论文研究-智能电表嵌入式软件性能测试平台 .pdf

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智能电表嵌入式软件性能测试平台,黄楠,贾庆轩,国家电网公司希望尽快形成智能电能表嵌入式软件设计及测试技术标准,建立智能电能表嵌入式软件测试和分析能力。现有的方法大多是
山国武技记文在 数热电源板K 目标板 板 ARM 模拟测试 供电板 FGA板 以太网交换机 上位机软件 图测试平台结构设计 本文中的电能表测试平台提供一种和相结合的模拟测试板,以硬件 逻辑模拟实际存储芯片的功能,解决与芯片模信息交互速度较慢,无法模拟尖效等 测试所需状态的问题。以电能表中的存储芯片为例,本设计的技术方案包括以下内容 )分析存储芯片读写操作以及与存储芯片模块间的通信协议; )根据存储芯片读写数据以及与存储芯片模块间的通信协议,设计符合协议的 时序逻辑 )根据设计的时序逻辑,基」 软件,利用 语言实现存储芯片内核及 存储芯片模块与进行交互的硬件逻辑; )根据智能电表软件可靠性测试平台的需求,设计存储芯片内核外围的硬件逻辑,如, 仲裁选择、读取捰作指令、修改存储器内容、存储器控制等模块。合理分配管脚,并对程序 进行综合; )在存储器模拟测试板上运行综合后的稈序,对电能表进行测试,对该方案模拟的存 储芯片模块进行验证; 本设计的优点在于: ()本改计可解决对上位机测试软件和被测的电表存储芯片同时进行交互操作 时,软件运行速度较慢,可能导致测试错误的问题; ()本设计可针对不同的电表类型,对存储芯片类型、仔储芯片数量、存储谷量等信 息进行配置; )本设计可针对智能电表软件可靠性测试平台的测试需求,执行读取操作指令、存 储器枚障写入等操作。 测试板具体实施方式 模拟电表对 的读写操作:通过总线内核(最多可模拟片)接收电表 发送的串行时钟信号、串行数据信号及写保护信号,总线内核根据总线协议将接收的 数据信号解析为地址、数据及读写控制信号:仲裁选择模块接收总线内核发送的请求信 山国武技记文在 弓,进行片选,使能对应的总线内核;使能的总线内核将数据、地址、读写控制等 信息发送至三总线模块;三总线模块将接收到的数据、地址、读写控制等信息通过 存储控制模块实现对 的读写操作 读取操作指令:读取操作指令模垬由操作指令控制子模块和操作指令子模块两部 分组成,操作指令控倒子模块读取 存储器控制模块内的数据、地址。读写控刮等信 息,并按照一定的协议组合成一条完整的操作指令,发送至操作指令子模块。由于 满足先入先岀的排序方式,因此操作指令可按执行操作的先后顺序存入操作指令子模 块。当寄存器模块接收到 发送的读取操作指令的信号时,即可读取操作指令 子 模块内的操作指令,再发送至,实现读取操作指令的功能。 存储器故障写入 发送修改存储器内容指令至寄存器模块,寄存器模块按协议解 析接收的指令,将数据、地址、写控制等信息经过修改存储器内容模块发送至三总线模块, 再通过 存储控制模块将修改的数据写入 对应的地址。在执行存储器故障写入 的过程中,需屏蔽由内核写入该地址的功能,以免 修改的数据被电表写入 的数据覆盖。同时, 可通过寄存器模块将数据、地址、读控制信息发送至三总线模块, 经过 存储控制模块读取 对应地址的数据,以检验故障是否成功写入 存储芯片信息配置:寄冇器模块按协议对发送的配置存储芯片信息指令进行解析 再发送至内核中,具体实现方式如下:使能不同数量的内核,可配置存储芯片数量; 修改页首地址,可配買不同的页大小及是否分页:修改存储器地址位数,可配置不同的存储 容量;设备地址由寄存器模块解析后直接与入内核,可配置不同存储芯片的设备地址。 测试板架构设计如下图所示 图存储器模拟板系统结杓 图中:检测计算机,模拟存储器测试板,被测单元,接口,接口 接口 存储器模拟板 存储器模拟板 满足 通信协议的总线内 核,仲裁选择模块, 总线模块 存储控制模块, 修改存储 器内容模块,读取操作指令模块,崙存器模块 电能表嵌入式软件上位机测试软件设计 上位机测试软件架构设计 上位机软件在设计时尽量保持各个模块的独立性,在设计模式上采用框架,将用 户界面与数据层分离,使用控制层连接界面和数据层,这样使得开发过程更加髙效,后期功 山国武技记文在 能扩展维护更加容易。其中软件设计主要包括如下儿个部分: 云端数据斥:存储各模拟单元信息、测试方案、测试日志报告、配置信息。 