數(shù)控系統(tǒng)軟件的測(cè)試與故障診斷

1、數(shù)控系統(tǒng)軟件的測(cè)試與故障診斷1數(shù)控系統(tǒng)中軟件的特點(diǎn)數(shù)控系統(tǒng)中的軟件大多數(shù)都是嵌入式軟件，與硬件有著緊密關(guān)系并且運(yùn)行在特定的硬件環(huán)境中。其最大的特點(diǎn)就是與硬件環(huán)境有著密不可分的關(guān)系，整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的性能、智能化水平的高低以及可靠性的優(yōu)劣等都是由硬件環(huán)境和軟件共同決定的。但當(dāng)前技術(shù)條件下，軟件的可靠性比硬件的可靠性要低一個(gè)數(shù)量級(jí)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行失效中有75%是由其中的軟件失效所引起的。事實(shí)上軟件失效所導(dǎo)致的系統(tǒng)故障已經(jīng)成為數(shù)控設(shè)備故障診斷中一個(gè)不容忽視的問(wèn)題了。2故障部位分析根據(jù)該數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和使用情況，將數(shù)控系統(tǒng)軟件部分劃分為11個(gè)功能模塊，確定38種故障模式，根據(jù)建立的數(shù)控系統(tǒng)軟

2、件可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)，首先對(duì)其進(jìn)行故障部位分析。可以看出：(1)該系列數(shù)控系統(tǒng)軟件的部件及子系統(tǒng)中，位置控制模塊的故障頻率占第一位，位置控制模塊的故障主要是參數(shù)錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)丟失。其故障主要是用戶編程錯(cuò)誤和操作不當(dāng)引起的，這就要求數(shù)控系統(tǒng)用戶提高編程人員或操作人員的素質(zhì)和編程水平，避免此類錯(cuò)誤的頻繁發(fā)生。(2)實(shí)時(shí)管理模塊的故障占第二位，其中絕大部分故障是系統(tǒng)故障，例如程序亂，數(shù)據(jù)丟失，死機(jī)等。這類故障的處理方法是重新送程序，更換軟件等。而實(shí)時(shí)管理軟件故障的主要原因是管理軟件有缺陷，因此針對(duì)這類故障，建議在新開(kāi)發(fā)階段多測(cè)試實(shí)時(shí)管理軟件，修改存在缺陷的地方：加強(qiáng)軟件開(kāi)發(fā)的可靠性研究和管理。3數(shù)控系統(tǒng)中軟件

3、故障的測(cè)試與診斷方法與硬件相比軟件失效主要有以下兩個(gè)特點(diǎn)：(1)軟件失效不會(huì)隨時(shí)間而發(fā)生變化。硬件的有很大一部分是由于設(shè)備的磨損和材料的老化所致，而在軟件中則不存在這樣的問(wèn)題。一旦軟件運(yùn)行正確，它是不會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化的。(2)軟件的失效多數(shù)是由程序代碼中的固有錯(cuò)誤所導(dǎo)致，而對(duì)于嵌入式軟件來(lái)說(shuō)，軟硬件之間的接口錯(cuò)誤也是導(dǎo)致失效的一個(gè)重要因素，因?yàn)槭C(jī)理的不同，軟件的診斷方法與硬件通常所使用的故障診斷方法也不盡相同。從保證設(shè)備可靠性的角度來(lái)看，硬件設(shè)備在出廠之前要做一系列的可靠性試驗(yàn)，目的就是要階段，工作的重點(diǎn)就是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷和維修。把設(shè)計(jì)和加工過(guò)程中產(chǎn)生

