基于TFTP协议的嵌入式平台测试方法研究与运用

李海海，陈晓轩，刘心田，沈 悦

安全控制单元VCU（Vital Control Unit）是一套二取二架构的嵌入式实时安全平台［1］，目前已经被广泛应用于铁路道岔控制单元、输入/输出控制单元、信号灯控制单元等系统［2］。这些系统的上层应用软件可以通过调用VCU 平台提供的接口进行二次开发，而整个系统的安全性、冗余性以及数据的正确读取则依靠VCU平台保证。

在对VCU 平台软件进行测试时，需要在源代码中插入大量的测试桩代码［3］，如果采用固定桩代码，完成一个用例测试后就需要改变代码，关掉已执行的用例桩，打开新的用例桩代码，并重新编译和烧录，而编译和烧录过程比较耗时，严重影响测试效率［4］，因此需要开发自动化测试平台［5-6］。

1 测试平台

1.1 测试平台结构

VCU 平台分为主安全控制单元（Master Vital Control Unit，MVCU）和从安全控制单元（Slaver Vital Control Unit，SVCU），MVCU 和 SVCU之间采用TFTP协议［7-10］进行通信。

测试平台框架如图1 所示，分为PC 端和嵌入式端。其中，MVCU 可以通过网线与PC 端相连，PC端通过TFTP协议发送命令给MVCU，由MVCU 执行相应的操作；PC 端向SVCU 嵌入式端发送命令时，由MVCU 嵌入式端将该命令转发至SVCU 嵌入式端［9］。

图1 测试平台框架

嵌入式端包含4 部分，分别为桩代码解析模块，解析上位机发送的命令；桩代码模块，用于用户自定义实现其所需功能；重启模块，接收PC 端重启命令，复位单个软件，实现软件的重新启动；配置&镜像更新模块，接收到配置和镜像文件后，写入内存，更新系统配置或者镜像。嵌入式端软件需要分别与MVCU 和SVCU 一起编译生成可执行文件，可执行文件运行后，测试平台嵌入式端跟随MVCU和SVCU软件运行。

PC 端主要包含3 部分，分别为用例管理模块，按照不同的用例，发送命令给嵌入式端；电源管理模块，控制整个系统的电源，可实现自动上电和断电；日志管理模块，接收嵌入式端发送的日志，并记录在相应的测试用例下。

1.2 测试平台功能

1） 用户自定义功能。用户可根据需求，自定义PC 端命令和嵌入式端命令，从而实现特定测试。PC 机端发送控制命令，嵌入式端收到命令后进行解析，打开已有的桩，实现某些用例特定功能，如发送变量值、改变某个变量值等。

2）自动记录日志。PC 端发送控制脚本命令后，将嵌入式软件发送的测试日志记录在相应的测试用例文件夹下，方便自动化测试结果的查看。

3）发送重启命令。通过PC 端测试脚本的编写，控制整个系统电源周期性或随机性开关，以及单个软件周期性或随机性重新启动。

4）自动更新配置。在测试过程中，每个测试用例需要对应不同的配置，可以先更新用例所需要的配置，再执行测试用例，从而实现多用例的自动化测试。

5）自动更新镜像。对于某些特定的用例，需要特定的嵌入式软件镜像，在执行用例前，PC 端首先发送更新镜像的命令以及镜像，当嵌入式端收到镜像更新命令后，再将收到的镜像更新到指定的内存地址，重启后就可以运行新的镜像。

测试平台实现了动态桩注入，相比固定桩重复地编译烧写节约了时间；相比使用仿真器改变变量值，节约了仿真器成本，而且平台可实现多个用例顺序执行，提高了自动化测试水平，节省了手动执行的时间；平台可扩展性强，PC 端和嵌入式端可由用户自定义，适用于带网络通信的嵌入式系统。

2 测试实例

2.1 用户自定义桩代码准备

测试前，需要编写嵌入式端桩代码。嵌入式端桩代码以枚举的方式列出，以测试用例号和步骤号为标识。打开桩代码后，桩代码执行的命令可根据用户需要自定义，如改变SVCU 变量值，控制外部继电器的输出命令等。嵌入式端桩代码示例见图2，用例SwRTC_0001 的第2 步为改变系统的运行模式，通过动态改变系统的运行模式，可影响SVCU 的输出命令，例如在运行模式为1 时，SVCU对外输出数据为全0。

图2 嵌入式端桩代码示例

PC 端编写相应的桩脚本文件后，通过TFTP协议传给MVCU 板卡，由其转发至SVCU 板卡。当SVCU 板卡收到命令后，打开SwRTC_000101和SwRTC_000102，SwRTC_000101 将输出端口的状态发送给MVCU，MVCU 再转发给PC 端，PC 端将日志记录在此用例的文件夹下，方便人工查看；SwRTC_000102 桩改变SVCU 的运行状态。一个用例执行多个桩命令时，可以通过延时来控制发送2个桩命令的时间间隔。PC端命令行见图3。

2.2 平台自动化测试执行流程

为了节约测试时间，提高测试效率，平台自动执行所有的测试用例。在PC端，将要执行的用例写入Python脚本中，脚本运行后可顺序执行用例，当PC端捕捉到用例执行完成后，再发送下一个用例的桩；在嵌入式端，当用例的最后一个桩执行完成后，发送用例执行结束命令。具体执行流程见图4。

图4 平台自动化测试执行流程

3 适用性分析

测试平台适用于带有网络，且采用TFTP 协议进行通信的嵌入式系统。对于不能优先启动TFTP协议的嵌入式系统，在TFTP任务挂起前的任务不能使用此平台进行测试；如果被测软件对任务启动顺序没有定义，可先启动测试平台的嵌入式端软件，待嵌入式端与PC 端通信正常后，再启动被测试软件的其他相应任务。

采用该测试平台时，需要将测试平台嵌入式端与被测对象一起编译生成可执行文件，可执行文件运行后，测试平台嵌入式端跟随被测软件运行。该测试平台支持自动执行模式，可大大提高测试效率。

4 结论

对于安全的嵌入式软件来说，通过插桩来模拟软件运行时遇到的各种故障，是验证软件功能的重要手段［11］，基于TFTP 协议的测试平台，不仅能够实现被测软件动态故障模拟，全面验证嵌入式软件的安全性，还可以实现自动配置以及镜像更新、日志自动记录，减少了人工烧录镜像的步骤，提高了测试效率。