后，出现idb符号数据库与插桩后的程序不符，必须按照exe分别插桩。每插桩一个exe工程，先查一查它所依赖的库文件，把库文件的vc工程以idb符号数据库追加方式插桩，把exe工程插桩后的符号数据库追加在最后。
    (2)测试系统运行的困难：系统的进程比较多，加上多个ctsever进程就更多。而系统的启动过程，尤其是服务器的启动是有规律有顺序的。如果手动启动程序，则启动服务器将是一件痛苦的事。解决办法是采用Windows脚本。例如连续启动两个进程。

   
    对于分布式系统和嵌入式系统，CodeTest的确能提供独特的测试方案，尤其硬件辅助软件版的CodeTest工具，功能更加强大。CodeTest工具可以在测试的各个阶段设计不同的测试方案，还可以作为软件开发过程中的辅助工具。