LKJ自动化测试脚本定义及生成技术研究

白鸿钧，张明凯，李冠军，杨清祥

（河南思维轨道交通技术研究院有限公司，郑州 450000）

列车运行监控装置（LKJ）是中国铁路用于防止列车冒进信号、运行超速事故和辅助司机提高操纵能力的重要行车设备。LKJ 车载设备内的嵌入式软件是实现列车运行控制的灵魂，其运行结果的正确与否，直接关系到列车的运行安全。车载控制软件逻辑正确性测试一直是LKJ 系统生产厂家的重要工作。业内对LKJ 车载控制软件的测试方法进行了广泛探索，一般采用手工测试和自动化测试两种方式进行测试。

手工测试难以实现待测软件逻辑的全覆盖，工作量大，花费时间长，且测试结果受限于测试工程师的专业知识。针对手工测试存在的问题，LKJ 生产厂家[1-3]及其他列控系统或设备生产厂家[4]对自动化测试方法进行了探索。实践证明，给通用的脚本语言增加LKJ 业务逻辑相关的关键字形成专用的脚本语言，以此专用脚本语言来定义测试用例，解释执行测试用例驱动硬件设备发送信号和采集LKJ 的反馈数据，判断是否符合预期，是可行的技术路线。

笔者参与研发的LKJ 自动化模拟仿真测试系统（Automatic Simulation and Test System，ASTS）在Python 语言基础上定义了专用于LKJ测试的脚本语言，采用图形编辑和手动录制的方式形成了系列、规模化的脚本库，成功运用于LKJ 功能、性能的自动化测试。

1 脚本语言定义

测试用例需要以某种编程语言来体现，编程语言的选择是系统成功的关键。在选定语言的基础上，增加LKJ 业务逻辑相关的语言特征和底层支持函数库，形成应用于LKJ 特定测试场景的脚本语言。LKJ 相关的业务逻辑判断在脚本语言中实现，脚本语言调用底层支持函数，底层支持函数驱动硬件，产生信号，获取LKJ 反馈，判断反馈结果是否符合预期，从而判定LKJ 软件工作是否正常。

1.1 脚本语言的选用

自动化测试的场景是：测试工程师编辑生成测试用例后发送到仿真测试平台，仿真平台执行测试用例，驱动硬件设备，产生各种信号，获取LKJ 反馈，比较LKJ 反馈是否符合预期，从而判断LKJ车载控制软件逻辑是否正确。测试中可能需要调整测试用例，考虑到测试工程师熟悉LKJ 业务，但不一定具备编程能力的情形，不能要求测试工程师按照软件开发的思路来编辑测试用例，编译后生成执行。测试用例依托的脚本语言必须具备动态执行、高效率两个特性，并且测试用例必须能够可视化呈现，因此，采用以下设计原则选择脚本语言。

1）考虑到脚本的可扩充性要求，应采用业内通用的脚本语言。

2）应采用动态语言。动态语言在执行时动态加载，不需要预先编译。

3）语言性能应满足时效性要求。

通过对Python 语言特征的分析以及Python 混合编程的特点分析[5-6]，确定Python 语言满足以上要求，选用Python 作为测试用例的脚本语言。

1.2 脚本定义

在Python 语言的基础上，增加LKJ 业务逻辑相关的关键字，比如设定列车运行速度、检查线路限速数值、获取LKJ 输出信息等，生成了ASTS 脚本语言。新增的关键字解释执行时调用底层的C++函数库[7-9]，实现业务逻辑。ASTS 脚本语言对Python 的扩充包括以下5 个方面。

1.2.1 设定LKJ测试所需的输入信号

设定LKJ 测试所需的输入信号，包括开关量信号和模拟量信号，为LKJ 提供外部信号条件，比如设定各路速度的速度值、各路压力信号的管压值、列车手柄状态、机车信号等。另外，还定义了具备内置业务逻辑的关键字，比如跟踪速度函数，可以持续跟踪LKJ 限速的变化，自动调整输入速度信号数值，使得速度贴近限速运行，直到满足某个条件时退出速度跟踪。

1.2.2 设定LKJ运行状态

设定LKJ 运行状态，可以改变LKJ 的运行控制参数和设备自身状态，使LKJ 处于测试所需的工作状态，测试能够启动和持续进行。比如校正LKJ的时间，设定司机发车参数（发车的车站号、运行线路、目的车站等），设定列车的检修参数（计算列车速度所需的机车轮径、速度传感器每周脉冲数等），对LKJ 各插件单元的嵌入式软件进行版本更新。