云调度服务器:负责调度测试需求,向空闲测试系统分配任务。 云端接口:提供读取各单元信息、存取测试方案等信息的以太网接凵。 参数配置测试选择:配置各种信息,如芯片的选择、测试方案的选择与配置、各通信 接口的选择等。 人机交互显示界面:提供实时刷新有变化的模块数据显示功能等人机交互接口。 测试日志结果报告:记录测试过程并生成测试报告,发送到云端,供测试用户查询。 各单元模块:具体对应各单元的测试需求。具体架构如下图所示: 云端数据库 云调度服务器 云端接口 参数配置 人机交互 测试日志 测试选择 显示界面 结果报告 量 单 安全单 钟 儿 儿 儿 外8单元 负教开关单元 帧封装模块 桢解析模块 rocket通信接口 以太网交换机 图测试软件架构 上位机软件测试流程 智能电裘可靠性测试平台的上位机测试软件和下位机模拟板,其数据的交互通信通过以 太网 协议进行。测试过程中首先要对被测的智能电表嵌入式系统进行配置,不同的 电表厂家、同丿家不同的电表型号都有不同的测试需求,就需要有不同的测试策略来配合。 因此,上位机对于测试信息的配置是必要的,上位机作为服务端通过以太网通信将配置信息 下发到作为客户端测试平台的功能模拟模块,配置成功的信息返回上位机之后丌始测试。具 体过程如图所示 山国武技记文在 软件启动 用户登录 确定电表型号,在效据库 匹配厂商信息 登陆成功 连接云平台 是否初次测 录入电表信息 试? 俣存配置数据 登陆云 从数据库调用 云平台分配 配置信息 测试需求 向下位机发送 配置信息 测试系统是 向云平台返 否空闲? 回忙碌信息 是否配置成、N 返回提示 下载被测软 功? 重复发迭齟首信息 什 配置成功 向目标板烧录 返回提示信息 软件 进入各模块 进入通信页向下位机服 测试页 务器发吕连接请求 按测试流程进行 是否连接成 返回提示 测试 功 重复发送请求 得到测试结果 连接成功 生成测试报告 返同提示信息 存入数据库 进入配置页 图总体操作流程图 电能表嵌入式软件各测试项的测试用例设计 电能表入式软件的测试用例要有其设计的特殊要求,本文中设计的测试用例以存储单 元测试为例做简单介绍 )存储芯片的初始遍历和统计特性。测试用例:与硬件设计配合,存储芯片记录软 件运行过稈中对存储芯片的每一个操作指令,在存储芯片存满之前将指令转到 芯片的存储器中,上位机软件设计一个单独的线程,已小于存储器存满的时间为固定周期, 取存储器中的指令。在长时间测试中通过统计操作指令对不同地址的操作次数,形成 个统计特性曲线,来观察在结算日、更新日等特殊时间点的时候电表的工作状态是否符合 山国武技记文在 要求。同吋可用过模块调整电衣对存储芯片的操作频率,可以大大增加测试的效 率 软件实现如下所示:首先点击初始遍历数据 你迁计里芯片单元存芯元全芯片甲元时片甲理外练单六[大元电印检电电逃鱼信连 检查坏 李 取告没放)相阿数 不牦同点数 音分地址山 是至滥出 发送刀结果 1外蘸⊥-页1 图存储单元初始遍历图 点击刷新数据按钮,査看访问次数等待一段时间之后,点击暂停刷新。之后可以点击频 度查看按钮,查看访问次数频繁的地址。 E存储单元探作记录视密口 070CE3 070CE9 070CEA 070C=B 070CEC C70CED 070CEE 070CEF070C-0 07cCF 图存储单元统计特性曲线图 ()数据是否有备份,存储单元中重要的数据应该存在备份,备份数据应与原数据 致。测试用例:统计出所有对存储芯片的作指令中,向存储器写入的数据,标记出 所有写入操作的地址段,遍历所有的地址,判断是否有其他两个地址段中的数据与写入的数 据一致,弹出测试结论提示。 软件实现如下所示:点击读取备价数据按钮,会在源数据与备份数据下填写数据,并且 弹出结果窗口。如果源数据和备份数据一致则弹出有各份窗口,否则无备份。并且在相同次 数和不相同次数下分别显示,便于统计 山国武技记文在 忘置旦片甲元存片平 片华元钟片平江夕A年元负就开关平凉口压拉则电源卫地电王武信连 初好 址m遍万姓址改 初始[数据 衿于礼栝 遍叮蛋伤直看 (+制示)(频着 1二会为 女取高价鼓帮」不相网次 地址 当前也有 原:回 写入位动夏 存是础 次远利王细兵 4:10H画上页15下页尾页 图存储单元备份测试图 )数据破坏可否自恢复写入数据,实时监视破坏数据地址段的数据变化,是否可以 以备份的数据还原不止常数据。