使用TPT完成Stateflow动态测试

 

作为美国MathWorks公司的知名产品，Stateflow具有软件架构清晰、模型复杂度低、可读性和可维护性强等优势，因此被大量应用于设计有关监控、任务调度以及故障管理应程序的逻辑，在汽车电控领域也有着非常广泛的应用。

 

基于支持客户的Stateflow测试经验，北汇信息总结了一套针对Stateflow的具有普适性的测试方法。下面就以Fan Management单元模块的动态测试为例，和大家一起分享。

 

被测模型

 

Fan Management 单元模块

 

Fan Management 单元模块通过VPM（整车高低压状态）、FanErr（风扇故障）、FanTemp（风扇温度）信号，对FanEn（风扇使能）、FanErrBack（风扇故障反馈）信号进行计算。

 

那么，当拿到这样一个单元模型和功能需求描述，应该如何去开展我们的动态测试工作呢？首先，为了防止在测试过程中深陷到Stateflow错综复杂的跳转逻辑中无法自拔，应该明确我们的测试思路。

 

围点打援 中心开花

其实无论多复杂的Stateflow模型，其基本组成都可拆分为初始状态、跳转条件和目标状态三个部分。正是基于这样的基本结构，我们建立了“围点打援”的测试思路。

 

• 围点：控制Stateflow跳入初始状态
• 打援：针对跳出初始状态的跳转路径进行用例编写
• 中心开花：最终实现以初始状态为中心，向四周辐射的MCDC覆盖
• 假设以Normal状态最为初始状态：
• 围点：以Normal为初始状态
• 打援：① Normal 跳转至Off_Err

              ② Normal 跳转至 On_OverTemp

 

围点与打援

 

测试用例编写方法

当确定好测试思路之后，下面就正式的搭建测试工程。这里，我们搭建测试工程用的是一款自动化的软件动态测试工具——TPT。

 

围点：控制Stateflow跳转至初始状态

在进入初始状态的过程中，并不需要考虑MCDC覆盖度的要求。因此，只需要控制信号按照最短的路径进入到初始状态即可。

 

以Normal作为初始状态为例，直接使VPM = 8，跳入Normal状态。由于每次状态跳转会占用一个步长，我们给入足够的等待时间保证状态跳转至初始状态。

 

进入Normal状态

 

 

按照以上的搭建方法，分别对模型中的5个功能状态搭建了测试用例，并按照模型中的状态块名称对用例进行了命名。

 

初始状态

 

由于这5个初始状态在后面测试用例搭建的过程中需要多次调用，TPT可以将编写好的测试用例进行封装，生成Variants，在搭建测试用例的过程中直接选择想要的状态即可。这会大大提升测试用例的搭建效率。

 

以Variants形式存在的初始状态

 

打援：给入状态跳转条件信号

按照OriginalState分组封装的思路，将模型中的跳转条件也进行了Variants的搭建。这里针对信号Variants的划分会用到在测试过程中常用到的一种方法：等价类划分。

 

按照测试中常用的等价类划分方法，对Fan Management单元模型中的输入信号进行了等价类的划分：

 

▲Bool类型：true、false

▲有明确功能对应关系的信号：

高低压状态（VPM_st）：8、9、（!(8 or 9)）取等价类3 

风扇故障（FanErr）信号：0（无故障）、1（有故障）

▲有明确功能阈值的信号：

风扇工作温度（FanTemp）：≥90（取等价类100）、≤85（取等价类50）

 

划分好跳转条件上信号的等价类之后，为了方便复用，同样在TPT中搭建了相应的Variants。

 

以Variants形式存在的跳转条件

 

当OrigianlState 和ObjState上的Variants都搭建好之后，接下来就是选择需要的Variants，让他们组合成我们想要的测试用例。为了减少用例运行过程中的资源占用情况，在用例的末尾加了一个300ms的最大跳出时间限制。

 

测试用例

 

 

当然，TPT本着“万物皆Variants”的原则，测试用例中States的跳转条件也可以封装成Variants，便于我们的复用。

 

跳转条件的Variants

 

在运行用例的时候，TPT可以调用Simulink的V&V工具箱对模型的覆盖度进行统计分析。我们可以方便的查看MCDC覆盖度是否实现了“中心开花”的效果：以初始状态为中心，跳出初始状态的条件实现MCDC全覆盖。这样可以大大减少我们在为了满足MCDC覆盖度去补充测试用例的工作量。

 

结构覆盖度统计结果

 

在这个过程中，TPT还可以进行一些测试用例分组管理、测试需求管理、设置测试用例属性信息的工作，篇幅所限，这里就不给大家详述了。

 

一招从天而降的掌法--测试用例自动生成

在搭建测试工程的过程中，有没有一种能减轻测试工程师的工作量，自动生成测试用例的方案呢？

 

为了提升大家的测试效率，TPT也提供了多种自动生成测试用例的方法。当我们搭建出OriginalState和ObjState的Variants之后，只需要动动手指，TPT就能自动生成我们想要的测试用例。

 

 

并且，在保证测试用例数量可控的前提下，自动生成的用例MCDC覆盖度达到了100% ！

 

 

在我们的测试过程中，巧妙的利用TPT提供的自动生成测试用例的方法，能够大大较少测试工程师的重复性劳动，实现真正意义的自动化测试。

 

关于评估

用例搭建完成之后，我们还需要搭建测试评估，这里就可以利用TPT强大的脚本评估去实现。TPT的脚本评估使我们彻底摆脱了传统时间域上的评估，转向了复用性、自适应性更强的逻辑评估方式，同时也便于我们对模型和测试工程的debug。

 

对于Stateflow的评估，我们同样采用了“围点打援”的思路，先用正则表达式regexp定位至Normal状态，然后筛选出高压故障区间进行评估。

 

Normal跳转至Off_Err评估脚本

 

篇幅所限，这里只给大家介绍了一个简单Stateflow模型的测试方法，对于多层嵌套、含调度模块、复杂跳转条件、延迟逻辑等复杂模型，都可以在此基础上进行扩展。如果大家测试过程中存在疑问，欢迎留言评论哦。

 

PikeTec公司是全球知名的基于模型的嵌入式系统测试工具TPT的软件供应商，总部位于德国柏林，其创始人均在戴姆勒公司拥有十多年的软件测试经验。TPT产品曾被评为2005年戴姆勒最佳创新软件，并在戴姆勒、大众、奥迪、保时捷、通用等汽车整车厂及多家零部件企业（博世、大陆、海拉等）中得到广泛应用，如戴姆勒的多个车型的混合动力汽车的动力总成、电池管理控制器的测试，博世的汽油机和柴油机控制系统测试等。

 

北汇信息作为PikeTec在中国的独家合作伙伴，致力于帮助中国客户提升嵌入式控制系统的开发效率。目前，TPT已被众多国内知名主机厂和零部件企业认可，在新能源（VCU/BMS/MCU）以及ADAS等领域中被广泛应用。