1.2.3 获取LKJ反馈信息

仿真测试系统能够接入LKJ 内部总线，侦听总线数据，获取系统内部通信数据；也可以采集屏幕显示器（DMI）视频显示和音频输出，通过图像识别和音频识别，获取视频音频信息。脚本语言定义了相关的关键字，以实现获取LKJ 信息反馈的功能。

DMI 图像识别通过图像二值化、字符串定位与剪裁、字符分割、字符识别等4 个过程识别字符点阵，采用“点阵对比”方式与标准字库中的字符点阵进行对比，识别出图像中的字符。

DMI 音频识别基于快速傅里叶变换（FFT）预先建立标准语音文件的识别特征库，采集到某段语音后分析该语音的声音特征，与识别特征库中的语音特征进行匹配，采用“最大可能性”原则，判定为哪一条标准语音。

1.2.4 测试结果判断

以断言Assert 的方式进行测试结果判断，判断LKJ 的信息输出和动作输出是否符合预期。

1.2.5 测试进度控制

定义了多种测试进度控制关键字，比如以动态延时（ASTS_Delay）和测试过程挂起的方式控制脚本的执行进度，保证测试过程满足业务逻辑要求，也可以使测试过程暂停和继续，实现“断点续测”。

1.3 脚本文件结构

脚本文件是结构化的，由文件头和文件体组成。文件头定义了文件的名称、功能等，文件体是操作要素的序列和期望结果。

1.3.1 文件头

文件头是脚本描述，描述脚本的种类、编制人等。文件头包括以下要素。

1）脚本名称(#ASTS_Script_Name):用关键字说明脚本的功能，例如：特殊前行模式测试。

2）脚本种类(#ASTS_Script_Type)：基本用例/测试实例/测试序列。

3）脚本ID(#ASTS_Script_ID)：ID 由业务种类+ 序号组成。业务种类包括LKJ 种类（LKJ2000、LKJ-15S）、设备种类（主机、显示器、其他设备）、测试种类（区分控制模式）和测试种类细分等。当业务种类无法区分复杂或重复业务时，以序号做区分。

4）功能简述(#ASTS_Script_Func)：简单说明脚本的功能。

5）当前版本(#ASTS_Script_Version)：该脚本的版本号。

6）发布日期(#ASTS_Script_ReleaseDate)。7）初创人(#ASTS_Script_Author)。

8）来源(#ASTS_Script_Creater)：人工编制或手工测试录制。

9）脚本运行所要求的LKJ 软件版本(#ASTS_Script_LKJ_Version）：LKJ 软件、LKJ 控制条件版本号。

10） 脚本运行所要求的LKJ 数据版本(#ASTS_Script_LKJ_Data_Version）：LKJ 数据版本号。

11）其他：包含脚本解释所需的Package 列表等，用于脚本解释器引入package。

以上1 ～10 项要素以Python 脚本注释的方式存在。

1.3.2 文件体

文件体由一系列功能相关的操作要素和测试结果判断组成。操作要素内容包括动作名称、动作参数等，比如 “设定速度输出数值80 km/h”。脚本例子如下。

pdll.ASTS_SetTestProgress(1,20) //设置测试进度

pdll.ASTS_TimeOut=5000 //设置超时值pdll.ASTS_InitTimeOut() //初始化超时计数

while(pdll.ASTS_CheckTimeOut()

pdll.ASTS_SetKey(1) //发送按键

pdll.ASTS_Delay(100) //延时100 ms

pdll.ASTS_SetAllGangya(800,600,0,500,500,500) //设置列车管压

pdll.ASTS_SetGongKuang(1,0,1,0,1,1,1,1) //设置手柄信号

pdll.ASTS_SetJtcXinHao(2,1,3) //设置机车信号

pdll.ASTS_SetSudu(5,0,1) //设置速度

pdll.ASTS_SetFollowSudu(-1,361,-1,-1,5) //设置跟随速度信号

while(pdll.ASTS_CheckTimeOut()

if(pdll.ASTS_GetLKJFlag(1,7) == 21 or pdll.ASTS_GetLKJFlag(2,7) == 21): //采集LKJ反馈信息

pdll.ASTS_Assert(1) //保存测试结果

else:

pdll.ASTS_Assert(0) 保存测试结果

pdll.ASTS_Delay(1)

pdll.ASTS_Delay(1)

2 脚本语言生成

测试脚本可以由测试人员在文本编辑软件中直接输入语句来生成，也可以通过图形拖拽方式生成。在实际测试工作中，测试人员习惯先进行手动测试，记录下自己的测试过程，之后将测试过程转化为脚本，经合并拼接后录入到系统。