测试用例:记录对存储芯片的操作,标记出存储芯片 中数据经常改变的地址段,判断这些地址中的数据是否有备份,如果有备份,则破坏地址中 的数据,然后査看并记录该数据是否可以恢复正常,去几个这样的地址段重复测试得岀结论, 是否可以以备份的数据恢复原有数据,弹出测试结论提示。软件实现如下所示: 首先在原地址修改数据里面填写修改的数据,可以是到之间只要和源数据不一 烊即可起到破坏源数据的功能,不要填写其他字符。之后点击写入修改数据按钮,弹出写入 成功窗口。 写入成功请读取修量数,直看修复时可 确云 图写入破坏数据 之后点击读取修复数据按钮,等待修复时间测试。时间超过分钟之后显示修复失败, 否则修复成功,修复成功之后会在修复时间里填写修复的时间 山国武技记文在 计里;片单件片元学的片 干向开天单元的圳信H 得力 pr」历 逢动和敏矿坪 为(频壺) 数起 长宴G数 别据久劲 原捐 奋)根网 数据P 兰前地址西坏叫貝 人)恢 行是有盗出 发训 10顽上页5下页题 图存储单元破坏自恢复测试图 )存储数据是否有溢出错误。测试用例:统计记录的对存储芯片的操作指令中有 没有在定义的物理地址外的操作,弹出测试结论提示 软件实现如图所小:点击存储是否有溢出按钮,会根据刷新的数据查看地址是否访 问超出物界限。如果合理,会弹出窗口如图所示。 存锋访问合理,无越界! 确定 图存储单元溢出测试 测试系统分析 木文中设计实现的智能电表中嵌入式软件测试系统为应对测试中可能遇到的问题设计 搭建了下位测试模拟板来模拟智能电表中嵌入式软件的运行环境。下位机沨试模拟板提供了 种 和 相结合的级联模式,以硬件逻辑模拟实际存储芯片的功能,并且 用 与被测的目标板采用标准总线协议进行通信,解决芯片本身处理速度不足, 与电表中芯片模块信息交互遠度较慢,无法模拟失效等测试所需状态的问题。 下位机平台的不足之处:本文中的测试模拟板由于加了一块 芯片级联,虽然采用 了插针形式来取代连线形式进行各芯片间的连接,还是造成了模拟板的稳定性下降,易受到 外界的电磁干扰。 由于智能电表的运行环境相比电信、金融、交通等领域中的嵌入式改各吏为复杂。例如 在高温、高电压、高电磁轺射、强电流、恶劣大气等环境中,电网中的智能终端仍然要保持 长时吋间、不间断的正常运转。同吋,随着智能电网健设的深入,各种智能终端设备将会大量 安装到居民家中、公共场所、野外等难以监管到的地方,这就给智能电网中传输的信息数据 带米很大的安全风险。因此,对于电网智能终端中的嵌入式系统的安全性要求比一般嵌入式 系统高。电网智能终端中袄入式系统的可靠性测试要考虑到电网的一些特殊要求,各种极限 山国武技记文在 测试、非法攻击测试、代码级可靠性测试均要加强。本文中针对智能电表的这些特殊测试需 求以及运行中的常见问题、影响使用的可能性缺陷设计测试用例,完成可满足智能电衣软件 特殊测试需求的上位机软件。 上位机软件的不足之处:本文中的测试软件虽然是针对智能电表中嵌入式软件设计测试 用例,但由于电能表的种类繁多,各电表厂家在各项技术中没有统一的标准,所以本文中设 计的测试用例不能完全适用于所有型号的智能电表,有些特殊使用场合,有特殊作用的电表 也没有完成针对性的测试用例设计。同时由于测试内容繁多,上位机测试软件的操作也有一 定的复杂性,需要专业的人员进行操作,在人机交互的方面软件也有些要改进之处 结论 本文中建立的智能电表软件可靠性检测平台包括:下位机硬件模拟板,上位机测试软件 测试数捱能够遥过以太网上传计算机分析并能通过计算机发送相应测试指令。检测平台可以 模拟软件在智能电表中的正常运行环境,测试方案采用统计指令的方式,深层次的检测智能 电表软件可靠性,并且按照影响智能电表使用安全的权重给岀智能电表软件可靠性的精确打 分。确保智能电表的使用可靠性,使得智能电系统的数据采集更加安全、可靠,进一步 升智能电网系统的安全防护强度。 參考文献 杨洁嵌入式软件测试的实践与研究上海:华东师范大学, 吕金和嵌入式软件测试软件导刊 杜源软件测试技术的应用及其发展趋势成都四川大学 胡荣群试论嵌入式软件测试信息与电脑, 胡一飞嵌入式软件测试技术的研究及其在闪存文件系统测试中的应用上海:同济大学,

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