通用报文编解码与串口测试软件的研究与实现

通用报文编解码与串口测试软件的研究与实现　【摘　要】为提高串口测试软件的通　用性和灵活性、提高测试效率，提出一种　通用报文编解码与串口测试软件的实现方　案，重点对报文编解码所涉及的关键技术　进行研究。　【关键词】串口测试串行通信报文　编解码自动化　【中图分类号】Ｇ【文献标识码】Ａ　【文章编号】０４５０－９８８９（２０１５）０６Ｃ－　０１８９－０２　

在串行通信系统系统的测试工作　中，报文协议是一项非常重要的测试内　容，需要对各种报文协议进行大量的测　试。测试人员在设计测试用例时针对每　个报文协议手工编制大量的测试报文，　再通过串口调试工具来进行串行通信并　完成相关测试，最后根据报文协议来人　工判读测试数据，工作量相当繁重。此　外，报文协议的复杂性、枯燥性，以及重　复性地输入输出数据给手工测试带来了　很大的困难，大量测试报文的编制和解　析更增加了手工测试的难度和出错率。　编写专用的串口测试程序是提高测试效　率和准确性的有效途径，但是各类系统　的报文协议种类多、区别大，使用专用的　串口测试程序只能完成特定系统、特定　报文协议的测试任务，无法灵活满足新　系统、新报文协议的测试需求。　针对上述问题，本文以提高串口测　试软件的通用性和灵活性、提高测试效率　为主要目标，提出一种通用报文编解码与　串口测试软件的实现方案，重点对报文编　解码所涉及的关键技术进行研究。　一、软件系统组成　在数字通信中，一次通信所要传输　的所有数据称为报文。待测的串行通信　系统各个组成部分以及系统与外界之间　必须按照协议来传输报文数据，因此在　对系统进行测试的过程中，报文协议是　一项非常重要的测试内容，需要进行大　口南宁职业技术学院　黄　伟　量的报文编码、串口调试及报文解析工　作。因此，通用报文编解码与串口测试软　件总体上由报文元数据管理模块、报文　管理模块、串口测试模块、报文解析模　块共４个模块组成。　报文元数据管理模块主要实现　报文系统的元数据定义功能。元数据　（Ｍｅｔａｄａｔａ）是描述数据的数据（ｄａｔａ　ａｂｏｕｔ　ｄａｔａ），主要是对数据属性（ｐｒｏｐｅｒｔｙ）的描　述性信息。对于报文系统而言，元数据描　述了报文协议的数据结构和报文字段的　格式。报文元数据管理模块通过友好的用　户界面，让用户方便地输入和维护待测试　报文协议的报文元数据。　报文管理模块提供一个直观的报　文编辑界面，根据指定的报文协议的元　数据信息，将数据帧结构中各项参数的　具体含义和可选值等信息通过友好的用　户界面呈现给用户，并根据用户设定的　各项参数值生成十六进制的报文数据。　串口测试模块负责将报文管理模块　生成的一条或多条报文数据发送到对应　的串口，并接收串口的应答报文。　报文解析模块负责解析不同应答　报文的具体含义，将报文的内容和意义　直观展示给用户。由用户指定需要解析　的应答报文以及期望匹配的报文协议，　该模块根据报文协议的元数据信息，将　十六进制的应答报文解析为用户可以理　解的报文状态参数值。　二、关键技术实现　（一）数据存储方式。报文元数据既　可以存储于ＸＭＬ文件，也可以存储于关　系型数据库，两种方式各有利弊：　１．ＸＭＬ文件随系统软件存储于本地　计算机，适合在单机环境使用；ＸＭＬ的　语法非常适合描述数据，能清晰地表示　数据的逻辑结构，易于用户理解，用户使　用操作系统自带的文本编辑器即可对报　文元数据进行维护。但报文元数据均以　明文方式存储于ＸＭＬ文件之中，缺乏安　全性保护机制，如果是多用户共用则可　能造成用户敏感数据的泄漏。　２．关系型数据库￣ＩＩＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ既能　有效地存储报文元数据，又提供了很好　的安全性保护机制，适合在单机环境和　网络环境使用。