采用虛擬儀器技術(shù)來實(shí)現(xiàn)引信軟件的安全性測(cè)試
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1引言
引信軟件是指嵌入到引信系統(tǒng)中對(duì)引信硬件起控制作用的程序，其作用是對(duì)引信安全系統(tǒng)和發(fā) 火系統(tǒng)實(shí)施控制，防止引信意外作用和適時(shí)輸出起爆信號(hào)。為保障引信軟件達(dá)到安全性要求，需對(duì) 其進(jìn)行安全性測(cè)試，由于手工測(cè)試不僅測(cè)試效率較低，而且需要大量的人力物力，本文正是基于此 開發(fā)了基于虛擬儀器技術(shù)的引信軟件安全性測(cè)試系統(tǒng)。
2系統(tǒng)特點(diǎn)分析
本系統(tǒng)主要面向引信軟件進(jìn)行測(cè)試，由于測(cè)試對(duì)象的特殊性，使得該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
2.1嵌入式軟件測(cè)試系統(tǒng)
引信軟件是固化在引信中嵌入式微處理器單元上的軟件，屬于嵌入式軟件，因此其測(cè)試系統(tǒng)屬 于嵌入式軟件測(cè)試系統(tǒng)。由于嵌入式軟件都是直接或間接和硬件設(shè)備相連的，所以嵌入式軟件的測(cè) 試無法直接在宿主機(jī)上進(jìn)行。要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)必須具有以下功能：把被測(cè)嵌入式軟件和測(cè)試 系統(tǒng)物理地連接在一起，并進(jìn)行邏輯的描述，通過自動(dòng)生成測(cè)試用例，仿真產(chǎn)生輸入，驅(qū)動(dòng)被測(cè)目 標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行，得到運(yùn)行結(jié)果。
2.2測(cè)試重點(diǎn)為安全性測(cè)試
安全性測(cè)試相對(duì)日見成熟的可靠性測(cè)試來講是一個(gè)較新的領(lǐng)域?？煽啃躁P(guān)注的是系統(tǒng)在該作用 的時(shí)候必須作用,安全性則要求系統(tǒng)在不該作用的時(shí)候不能作用。所以，從測(cè)試的目的到測(cè)試用例的 設(shè)計(jì)，兩者都是有區(qū)別的，而安全性測(cè)試則更加關(guān)注軟件對(duì)非正常的測(cè)試用例的響應(yīng)、在特殊情況 下的輸出。另外，由于對(duì)引信軟件的安全性要求極高，所以系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)重復(fù)測(cè)試功能。
2.3測(cè)試系統(tǒng)為單機(jī)平臺(tái)
目前仿真測(cè)試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)大體上分為兩類：單機(jī)平臺(tái)和分布式平臺(tái)。由于引信軟件程序量 少、功能相對(duì)簡單，所以本系統(tǒng)采用單機(jī)平臺(tái)。
3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
基于上述對(duì)系統(tǒng)特點(diǎn)的分析，本文決定采用虛擬儀器（Visual INSTRUMENT）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。虛 擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與硬件結(jié)合起來，用戶通過虛擬控制面板進(jìn)行操作，從而完成被測(cè)量值的采集、分析、判斷、顯示和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。用戶僅通過特定編程，就能定制具有特殊用途 的儀器。采用該技術(shù)構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試，而且可以大大降低設(shè)計(jì)成本，提高測(cè) 試效率。
3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和待測(cè)目標(biāo)機(jī)組成。 硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示：
主控計(jì)算機(jī)為一臺(tái) PC 機(jī)，主要功能：進(jìn)行I/O 配置；生成測(cè)試用例；進(jìn)行過程控制。 數(shù)據(jù)采集卡完成仿真信號(hào)的輸入和輸出。本系統(tǒng)采用美國NI 公司的PCI-*0E 數(shù)據(jù)采集卡，配 有16 個(gè)模擬輸入通道、2 個(gè)模擬輸出通道、8 個(gè)數(shù)字I/O，自帶A/D、D/A 等功能，完全滿足了系統(tǒng) 需求。被測(cè)目標(biāo)機(jī)為引信上起控制作用的微處理器。
3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.2.1軟件功能
軟件是引信軟件安全性測(cè)試系統(tǒng)的核心，其功能包括：自動(dòng)生成測(cè)試用例，通過采集卡驅(qū)動(dòng)被 測(cè)程序運(yùn)行，實(shí)時(shí)捕獲運(yùn)行結(jié)果，進(jìn)行判斷，同時(shí)具有顯示和打印記錄的功能?；谀K化編程思 想，將軟件系統(tǒng)分為三大模塊：激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊。
3.2.2關(guān)鍵技術(shù)
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)和重點(diǎn)是如何解決多任務(wù)性。LabVIEW 對(duì)多任務(wù)的運(yùn)行機(jī)制是：考慮任務(wù)的 優(yōu)先級(jí)和任務(wù)先后順序的CPU 的分時(shí)占用過程。并行任務(wù)優(yōu)先級(jí)的設(shè)置有兩種方式：一種是設(shè)置 Wait 函數(shù)；另一種是通過VI 設(shè)置對(duì)話框中的優(yōu)先級(jí)設(shè)置。通過設(shè)置Wait 函數(shù)，可以讓其它更重要 的任務(wù)有更多時(shí)間執(zhí)行，通過VI 設(shè)置對(duì)話框中的優(yōu)先級(jí)選項(xiàng)來設(shè)置優(yōu)先級(jí)。這兩種方法可以綜合使 用。需要指出的是以上兩種方法都需要對(duì)被測(cè)程序有深入的了解，和用戶有良好的交流。
3.3系統(tǒng)測(cè)試過程
基于虛擬儀器技術(shù)的引信軟件安全性測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試流程如圖 2：
4結(jié)束語
利用 LabVIEW 和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)建虛擬儀器來開發(fā)引信軟件安全性測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試、仿 真測(cè)試，克服了手工測(cè)試效率低，需要花費(fèi)大量人力物力的不足，減少了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間和開發(fā)成本，在開發(fā)引信軟件安全性測(cè)試系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。
