航天器电测中软件测试用例设计与实践

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!第!"卷!第#期航!天!器!工!程1234!"!.24#!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!$%!%年!!月&'()*)+(,-*./0.**+0./!!!5!航天器电测中软件测试用例设计与实践富小薇!$$!王志富!杨!潇!!北京空间飞行器总体设计部"北京!!%%%"6#!$中国空间技术研究院"北京!!%%%"6#摘!要!提出了在航天器电测中!以电测大纲和软件用户需求为依据!使用软件测试设计理论创建测试用例库!在此基础上完成了软件测试及实现方法"文章简介了应用背景!以某卫星为例!介绍了该方法应用到某卫星数管及热控软件测试的情况!并采用测试技术进行测试用例设计!最终生成航天器电测中软件测试用例库"此方法可以作为航天器(0-阶段软件测试设计的参考"关键词!航天器#数管分系统#热控分系统#软件测试#测试用例设计中图分类号!16!#7#!!文献标志码!(!!文章编号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作为软件系统联试的一部分"其重要性可见一斑'!!引言航天器电测工作主要发生在航天器全寿命周期的装配(总装和试验!(KK@QU3P"0IL@JO>L=2I>IR计算机的普及和软件的强大功能与灵活性"吸-@KL"(0-#阶段'如果把测试任务实施之前的工作引设计师越来越多地将原先由硬件实现的系统功能划分为四部分"即测试设计(文件编写(软硬件生产赋予软件来实现'而随着硬件技术的迅速发展"器和设备调试与验证的话"粗略估计测试设计的工作)!*件成本不断下降而功能(性能和质量不断提高"在航量约占6%'天器上越来越多地应用计算机"航天器软件越来越目前"软件工程理论已经在航天器软件研发过显示其重要作用"其质量已关系到航天器功能的强程中得到广泛的应用'但该理论尚未在航天器软件弱和航天器任务的成败'航天器电测中的软件测试电测阶段得到充分的延伸和扩展'本文根据此理论并结合实例"提出依据电测大纲及软件用户需求"使收稿日期!$%!%:%9:$#$修回日期!$%!%:%5:!"作者简介!富小薇$!"85[%!女!硕士!工程师!从事航天器数管分系统测试工作" 5$!航!天!器!工!程!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"卷!用软件测试设计理论进行测试需求分析与设计"识建立在同用户沟通的基础上'在软件需求不具备可别测试用例"创建测试用例库"并在此基础上提出航测性的情况下"可考虑进行特定的设计完成测试'天器电测软件测试的有关观点及具体实现方法'可如热控软件测试中"设计等效器来模拟软件输入"以为航天器电测中的软件测试设计提供参考'完成自主控温功能的测试'在电测阶段"某一个功能的异常处理也往往成为不可测试项目'航天器软$!航天器电测中的软件测试用例设件绝大部分是嵌入式的"软件的运行依赖于环境(设计思路备状态等诸多因素'对于软件某些功能"尤其是对自主故障处理功能模块的测试"首先需要模拟故障'!!在航天器电测中"测试设计通常为在测试覆盖而在电测环境条件下"往往不能模拟出所有故障分性分析的基础上编写电测大纲和细则'对具体的软支"使得该功能成为电测阶段的不可测试项目'类件测试来讲"由于电测同软件测试二者的角度(范围似地"对于特定的测试需求"与之对应的测试用例集和层次不同"测试大纲对软件的测试覆盖并不够具中"仍然存在部分由于特定原因不宜在电测中测试"体和明确'这就需要结合软件测试理论"进行更为需要在单机(分系统测试条件下进行的测试用例'具体的测试需求的梳理与分析"以完成测试用例的反向的需求在航天器软件中经常用到"特别是在软设计"并最终落实在测试细则中'件安全性需求时!如某控制点火时序"要求在某种情9:;!测试需求况下不能点火#&而具有一定的航天专业知识"有助航天器电测中软件测试需求需要依据软件用户于进一步挖掘出用户未在需求中明确而认为理所当需求"并结合电测大纲得到进一步明确'在本阶段然的隐含需求'需要收集相关输入"包括软件用户需求(电测大纲需求分析除了建立测试需求同测试用例的双向等"必要时还包括软件的需求规格说明'同时还需关系外"还应对测试需求的优先级进行排序"对测试要与用户沟通"确保软件需求被得到正确理解"以尽风险进行分析排序"以在此阶段的外部资源约束条)$*)6"8*可能早地找到软件缺陷'件下实施最为有效的测试&同时"还需要对测试9:9!