基于MVC的自动化硬件测试平台的研究.pdf

现代电子技术Modern Electronics TechniqueOct.2023Vol.46 No.202023年10月15日第46卷第20期0 引 言随着数字化驱动时代的到来，“互联网+”、物联网、云计算、大数据等都离不开服务器以及存储设备搭建底层部署。目前服务器以及存储设备市场巨大，生产厂商众多，硬件测试依赖测试工具得出测试性能结果，而稳定性测试成为评判服务器指标好坏的重要参考方法，其中 spec、CPU、Stream、Fio、Netperf分别对应处理器性能、内存带宽、硬盘压力测试、I/O性能、网络性能测试数据吞吐能力和数据包处理能力。2008 年，西北工业大学刘晓丹等人以数据驱动测试框架为核心，借鉴了测试脚本模块化思想，实现了测试数据与测试脚本相分离的自动化集成测试平台1。2014 年，王洪钰等搭建了基于MVC（ModelViewController）的任务系统自动化测试数据查询分析平台2，实现了测试数据和查询分析业务的解耦合，提高了平台的灵活性。2015年，P.Drabik等人实现了基于 FPGA 芯片的多通道分布式测量系统控制与诊断类测试平台，在软硬件之间建立稳定连接，给出了 OMTF算法测试的测试平台方案和实例3。2022年，Li M Q等人提出一种基于智能控制算法的电子控制器自动测试系统，分析了微带传输线参数模型的原理及其与信号完整性的关系，构建了智能电子控制器自动测试系统4。传统的硬件测试领域主要存在工作效率不高、DOI：10.16652/j.issn.1004373x.2023.20.009引用格式：龚骁敏，姚爽，陈艳飞，等.基于MVC的自动化硬件测试平台的研究J.现代电子技术，2023，46（20）：4449.基于MVC的自动化硬件测试平台的研究龚骁敏，姚 爽，陈艳飞，王 谦，谢 亮，陈 锐（中国电子科技集团公司第五十二研究所，浙江 杭州 311100）摘 要：针对传统硬件测试效率低、人工干预过多的问题，提出一种基于MVC的自动化硬件测试平台设计，旨在于提高国产服务器出厂的自动化程度以及产品质量规范化管理水平。采用MVC模式设计PC端、服务器端、数据库三层架构，分别对应用户界面、用户请求处理、业务逻辑和数据同步；协同处理板卡生产、整机组装和研发人员的自动化硬件测试。完成了从板卡生产、系统组装、硬件兼容性、入所检、数据管理等硬件测试指标项，实现了板卡全生命周期自动化硬件测试过程。利用平台极大地满足了测试人员的测试需求，系统性地提高了工作效率，程序更加便于维护，能够保证数据真实可信度，规范化管理测试数据以及存档。关键词：MVC模式；硬件测试；自动化测试；产品质量管理；板卡；数据管理中图分类号：TN60634；TP29 文献标识码：A 文章编号：1004373X（2023）20004406Research on automatic hardware test platform based on MVCGONG Xiaomin,YAO Shuang,CHEN Yanfei,WANG Qian,XIE Liang,CHEN Rui(The 52nd Research Institute of China Electronics Techology Group Corporation,Hangzhou 311100,China)Abstract：In allusion to the problems of low efficiency of traditional hardware testing and excessive manual intervention,the design of automatic hardware testing platform based on MVC is proposed to improve the degree of automation of domestic server delivery and standardized product quality management.In the MVC mode,the PC,server and database three layer architecture are designed,respectively corresponding to user interface and user request processing,business logic and data synchronization,and the collaborative processing of board production,complete machine assembly,and automated hardware testing by research staff are conducted.The hardware test indexes of board production,system assembly,hardware compatibility,incoming inspection and data management are completed,and the