2.1 测试脚本的图形化编辑

ASTS 将脚本功能或语句抽象为图形控件，每个图形控件内置特定的业务逻辑。编辑测试脚本时，根据业务功能，选定相应的图形控件，按顺序拖动到编辑区，设定控件属性，即可生成测试脚本。图形化编辑可视化强，智能化程度高，大大减轻了脚本编辑的工作量。

2.2 手动测试录制脚本

在实际测试工作中，测试人员经常先进行手动测试，手动测试过程通过才能转化为自动测试用例。手动测试过程记录智能转换为测试用例脚本，将会在很大程度上减少测试人员的工作量。

通过对用户手动测试过程的分析和提炼，ASTS实现了自动记录测试人员的手动测试过程，并转化为测试脚本的软件方法。

如图1 所示，手工录制脚本的过程如下。

1）记录用户的工作环境描述，形成文本块T1

记录用户的登录名称和时间。通过特定的软件通信协议读取当前设备的硬件版本和软件版本。由用户指定本次手动测试的主要目的。

2）由用户指定需要跟踪的LKJ 反馈项目

脚本文件中的期望结果是判断脚本执行是否成功的标志，非常重要。实际测试中，LKJ 反馈输出具有很强的时效性，如果让用户在测试中选择确定输出项目的话，可能会错过时机，从而记录下错误的反馈输出结果。手工录制脚本前，在软件界面中由用户点击选择要跟踪的LKJ 反馈输出项目，比如跟踪“紧急制动输出状态”。形成文本块T3，T3 的形式如“跟踪：紧急制动输出状态”。

图1 手工录制脚本的流程Fig.1 Manual scripts record process

3）记录用户的点击操作过程

用户点击“开始录制脚本”启动手动测试，系统记录用户的手动测试过程（包括设定项目、项目数值和相对开始的时间），形成文本块T2。比如记录下某用户的操作过程的文本块T2：

设定速度，速度值=0 km/h，操作时间=0 s；

设定信号灯，绿灯，操作时间=5 s；

设计开车参数，设定司机号=1234，时间=8 s；

设定速度，速度=20 km/h，操作时间=58 s；

设定速度，速度=40 km/h，操作时间=80 s；

设定信号：信号=红灯，操作时间=103 s；

4）获取跟踪结果

用户点击“获取跟踪结果”，系统自动读取当前被测试系统的反馈结果，并与指定的输出结果跟踪项目进行匹配，修订文本块T3。比如此时T3 内容为“紧急制动输出状态=输出”。

5）脚本规范化

对文本块T2 进行规范化处理，规范化处理的目的是将操作过程映射到操作元素。过程如下。

对每一步操作内容，遍历操作要素描述库，查找对应的操作要素。比如“设定速度”的要素类型为2。

根据操作要素类型，确定操作内容是否完整，如果不完整，则补充默认值。比如操作过程的第3步“设定开车参数”，用户没有设定发车车站号，则系统自动取默认值。

将文本块T1、T2、T3 进行组合，形成脚本文件。

此时生成了完整的描述性文本文件，文件中的元素基本与脚本一一对应，可以很容易地转换为脚本。生成的描述性文本如下所示。

文件头：用于测试红灯停车模式的脚本，运行于LKJ-15S 中，要求软件版本为V1.0.1，自身版本V1.0，由张三录制，录制时间2018 年7 月27 日。

操作元素序列如下。

设定速度参数：要素类型=2，操作时间=0 s，速度值=0 km/h；

设定信号灯：要素类型=3，操作时间=5 s，信号=绿灯；

设计开车参数：要素类型=1，操作时间=8 s，设定司机号=1234，设定发车车站号=25；

设定速度：操作要素=2，操作时间=58 s，速度=20 km/h；

设定速度：操作要素=2，操作时间=80 s，速度=40 km/h；

设定信号：操作要素=3，操作时间=103 s，信号=红灯。

期待输出：紧急制动输出=输出。

3 结论

ASTS 应用于LKJ 的自动化测试，实践表明，测试脚本的设计合理，动态解释执行灵活，且执行效率高。脚本的图形化生成方式、手工录制生成方式大大减轻了测试工程师的工作量，学习曲线平滑，测试工程师的工作经验很容易地转化为系统的测试用例。

进一步，自定义的脚本语言可以根据应用需求，方便地扩展到其他自动化设备的测试场景，具有很大的应用前景。