但是采用关系型数据库　增加了系统部署的工作量和难度，不利　于非专业人员使用。　本文采用ＳＱＬｉｔｅ来存储报文元数据。　ＳＱＬｉｔｅ是一款轻量级的关系数据库，具有　零配置的特点，无需安装和管理配置，是　存储在单一磁盘文件中的一个完整的数　据库。ＳＱＬｉｔｅ可以为数据库文件设置访问　密钥，从而实现基本的数据安全保护。由　于ＳＱＬｉｔｅ既适合在单机环境使用，无需安　装和管理配置，又具有关系型数据库的优　点，因此是一种比较理想的数据存储方　式。如果采用抽象工厂设计模式，还可以　方便的迁移到其他诸￣ＩＩＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ等数据　库系统以实现Ｃ／Ｓ模式运行。　（二）报文元数据管理。本文研究的　串口数据帧由帧头、数据及帧尾３部分组　成。帧头标记每帧报文的开始，长度和　值由串口通信协议具体定义。数据域存　放数据帧的信息内容如方位角、俯仰角，　或控制指令如自检命令、授时命令等。帧　尾是整个数据域与帧头的校验码，常用　的校验方式有累加和校验、异或和校验、　循环冗余校验等，有的协议帧尾使用固　定的值，甚至没有帧尾。　

图１通信数据帧格式　一个典型的串口数据帧示例如表１　所示。　表１串口数据帧示例　字节序号　内容　备注　１　帧头１　０ｘＡ５　２　帧头２　０ｘ５Ａ　３　速度高八位　４　速度低八位　５　高度高八位　６　高度低八位　７　目标大小　８　校验码　ｌ￣７累加和　据此设计报文元数据的存储结构，　包括数据帧表、帧头表、数据域表、位域　表及枚举值表。具体作用如—Ｆｏ　１．数据帧表：包含某一类报文的描　述性名称，帧头长度，数据域长度以及校　验方式。　２．帧头表：存储某一类报文帧头各　个字节的描述性名称和值。　３．数据域表：存储某一类报文数据　域的各个数据项的描述性名称、数据类　型、存储方式等信息。数据项的存储方　式又定义为高中低３个字节、高低２个字　节、不含位域的１个字节、包含位域的１４＂　字节等类型。所谓“位域”是把一个字节　中的８４－２进位划分为几个不同长度的区　域，这样就可以用一个字节的二进制位　域来同时表示几个信息。如果数据项包　含位域，还需通过位域表来进一步描述　各个位域的具体信息。　４．位域表：存储组成某个字节的各　个位域的描述性名称、位域长度、是否　提供枚举值、是否有默认值等信息。　５．枚举值表：用于创建报文编辑界　面的时候，为枚举型的位域提供输入选　项，如是，否、有效／无效、正常／故障，等　等。枚举值表存储这些选项的描述性名　称和对应位域的二进制值。　（三）报文管理。报文管理模块主要　解决两个关键问题：一是从报文元数据　加载指定的报文协议定义，并动态生成　报文编辑界面；二是用户根据用户在报　文编辑界面设定的各项报文参数，动态　生成十六进制的报文数据。　１．动态生成报文编辑界面。由于不　同报文协议的报文格式、内容及长度不　一，因此报文编辑界面必须根据具体的　报文协议来动态生成。．ＮＥＴ　Ｗｉｎｆｏｒｍ的　ＴａｂｌｅＬａｙｏｕｔＰａｎｅｌ控件提供了一个表格　布局模版，适合以表格形式在窗体上动　态添加控件，表格的行数也可以根据报　文长度动态增加。本文使用单选按钮控　件，提供默认值、枚举值及自定义值等　选项来给用户指定各个报文字段的值，　单选按钮控件与其所代表的报文元数据　的名称和值（Ｎａｍｅ－Ｖａｌｕｅ）绑定，用户选　中单选按钮即可将其对应的报文字段值　显示在当前行。　２．动态生成报文数据。这是本文所　述系统的关键功能，实现的算法是根据　报文元数据所定义的字节和位域顺序，　在报文编辑界面依次查找和读取各个报　文字段的当前值，并将读取到的十六进　制或二进制值，经数据转换和重组之后　形成一条相对完整的报文。　