自從上個(gè)世紀(jì)80年代數(shù)控裝置廣泛采用32位CPU組成多微處理器系統(tǒng)以來，計(jì)算機(jī)軟件在數(shù)控設(shè)備中的地位逐漸變得重要起來。90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用PC機(jī)豐富的軟件及硬件資源開發(fā)出來的開放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)中的軟件，對(duì)于智能化和網(wǎng)絡(luò)化的支持更加強(qiáng)大，軟件的規(guī)模和功能進(jìn)一步的增強(qiáng)了。數(shù)控設(shè)備已經(jīng)成為一種硬件與軟件高度集成化的綜合性系統(tǒng)。
一、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)不容忽視的問題了。
二、數(shù)控系統(tǒng)中軟件的測(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)于嵌入式軟件來說，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)，目的就是要把設(shè)計(jì)和加工過程中產(chǎn)生的問題提前暴露出來，而到了用戶使用階段，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。而軟件則在于出廠前和使用初期對(duì)其進(jìn)行的測(cè)試，尤其是對(duì)軟件與硬件集成之后所進(jìn)行的系統(tǒng)測(cè)試。即系統(tǒng)測(cè)試是發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)中軟件問題的最行之有效的方法之一。
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，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，并通過對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際操作來達(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)合一個(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。
三、數(shù)控系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)測(cè)試
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)。
圖1所示為某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)軟件測(cè)試時(shí)所設(shè)計(jì)開發(fā)的系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境。
圖1 軟件系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境簡(jiǎn)圖
整個(gè)測(cè)試環(huán)境由三大部分組成：測(cè)試用例及測(cè)試腳本生成環(huán)境、系統(tǒng)檢測(cè)軟件以及系統(tǒng)檢測(cè)箱。其中的測(cè)試用例及測(cè)試腳本生成環(huán)境和系統(tǒng)檢測(cè)軟件屬于測(cè)試平臺(tái)的軟件部分，而系統(tǒng)檢測(cè)箱以及與之相連的I/O設(shè)備都屬于硬件部分。
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