automatic hardware test process of the whole life cycle of board is realized.The use of platform can greatly meet the testing requirements of testers,and systematically improve the work efficiency,which make the program easier to maintain,ensure the real credibility of the data,and standardize the management and archiving of test data.Keywords：MVC mode;hardware test;automation test;product quality management;board cards;data management收稿日期：20230216 修回日期：202303304444第20期测试周期过长、人工干预过多、测试人员技术参差不齐等问题5。因此在板卡生产、组装、测试、调试等过程中，需要开发出一套自动化测试平台，极大地提高了硬件板卡生产、系统组装生产、产品测试和兼容性测试的工作效率，亦可规范化管理测试文档的归档。提高硬件测试任务的工作效率和工作质量成为行业研究的重点，传统硬件测试趋向自动化是必然发展趋势6，基于此，本文提出一种基于MVC的自动化硬件测试平台来满足硬件测试需求。所设计的平台能简化复杂的重复性命令，增加可视化界面，集成相关所有测试用例，实现面向结果的自动化测试功能，测试完成会生成对应日志上传到后台管理系统，无需人工参与；同时融入基于 B/S 架构的数据管理平台，能够实现规范化的保存管理。1 自动化测试平台框架设计1.1 MVC相关理论在20世纪70年代，MVC架构基于Smalltalk80编程语言，在 GUI 设计中被提出7。MVC 模式把数据处理、程序输入输出控制以及数据表示分离开，并且描述了不同部分的对象之间的通信方式，使它们不必卷入彼此的数据模型和方法中，程序结构变得清晰而灵活。设计包括模型层、视图层、控制层三个部分，模型层表示数据和业务逻辑，封装了应用程序的业务数据；视图层提供数据显示和用户输入，作为模型的外在表现形式；控制层作为模型与视图之间的交互层，负责派遣用户请求和控制流程8。目前常用的自动化测试方法有：模块化测试脚本、测试库、关键字驱动测试、数据驱动测试等9。图 1所示为 MVC 模型关系，利用 MVC 设计模式来开发硬件自动化测试平台，可以大大地改善程序的可理解性，增强程序的可维护性10。实现自动化测试就是通过测试工具或者其他手段，按照测试工序的预定计划对硬件产品进行自动测试。图1 MVC模型关系1.2 自动化硬件测试平台框架平台的框架设计是实现硬件自动化测试的重要一环，不仅可以确保业务性能，还能保证平台运行稳定。本文针对板卡生产厂、组装厂和研发人员应用需求，搭建一个覆盖从板卡生产厂测试、组装厂测试，到内部的硬件兼容性测试、入所检等需求的自动化硬件测试平台，采用的是模块化测试脚本的框架。硬件测试平台主要提供不同阶段、不同场景的测试方案，包括板卡、整机、硬件兼容性、入所检、数据管理等五大模块全生命周期过程测试。利用可视化界面显示对应不同阶段测试结果，通过平台的整体部署11帮助研发人员快速定位，并大幅度减轻测试人员的重复性工作量，提高测试和生产效率。自动化硬件测试平台框架如图2所示，进入可视化操作界面，从测试子程序库调用测试脚本程序，通过网口或串口通信连接到被测设备，测试平台与待测设备进行命令交互，完成相应的服务器设备测试，同时将测试数据保存。图2 自动化硬件测试平台框架所设计平台采用互联网技术，利用融合测试工具，可以实现自动化测试和实现数据管理的硬件测试平台，同时设计了测试数据管理、测试计划管理、机器管理、自动化测试管理等系统性功能。结合行业现状和现状趋势10，测试平台的网络架构设计图如图 3 所示，主要包括 PC 端、被测服务器、数据库服务器。测试人员在 PC端通过网络连接，经过登录防火墙进入被测服务器端，在 PC端运行测试程序界面，并将测试工具自动安装在被测服务器端，多台被测服务器统一接入交换机，再将测试得到的日志上传至数据服务器，更新同步测试人员由 PC端显示的可视化界面结果，完成板卡、整机、硬件兼容性、入所检、数据管理等五大模块自动化测试流程。图3 测试平台的网络架构设计图在图2所示的自动化硬件测试平台框架中，PC端作为可视化操作界面，将用户请求的信息上传至待测服务器端，待测服务器端运行封装模块的运行程序，封装了板卡测试、整机测试、入所检、兼容性测试、数据管理等五个模块，根据按键指令的方式调用对应模块测试脚龚骁敏，等：基于MVC的自动化硬件测试平台的研究45现代电子技术2023年第46卷本、测试命令调用库、配置bin档调用库、通信协议，其中包括串口、ssh、ftp传输协议。图 4所示为自动化硬件测试流程图，每个模块对应的测试结果进入数据库进行存档，由信息查询模块查询实时测试结果并更新在可视化界面，完成自动化硬件测试。