对于占１字节、包含位域的报文字　段，程序将该字节各个位域的二进制　值，全部拼接成一个８位二进制字符串，　再转换为十六进制值。　对于占２字节的报文字段，值范围　为十进制数０～６５５３５，需要程序对用户输　入的值进行数据转换，分别提取其十六　进制表示的高八位和低八位。例如十进　制数６０１１０，转换的结果为０ｘＥＡ（高八　位）、０ｘＣＥ（低八位）。借助ｃ样语言中　ＳｔｒｕｃｔＬａｙｏｕｔ和ＦｉｅｌｄＯｆｆｓｅｔ特性，可以比　较方便的实现相关的数据转换。　（四）发送报文。报文管理模块生　成的报文并未包含校验码和帧尾，并不　是完整的一条报文。在串口测试工作中，　校验码也是一个重要的测试内容，还需　要对缺少校验码或校验码错误的情况进　行测试，如果由报文管理模块来自动计　算出校验码，会对后续的串口测试工作　造成不便。因此本文在设计软件时，将　添加校验码和帧尾的工作放在串口测试　模块实现。用户在窗体上设定校验码为　“无、自动计算、随机生成错误值”三个　选项之一，以及指定是否在报文末尾附　加固定的帧尾值，报文将按指定的要求附　加校验码和帧尾之后才被发送到串口。串　口测试模块还可提供串口参数设定、自动　定时发送、接收串口数据等功能。　（五）报文解析。报文解析是报文编　码的逆过程。报文解析模块有两种实现　方案：一是对串口测试模块接收到的报　文数据进行实时的解析，二是先保存接　收到的报文再进行解析。相比之下后者　更为合理，因为系统在短时间内可能会　接收到大量的报文数据，如果对这些数　据进行实时解析和显示，界面上信息刷　新的速度会非常快，用户可能还没有看　清楚某个报文的具体意义，界面上的信　息就已经发生了变化。因此，为了分析测　试数据的需要，报文解析模块应当先保　存捕获到的报文，等到捕获的报文数量　达到一定值时自动或手动停止报文的捕　获，然后再开始对报文进行分析。　报文解析模块根据报文的数据帧　格式来读取通过串口测试模块接收到的　串口数据，并根据报文元数据的定义，将　串口数据逐字节、逐位域的解析还原为　有具体含义的报文信息，最后通过友好　的界面将报文的内容和意义直观展示给　用户。报文解析功能有助于测试人员观　察待测系统对于测试数据的响应是否与　测试用例的预期结果相符，减少了测试　人员人工判读测试结果的工作量，提高　了测试效率和准确性。　综上，本文探讨和实现了一种通用　报文编解码与串口测试软件的实现方案　以及涉及的关键技术。实际应用情况表　明，该软件能减轻测试人员的工作量，　避免了测试过程中人为的疏忽和错误，　提高了测试效率和正确率，同时也提高　了串口测试软件的通用性和灵活性。当　然，该软件还存在继续改进的空间，例如　可进一步朝着自动化测试产品的方向改　进，根据测试脚本自动生成测试用例，并　自动形成测试结果和报表，最终实现测　试过程自动化和测试结果自动化。　

【参考文献】　［１］刘烨，王永斌，刘宏波．报文解　析工具中的ＸＭＬ数据字典［Ｊ］．计算机工　程，２００９（３）　［２］陈乃澍，吴国庆．炮兵指挥系统测　试的报文通用解析编辑模型［１］．火力与　指挥控制，２００９（６）　［３］马贤颖，刘文红，夏烨．航天测控　系统遥控软件自动化测试仿真平台研究　［Ｊ］．系统仿真学报，２０１４（４）　［４］董延杰，宋朝辉，陈静．嵌入式软　件串口通信自动化测试工具的研究［Ｔ］．自　动化应用，２０１４（１Ｏ）　［５］曹佳佳．应答器报文编译码的研　究与设计［Ｊ］．科技信息，２０１２（１）　［６］侯高雷，黄明山，李志华．基于　Ｃ－＃的终端自动化测试系统设计与实现　［Ｊ］．现代电子技术，２０１２（２）　［７］张婷婷．基于，ＮＥＴ的ＲＳ一２３２高　效串口调试程序设计与实现［Ｊ］计算机光　盘软件与应用，２０１２（１７）