4、的問(wèn)題提前暴露出來(lái)，而到了用戶使用在軟件測(cè)試的理論中，系統(tǒng)測(cè)試屬于一種動(dòng)態(tài)黑盒測(cè)試，即測(cè)試人員不必深入軟件代碼的細(xì)節(jié)，只需通過(guò)控制軟件的輸入條件驅(qū)動(dòng)被測(cè)軟件的真正運(yùn)行。簡(jiǎn)單的說(shuō)，動(dòng)態(tài)黑盒測(cè)試就是要盡量模擬出被測(cè)系統(tǒng)的真實(shí)使用情況，并通過(guò)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際操作來(lái)達(dá)到發(fā)現(xiàn)故障的目的。根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試原理，實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種具有一定通用性的嵌入式軟件系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出一套有效的系統(tǒng)測(cè)試方法。下面結(jié)合個(gè)具體測(cè)試實(shí)例對(duì)系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境以及測(cè)試方法進(jìn)行介紹。4數(shù)控系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)測(cè)試4.1系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境對(duì)一個(gè)數(shù)控設(shè)備中的嵌入式軟件進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試的第一步就是要搭建系統(tǒng)測(cè)試的環(huán)境。系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境的作用就是

5、能夠讓軟件在真實(shí)的硬件環(huán)境下運(yùn)行，而且還能夠讓測(cè)試人員把測(cè)試用例施加到被測(cè)軟件中，并且可以收集到測(cè)試的結(jié)果數(shù)據(jù)。系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境是一個(gè)由硬件和軟件共同組成的測(cè)試平臺(tái)。這套系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn):(1)有一定的通用性。這套環(huán)境不僅可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控軟件進(jìn)行測(cè)試，而且可以對(duì)相似的一類嵌入式軟件進(jìn)行測(cè)試，(2)操作簡(jiǎn)便。測(cè)試環(huán)境只需要測(cè)試者把測(cè)試用例編寫成測(cè)試腳本的形式，即可在測(cè)試環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的測(cè)試，無(wú)須對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行直接的操作。(3)測(cè)試效率較高。由于有了系統(tǒng)檢測(cè)軟件和系統(tǒng)檢測(cè)箱的支持，這種自動(dòng)化測(cè)試的執(zhí)行效率比手工測(cè)試有較大的提高。(4)支持重復(fù)性的測(cè)試。由于測(cè)試用例是以測(cè)試腳本的形式存

6、在，所以同一個(gè)測(cè)試可以毫無(wú)差別地?zé)o限次執(zhí)行。重復(fù)性測(cè)試在故障修改之后的回歸測(cè)試中有很大的應(yīng)用，4.2系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程(1)設(shè)計(jì)測(cè)試用例。系統(tǒng)測(cè)試用例由兩部分組成：測(cè)試輸入列和測(cè)試的預(yù)期結(jié)果。測(cè)試輸入序列描述了一次測(cè)試中對(duì)被設(shè)備的具體操作流程，包括如何啟動(dòng)設(shè)備、何時(shí)進(jìn)行加速操、何時(shí)進(jìn)行停車操作以及何時(shí)關(guān)閉設(shè)備等。測(cè)試預(yù)期結(jié)果描了被測(cè)試的設(shè)備在上述的操作下應(yīng)該產(chǎn)生什么樣的動(dòng)作或處什么樣的狀態(tài)。測(cè)試用例的質(zhì)量是能否發(fā)現(xiàn)設(shè)備軟件故障的關(guān)鍵所在，正常功能測(cè)試就是據(jù)被測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用情況，模擬出一些具有代表性操作。邊界情況的測(cè)試是指對(duì)輸入被測(cè)系統(tǒng)的模擬量的邊界進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)驗(yàn)表明當(dāng)輸入量在邊界上或是邊界的臨近點(diǎn)取時(shí)是最容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的，例如發(fā)動(dòng)機(jī)在正常轉(zhuǎn)速范圍的邊界附近運(yùn)行時(shí)往往容易發(fā)生故障。(3)分析測(cè)試結(jié)果并得出測(cè)試結(jié)論。一次測(cè)試結(jié)束之后，測(cè)試環(huán)境會(huì)自動(dòng)地收集被測(cè)試系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。把這些數(shù)據(jù)與測(cè)試用例中預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比較，由此判斷被測(cè)試設(shè)備運(yùn)行是否正常，是否發(fā)生了故障。從正常功能、邊界情況和非正常操作三個(gè)方面考慮生成了100個(gè)測(cè)試用例，并在搭建的測(cè)試環(huán)境中得到成功的運(yùn)行，最后通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)關(guān)鍵性