图4 自动化硬件测试流程图2 软件功能性设计板卡生产测试模块主要分为信息配置管理、程序化测试两个部分。图5所示为板卡生产测试模块，信息配置管理具有提供硬件系统信息查询、网络配置、固件快速更新等功能。程序化配置能够按照测试要求合理编排测试项目，通过测试程序对主板测试项目进行有序的功能测试。此外，可视化的操作界面可以自定义设置测试某个单项目。上述两种方式都能按规定自动执行后判定测试结果，并将测试数据记录保存到数据库12。其中功能测试项包括：外设接口检测、PCIE、SAS、SATA、USB网口、点灯测试、读盘测试、CPU 测试、Memory 测试、网络测试、重启测试等。选择板卡生产测试模块进行串口/网口连接，并输入板号开启待测机器，则程序进入自动测试状态中。测试项目主要包括开机启动日志检测、自动MAC 烧录、自动配置网络、自动执行单板功能测试、测试数据记录的保存和导出，板卡生产测试界面如图 6所示。系统组装测试模块也分为信息配置管理、程序化测试两个部分。图7所示为系统组装测试模块结构，信息配置管理具有提供硬件系统信息查询、网络配置、固件快速更新等功能；程序化配置中的整机测试包含功能测试和稳定性检验，测试完成后自动判定测试结果，同时将测试数据记录保存到数据库。图5 板卡生产测试模块的结构46第20期图6 板卡生产测试界面图7 系统组装测试模块结构系统组装功能测试主要包括：PCIE、SAS、SATA、USB网口等总线、外设接口检测，点灯测试，读盘测试，重启测试等。稳定性测试主要包括 CPU 压力测试、Memory 压力测试、网络压力测试等。整机组装测试界面如图8所示，模块分为性能测试和稳定性测试两大测试项。性能测试时先输入整机SN号和PN号，再通过网口连接，点击“开始”按钮开始自动执行系统性能测试，并按规划自动配置网络。稳定性测试是先输入整机SN号和PN号，选择待测板卡对应IP，点击“开始”按钮开始自动整机稳定性测试，测试完成后保存和导出测试数据结果。硬件信息配置管理也具有提供硬件系统信息查询、网络配置、固件快速更新等功能，硬件兼容性测试界面如图9所示。程序化配置时，测试人员在操作界面可自由选择测试项进行测试。测试人员可以通过界面上预留的命令框进行指令输入操作，查看更多待测设备状态的信息。测试人员通过操作界面，可以对单一项目进行有针对性的验证，测试结果在经过软件判定后，反馈到界面显示结果。兼容性验证测试项包括各种总线和外设接口检测、各种适配板卡测试、重启测试、DDR 适配测试、网络测试、MAC 修改、FLASH 读写次数测试等。本文选择硬件兼容性测试模块，模块按所需将功能分类：串口连接功能、网口连接功能、自定义兼容性项目测试功能、自动网络配置功能、固件版本号查询功能、支持网卡、磁盘温度检测功能、支持风扇转速检测功能，支持测试数据结果记录的保存和导出数据库。图8 整机组装测试界面图9 硬件兼容性测试界面入所检模块程序化测试部分新增了命令框，测试人员可以手动输入命令，验证待测试设备相关信息的功能与自动测试平台测试是否保持一致。入所检界面如图 10所示，界面提供硬件系统信息查询、网络配置、固件快速更新等功能。测试结果经过测试程序自动判断后，保存测试数据进入数据库。入所检测试涵盖了板卡生产厂和系统厂组装所有的测试项。同时，测试人员还可以自定义测试项，自由选择需要测试的项目，对某些测试项目进行针对性的测试。对于飞腾平台，完成串口连接功能、网口连接功能、自定义入所检项目测试功能、入所检数据保存和导出功能；而对于 X86平台而言，可实现网口连接龚骁敏，等：基于MVC的自动化硬件测试平台的研究47现代电子技术2023年第46卷功能、自定义入所检项目测试功能、入所检数据保存和导出功能。图10 入所检界面硬件信息查询终端主要包含两个功能：硬件测试档案查询接口、数据记录保存库。数据管理模块如图 11所示，硬件信息查询可以查询硬件系统信息、硬件测试历史记录信息等。图11 数据管理模块数据记录保存库将平台保存在服务器上的硬件测试数据按照类、表方式进行导入导出，支持操作时间和测试人员信息记录功能及数据库导入、导出功能，数据管理界面如图12所示。图12 数据管理界面3 平台实现与结果整个自动化硬件测试平台基于 Python 和 C 语言进行研发，不依赖其他限制性源码工具13，整体由上位机和 Shell脚本两大模块组成。上位机模块基于 Windows资源，主要完成用户按键输入和界面显示功能，图13所示为硬件自动化测试平台界面，包括板卡生产厂测试模块、系统组装厂测试模块、硬件兼容性测试模块、入所检模块、测试数据管理模块。该平台使用串口与 TCP/IP网口通信协议实现上位机与被测机台的信息交互。Shell脚本模块基于硬件被测设备的 Linux资源，提供被测设备的测试方法和接口14，包括CPU、内存、PCIE总线、磁盘等硬件相关的测试方法，性能指标达标情况如表 1所示。图13 硬件自动化测试平台界面4 结 论通过自动化硬件测试平台的搭建，实现了零散测试脚本的模块化，界面化的设计使测试的项目更加灵活自由15。智能化的平台操作有助于工厂生产、组装生产测试和研发人员测试，降低了测试人员的工作量以及人工参与程度，能够保证数据的可信度，实现自动化水平测试。