测试需求分析需求的时间顺序进行排序"分析各测试需求间是否在电测阶段"对软件测试的需求分析更着重于存在时间上的先后关系'如经过功能交互分析"指软件是否实现应具备的功能'参考软件工程理论"令发送的功能是很多其他软件功能共用的一个测试一般按照功能交互及测试类型进行分析'如果某一需求"则该功能应在其他功能前进行测试'个流程或角色能够执行一项功能"那么具有相同特在测试执行过程中"还需要根据实际情况不断征的流程或角色也应能够执行该功能'本着此原完善测试用例库'如某卫星在测试期间发现热控仪则"进行功能间的关系分析"这些关系包括包含(扩下传的格式字存在短时间内与遥测数据格式字不匹)9*展(泛化等'在关系分析的基础上"采用正交试验配的情况'此时"采用错误推测方法设计检查热)9*法等测试技术"可以精简测试用例'按照不同测控仪格式字是否符合匹配要求的测试用例"为问题试类型"提供了另外一种测试需求的分析方法"如功的成功定位提供了有效分析手段')6*能(性能(安全性(可恢复性等测试'测试需求分析中还需要进行测试特性分析"采9!应用情况)]*用黑盒测试(白盒测试甚至灰盒测试的方法"使用测试技术来设计测试用例'本文将在下一章节给出按照上一章的设计思路"在某卫星电测的数管几个典型的测试用例设计实例'在电测阶段"软件软件测试中"充分运用了软件测试理论进行测试需测试焦点往往是软硬件匹配以及与外部接口的兼容求分析以及测试用例设计'根据需求的不同特点"性"从这个角度也可以进一步识别测试用例'使用了包括等价类划分(边界值分析(错误推测法()9"5*从测试覆盖性的角度"电测阶段通常表现为测因果图法和逻辑覆盖法等测试技术进行测试用试需求相对于电测大纲的覆盖程度'对软件测试来例设计"共设计测试用例!]#个'经过分析"其中无讲"还要考虑从软件需求出发"进行不可测试项目的法在整星测试进行验证的测试用例!]个"不宜在整识别(异常处理需求的识别(反向的需求的识别以及星测试进行验证的测试用例$个'在此经过筛选的隐含需求的识别"以确保测试覆盖性)#*'这些往往测试用例库基础上"成功完成了该卫星工厂电测(力 !!第#期!!!!!!!!!!!!富小薇等$航天器电测中软件测试用例设计与实践59学试验(热试验阶段的数管软件测试'!!7!7覆盖有效等价类$$检验时标指令组程下面分别给出一个无法和不宜在整星测试进行控使能及禁止指令是否正确&的测试用例'数管软件自主热控功能模块在进行整!!7$7覆盖有效等价类!(9(6("(!%(!!$检验星自主控温时"在自主发出加热器通断指令后"会立时标指令组执行及设置程控周期功能是否正确&即回采加热器状态并连续进行9次判读"如果加热!!797覆盖有效等价类8(5(!6(!]$检验时标器实际状态与预控状态不一致"则产生报警信号并指令组注入删除功能是否正确&下传地面'对于该故障"在电测测试环境无法模拟"!!767覆盖有效等价类](#(!$(!9$检验时标为电测阶段的不可测项'此外"自主热控功能能够指令组超时功能(设置超时功能是否正确&对铷钟进行精密控温'软件实时采集铷钟温度"并!!7]7覆盖无效等价类!#$检验时标指令组的计算出当前控温周期内铷钟回路加热器接通的精确最大注入长度是否正确'时间"最终通过自主发送加热器通断指令完成相关表;!等价类划分表控制'该功能采用铷钟回路比例控制算法'由于铷.,53";!2=>$?,3"&1"0,-*$*$'&$&%,&,37#$#钟回路加热时间与加热器开关遥测数据下传周期量输入条件有效等价类无效等价类级相当"故通过加热器开关遥测数据统计回路加热程控功能状态使能!!#"禁止!$#不存在器通断时间存在一定偏差"测试数据无法对铷钟回程控周期默认值"!!9#"非默认值"!!6#不存在路比例控制算法的正确性进行有效的判断'因此"超时时间默认值"$!]#"非默认值"$!##不存在该用例同样不宜作为电测阶段的测试用例'注入指令类型注入!8#"删除!5#不存在下面介绍9个典型的采用不同测试技术的测试注入指令内容程控指令!"#"非程控指令!!%#不存在否!!!#"超时小于超时时间!!$#"用例设计'注入指令是否超时不存在超时大于超时时间!!9#<:;!等价类划分及边界法的应用举例注入时标指令条数"!!!6#"!!!]##!!!##97!7!!需求背景某卫星数管计算机应用软件对于时标指令组的<:9!因果图法的应用举例功能需求描述如下$97$7!!需求背景!#时标指令组"只用于延时遥测的程控"必须以某卫星数管计算机应用软件"对于虚拟通道中组为单位注入和删除"且最大长度为!条指令&源包调度机制功能的需求描述如下$$#时标指令组的删除必须以组为单位&!#虚拟通道中传递的数据包括$固定数据域(源9#时标指令组的指令默认周期为"!!单位为包!(源包$和源包9&天#"且周期可以通过遥控指令修改&$#固定数据域数据及源包$定期下传"源包!6#时标指令组超时时间缺省定义为"$!