2系統(tǒng)特點(diǎn)分析
本系統(tǒng)主要面向引信軟件進(jìn)行測(cè)試，由于測(cè)試對(duì)象的特殊性，使得該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
2.1嵌入式軟件測(cè)試系統(tǒng)
引信軟件是固化在引信中嵌入式微處理器單元上的軟件，屬于嵌入式軟件，因此其測(cè)試系統(tǒng)屬 于嵌入式軟件測(cè)試系統(tǒng)。由于嵌入式軟件都是直接或間接和硬件設(shè)備相連的，所以嵌入式軟件的測(cè) 試無法直接在宿主機(jī)上進(jìn)行。要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)必須具有以下功能：把被測(cè)嵌入式軟件和測(cè)試 系統(tǒng)物理地連接在一起，并進(jìn)行邏輯的描述，通過自動(dòng)生成測(cè)試用例，仿真產(chǎn)生輸入，驅(qū)動(dòng)被測(cè)目 標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行，得到運(yùn)行結(jié)果。
2.2測(cè)試重點(diǎn)為安全性測(cè)試
安全性測(cè)試相對(duì)日見成熟的可靠性測(cè)試來講是一個(gè)較新的領(lǐng)域?？煽啃躁P(guān)注的是系統(tǒng)在該作用 的時(shí)候必須作用,安全性則要求系統(tǒng)在不該作用的時(shí)候不能作用。所以，從測(cè)試的目的到測(cè)試用例的 設(shè)計(jì)，兩者都是有區(qū)別的，而安全性測(cè)試則更加關(guān)注軟件對(duì)非正常的測(cè)試用例的響應(yīng)、在特殊情況 下的輸出。另外，由于對(duì)引信軟件的安全性要求極高，所以系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)重復(fù)測(cè)試功能。
2.3測(cè)試系統(tǒng)為單機(jī)平臺(tái)
目前仿真測(cè)試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)大體上分為兩類：單機(jī)平臺(tái)和分布式平臺(tái)。由于引信軟件程序量 少、功能相對(duì)簡單，所以本系統(tǒng)采用單機(jī)平臺(tái)。
3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
基于上述對(duì)系統(tǒng)特點(diǎn)的分析，本文決定采用虛擬儀器（Visual INSTRUMENT）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。虛 擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與硬件結(jié)合起來，用戶通過虛擬控制面板進(jìn)行操作，從而完成被測(cè)量值的采集、分析、判斷、顯示和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。用戶僅通過特定編程，就能定制具有特殊用途 的儀器。采用該技術(shù)構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試，而且可以大大降低設(shè)計(jì)成本，提高測(cè) 試效率。
3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和待測(cè)目標(biāo)機(jī)組成。 硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示：
主控計(jì)算機(jī)為一臺(tái) PC 機(jī)，主要功能：進(jìn)行I/O 配置；生成測(cè)試用例；進(jìn)行過程控制。 數(shù)據(jù)采集卡完成仿真信號(hào)的輸入和輸出。本系統(tǒng)采用美國NI 公司的PCI-*0E 數(shù)據(jù)采集卡，配 有16 個(gè)模擬輸入通道、2 個(gè)模擬輸出通道、8 個(gè)數(shù)字I/O，自帶A/D、D/A 等功能，完全滿足了系統(tǒng) 需求。被測(cè)目標(biāo)機(jī)為引信上起控制作用的微處理器。
3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.2.1軟件功能
軟件是引信軟件安全性測(cè)試系統(tǒng)的核心，其功能包括：自動(dòng)生成測(cè)試用例，通過采集卡驅(qū)動(dòng)被 測(cè)程序運(yùn)行，實(shí)時(shí)捕獲運(yùn)行結(jié)果，進(jìn)行判斷，同時(shí)具有顯示和打印記錄的功能?；谀K化編程思 想，將軟件系統(tǒng)分為三大模塊：激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊。
3.2.2關(guān)鍵技術(shù)
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)和重點(diǎn)是如何解決多任務(wù)性。LabVIEW 對(duì)多任務(wù)的運(yùn)行機(jī)制是：考慮任務(wù)的 優(yōu)先級(jí)和任務(wù)先后順序的CPU 的分時(shí)占用過程。并行任務(wù)優(yōu)先級(jí)的設(shè)置有兩種方式：一種是設(shè)置 Wait 函數(shù)；另一種是通過VI 設(shè)置對(duì)話框中的優(yōu)先級(jí)設(shè)置。通過設(shè)置Wait 函數(shù)，可以讓其它更重要 的任務(wù)有更多時(shí)間執(zhí)行，通過VI 設(shè)置對(duì)話框中的優(yōu)先級(jí)選項(xiàng)來設(shè)置優(yōu)先級(jí)。這兩種方法可以綜合使 用。需要指出的是以上兩種方法都需要對(duì)被測(cè)程序有深入的了解，和用戶有良好的交流。
3.3系統(tǒng)測(cè)試過程
基于虛擬儀器技術(shù)的引信軟件安全性測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試流程如圖 2：
4結(jié)束語
利用 LabVIEW 和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)建虛擬儀器來開發(fā)引信軟件安全性測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試、仿 真測(cè)試，克服了手工測(cè)試效率低，需要花費(fèi)大量人力物力的不足，減少了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間和開發(fā)成本，在開發(fā)引信軟件安全性測(cè)試系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。
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