在兼容性测试、入所检等测试中，由于平台自动化测试信息导入，测试流程更加系统化，规范化管理测试数据以及存档，系统性地提高了工作效率，降低了人力成本，缩短了生产和测试的周期。平台通过一键配置、自动执行等多种方式，程序便于维护，分成管理、增加或删减功能，可以帮助研发人员快速完成经常重复操作的繁琐硬件配置和产品相关部署工作，提高了测试人员以及研发的工作效率，实现了自动化且缩减了硬件繁杂的测试过程。注：本文通讯作者为姚爽。48第20期参考文献1 刘晓丹，武君胜，刘博.基于数据驱动的自动化测试平台的设计J.科学技术与工程，2008（3）：779782.2 王洪钰，孟庆鑫.基于 MVC 的任务系统自动化测试数据查询分析平台的构建J.计算机与网络，2014，40（2）：7073.3 DRABIK P,POZNIAK K T,BUNKOWSKI K,et al.Object oriented hardwaresoftware test bench for OMTF diagnosis C/XXXVI Symposium on Photonics Applications in Astronomy,Communications,Industry,and HighEnergy Physics Experiments.S.l.:International Society for Optics and Photonics,2015:96629674.4 LI M Q,GONG X.Electronic controller automatic test system based on intelligent control algorithm J.Journal of electrical and computer engineering,2022(2022):116.5 方垒，边涛.工业控制软件平台自动化测试技术研究与应用实践J.自动化博览，2022，39（5）：4851.6 谭虹，杨丹君，陈岚岚.工控软件表达式功能的自动化测试方法研究J.中国仪器仪表，2023（1）：4651.7 毕建信.基于MVC设计模式的Web应用研究与实现D.武汉：武汉理工大学，2006.8 从树.服务器硬件选型测试平台的设计与实现D.武汉：华中师范大学，2017.9 柳晓华.移动应用自动化测试策略的研究与应用D.青岛：青岛大学，2017.10 兰杰，李志宁，吕建刚.基于深度极限学习机的轴承故障诊断方法研究J/OL.现代电子技术：16 20220616.https:/ TyEVl2pW9UrhTDCdPD65OHrGa0JmNSmTfn6ia45lqymp EMOBhqCUI1Rzg14zOX6TpMwK9log&uniplatform=NZKPT.11 刘淑梅，杜彬，云桂桂，等.基于数据中台和流程平台的业务中台建设与实践J.现代电子技术，2022，45（20）：6568.12 毛秋云，李璟，詹子仪，等.用电信息采集终端网络信号质量评价与分析J.现代电子技术，2023，46（1）：8590.13 ARUN R,LAUREL E,LEI S,et al.Computational sprinting on a hardware/software testbed J.ACM SIGPLAN notices,2013,48(4):102108.14 任中方，张华，闫明松，等.MVC模式研究的综述J.计算机应用研究，2004（10）：14.15 游达章，张敏，余炼，等.嵌入式自动喷漆设备控制系统硬件可靠性预测J.现代电子技术，2020，43（23）：7984.检查模块板卡厂生产模块整机组装模块测试兼容性测试入所检测试数据管理检查项目串口/网口登录启动检测信息烧录功能检测信息烧录性能测试稳定性测试板卡状态固件配置网络配置重启测试性能测试稳定性测试开机检测测试信息查询MAC管理要求串口/网口正常登录完成关键词、内存、PCIE检测1.MAC烧录自动化；2.系统下烧录完毕，结果与烧录文件一致获取CPU、内存、USB设备、RTC、SATA控制器、PCIE设备、网口、扩展板、风扇、磁盘/硬盘、温度传感器数据、固件版本、操作系统等具体信息 扫描PN/SN，烧录BIOS芯片板卡设备信息与实际结果是否一致对CPU加压、内存加压、磁盘读写、网络加压进行压力测试检测板卡信息和PCIE链路信息、板卡散热情况更新不同固件版本不同网口位置IP、子网掩码配置DC reboot重启次数测试检测CPU、内存、USB设备、RTC、SATA控制器、PCIE设备、网口、扩展板、风扇、磁盘/硬盘、温度传感器数据、固件版本、操作系统等具体信息 CPU加压、内存加压、磁盘读写、网络加压测试再次对关键词、内存、PCIE检测板卡、整机测试信息MAC地址分配管理测试结果符合要求符合要求符合要求测试结果与人工测试结果一致烧录成功，结果与烧录文件一致符合要求测试通过，符合要求符合要求符合要求符合要求符合要求符合要求符合要求符合要求符合要求符合要求表1 性能指标达标情况作者简介：龚骁敏（1980），男，浙江兰溪人，高级工程师，主要研究方向为计算机工程与应用。姚 爽（1995），男，安徽铜陵人，硕士，助理工程师，研究方向为智能硬件、物联网、自动化测试。龚骁敏，等：基于MVC的自动化硬件测试平台的研究49