单位为及源包9在+下传使能,的情况下传"在+下传禁止,K#&的情况不下传']#超时的时标指令优先执行"超时不能大于超97$7$!设计策略时时间"若某时标指令超时大于超时时间"则置位遥测告警标志表示该时标指令所在的时标指令组为差错状态"停止执行该组内所有的时标指令'97!7$!设计策略由于该功能需求的输入域具有明显的划分特征"可采用黑盒测试中最常用的等价类划分法'再使用边界值分析法对等价类划分方法进行补充'说明$图中的+上尖,符号表示条件之间为+与,关系'97!79!具体应用图!!用例!$因果图按照以上两种方法进行测试用例设计的具体步,=J7!!)>EK@:@DD@NLJO>MCK骤如下$!#划分等价类"如表!所示&在测试时必须考虑输入条件的各种组合"所以$#由等价类测试用例构造原则"设计出以下]可使用一种适合于描述多种条件的组合"相应产生个测试用例"覆盖所有有效和无效的等价类'多个动作的方法设计测试用例"因果图方法就是有 56!航!天!器!工!程!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"卷!效的方法之一'该方法最终生成的是判定表"它适下传&下传模式6固定数据域(源包!(源包$和源合于检查程序输入条件的各种组合情况'包9均下传'97$79!具体应用举例!$#画出因果图"如图!所示&按照因果图方法进行测试用例设计的具体步骤!9#转换为判定表"如表$所示&如下$!6#依据判定表中每列的内容"可构造测试用例!!#列出原因及结果&!$7!"!$76'!!#原因$固定数据域下传&源包!下传&源包$<:OL2D>EL2Q>L=N:N2ILO23DEINL=2I2D>EI=L 5#!航!天!器!工!程!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"卷!)]*斯皮勒4软件测试基础教程)^*4刘琴"译4北京$人民参考文献"+@D@O@IN@K#邮电出版社"$%%")!*谭维炽"胡金刚4航天器系统工程)^*4北京$中国科)#*古乐"史九林4软件测试技术概论)^*4北京$清华大学技术出版社"$%%"学出版社"$%%6)$*+2I'>LL2I4软件测试)^*4张小松译4北京$机械工业)8*朱少民4全程软件测试)^*4北京$电子工业出版社"出版社"$%%#$%%8)9*陈能技4软件测试技术大全---测试基础(流行工具()5*梅尔斯4软件测试的艺术)^*4王峰"陈杰"译4北京$项目实践)^*4北京$人民邮电出版社"$%%5机械工业出版社"$%%#)6*梁博"许珊"徐歆恺4测试有道-微软测试技术心得$编辑&张小琳%)^*4北京$电子工业出版社"$%%"科技成果欧洲大型强子对撞机圆满完成今年质子对撞运行任务欧洲核子研究中心!!月6日宣布"$%!%年大型强子对撞机!_X)#质子对撞运行任务于当天圆满结束"预计今年年底前开始下一阶段实验"进行铅离子加速并实施首次对撞'该研究中心称"自今年9月底首次成功实施总能量达8万亿电子伏特的质子束流对撞以来"大型强子对撞机已完成今年的实验目标"探索了未知领域'已获得的主要成果包括对撞机的+性能参数亮度,达到设计目标"确认粒子标准模型的部分内容"在质子对撞中首次探测到+顶夸克,"确定+受激夸克,等新粒子产生的能级范围'欧洲核子研究中心指出"即将开始的铅离子对撞实验是一个全新研究领域"有助于揭示宇宙形成之初的物质形成之谜'铅离子对撞运行的主要目标之一是产生+夸克:胶子等离子体,"研究宇宙形成的物质变化过程'此后"大型强子对撞机将停机保养"以待明年$月开展新的质子对撞研究'德成功研制多层太阳能电池转换效率高达A;:;B据科技日报报道"$%!%年!%月$8日"欧洲技术与研究组织协会!*(+-V#颁发了$%!%年创新奖'*(+-V是欧洲研究和技术组织的行业协会"其颁发的创新奖旨在表彰研究和技术组织推动经济和社会进步的研究工作'此次获奖的研究工作来自于弗赖堡的弗劳恩霍夫太阳能系统研究所!0&*#'该所的(IRO@>KG@LL博士和他的团队研发出了效率几乎是传统硅太阳能电池两倍的太阳能电池'这种电池采用了太阳能电池堆叠技术"使整个太阳光谱都可用于能源生产"实现了6!7!的硅基太阳能电池转换效率"这是继$%%8年美国的&M@NLO23>U有限公司研制出效率达6%78的太阳能电池后又一具有里程碑意义的纪录'为了使这项技术迅速从实验室走向工业化"0&*还专门建造了一个示范试验室"用来展示它们在工业中如何应用'而从0&*下属的)2IN@ILO=Z太阳能公司所生产的集中器系统"已经在西班牙太阳能电厂的应用中帮助实现了太阳能并网发电$]的系统效率'