自從上個世紀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，計算機軟件在數(shù)控設備中的地位逐漸變得重要起來。90年代以后，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，利用PC機豐富的軟件及硬件資源開發(fā)出來的開放式體系結構的數(shù)控系統(tǒng)中的軟件，對于智能化和網(wǎng)絡化的支持更加強大，軟件的規(guī)模和功能進一步的增強了。數(shù)控設備已經(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
數(shù)控系統(tǒng)中的軟件大多數(shù)都是嵌入式軟件，與硬件有著緊密關系并且運行在特定的硬件環(huán)境中。其最大的特點就是與硬件環(huán)境有著密不可分的關系，整個數(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。但當前技術條件下，軟件的可靠性比硬件的可靠性要低一個數(shù)量級。據(jù)資料統(tǒng)計，嵌入式系統(tǒng)的運行失效中有75％是由其中的軟件失效所引起的。事實上軟件失效所導致的系統(tǒng)故障已經(jīng)成為數(shù)控設備故障診斷中一個不容忽視的問題了。
二、數(shù)控系統(tǒng)中軟件的測試與診斷方法
與硬件相比軟件失效主要有以下兩個特點：(1)軟件失效不會隨時間而發(fā)生變化。硬件的有很大一部分是由于設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。一旦軟件運行正確，它是不會隨著時間的推移而退化的。(2)軟件的失效多數(shù)是由程序代碼中的固有錯誤所導致，而對于嵌入式軟件來說，軟硬件之間的接口錯誤也是導致失效的一個重要因素。
因為失效機理的不同，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。從保證設備可靠性的角度來看，硬件設備在出廠之前要做一系列的可靠性試驗，目的就是要把設計和加工過程中產(chǎn)生的問題提前暴露出來，而到了用戶使用階段，工作的重點就是對設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，對出現(xiàn)的故障進行診斷和維修。而軟件則在于出廠前和使用初期對其進行的測試，尤其是對軟件與硬件集成之后所進行的系統(tǒng)測試。即系統(tǒng)測試是發(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。
在軟件測試的理論中，系統(tǒng)測試屬于一種動態(tài)黑盒測試，即測試人員不必深入軟件代碼的細節(jié)，只需通過控制軟件的輸入條件驅(qū)動被測軟件的真正運行。簡單的說，動態(tài)黑盒測試就是要盡量模擬出被測系統(tǒng)的真實使用情況，并通過對被測系統(tǒng)的實際操作來達到發(fā)現(xiàn)故障的目的。根據(jù)系統(tǒng)測試原理，實驗室自主設計開發(fā)出一種具有一定通用性的嵌入式軟件系統(tǒng)測試環(huán)境，并在此基礎上總結出一套有效的系統(tǒng)測試方法。下面結合一個具體測試實例對系統(tǒng)測試環(huán)境以及測試方法進行介紹。
三、數(shù)控系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)測試
1．系統(tǒng)測試環(huán)境
對一個數(shù)控設備中的嵌入式軟件進行系統(tǒng)測試的第一步就是要搭建系統(tǒng)測試的環(huán)境。系統(tǒng)測試環(huán)境的作用就是能夠讓軟件在真實的硬件環(huán)境下運行，而且還能夠讓測試人員把測試用例施加到被測軟件中，并且可以收集到測試的結果數(shù)據(jù)。系統(tǒng)測試環(huán)境是一個由硬件和軟件共同組成的測試平臺。
圖1所示為某型號發(fā)動機的數(shù)控系統(tǒng)軟件測試時所設計開發(fā)的系統(tǒng)測試環(huán)境。
圖1 軟件系統(tǒng)測試環(huán)境簡圖
整個測試環(huán)境由三大部分組成：測試用例及測試腳本生成環(huán)境、系統(tǒng)檢測軟件以及系統(tǒng)檢測箱。其中的測試用例及測試腳本生成環(huán)境和系統(tǒng)檢測軟件屬于測試平臺的軟件部分，而系統(tǒng)檢測箱以及與之相連的I/O設備都屬于硬件部分。
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