Çalışma Sırasında Konfigüre Edilebilir Ortak Gömülü
Simülatör
Erkan TAN1, İbrahim BALCI1, Uğur YILMAZ1, Elifnur ÖZTÜRK1, Derya Yeliz ULUTAŞ1
1ASELSAN A.Ş. Ankara, Türkiye
{erkantan, ibalci, uguryilmaz, elifozturk, dyulutas}@aselsan.com.tr
Özet. Gömülü sistemlerde farklı arayüzlerin kullanımı yazılım testlerinde kullanılan
simülatör çeşitliliğini ve sayısını arttırmaktadır. Artan simülatör sayısı ile kara kutu testler sırasında gerçekleştirilen senaryosal testlerde kullanılan simülatörlerin kontrolü zorlaşmaktadır. Ayrıca her bir arayüz için ayrı bir simülatör geliştirilmesi testler için harcanan iş gücünü arttırmaktadır. Bu sebeplerden yola çıkılarak simülatörlerin kontrolünün kolaylaştırılması ve ortak bir çerçevede toplanması amacıyla Ortak Gömülü Simülatör (OGS) geliştirilmiştir. Bu simülatör sayesinde farklı arayüzler (MsgQ, PCIe, TCP, UDP, seri kanal) tek bir noktadan yönetilebilir ve gözlemlenebilir hale getirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Simülatör, Yazılım test, Gömülü Yazılım, Yeniden
Kullanılabilirlik
Run-Time Configurable Common Embedded Simulator
Erkan TAN1, İbrahim BALCI1, Uğur YILMAZ1, Elifnur ÖZTÜRK1, Derya YelizULUTAŞ1
1ASELSAN A.Ş. Ankara, Turkey
{erkantan, ibalci, uguryilmaz, elifozturk, dyulutas}@aselsan.com.tr
Abstract. The use of different interfaces in embedded systems increases the number
and variety of simulators used in software testing. With the increasing number of simulators, it is difficult to control the simulators used in the scenario tests performed during the black box tests. In addition, the development of a separate simulator for each interface increases the workforce spent for testing. Based on these reasons, Common Embedded Simulator (OGS) has been developed in order to facilitate the control of the simulators and to gather them in a common framework. With this simulator, different interfaces (MsgQ, PCIe, TCP, UDP, serial channel) can be managed and monitored from a single point.
Keywords: Simulator, Software Testing, Embedded Software, Reusability
1 Giriş
Aselsan Radar ve Elektronik Harp Sistemleri Sektör Başkanlığı(REHIS) Yazılım Test Mühendisliği Müdürlüğü, yazılım test yöntemi olarak “Black Box” (kara kutu) test metodunu kullanmaktadır. Kara kutu testler gereksinim ve fonksiyonellik üzerinedir. Test edilecek yazılımın kaynak kodu ya da tasarımı ile ilgilenilmez. Yazılımın fonksiyonelliğini test edebilmek içinse yazılımın çalıştığı ortam ve haberleştiği tüm arayüzlerin simüle edilebilmesi gerekmektedir. Örneğin test edilecek yazılım gömülü bir yazılımsa, aynı ortamı sağlayan bir karta yüklenmeli ve haberleştiği arayüzler gerekleri karşılayacak şekilde oluşturulmalıdır[1].
Yazılımın gömülü bir arayüzü varsa simülatör de buna göre hazırlanmalı aynı dil kullanılarak, aynı işletim sisteminde hatta belki aynı core’da gerçek sistemde karşılık geldiği konfigürasyon birimiyle denk olacak şekilde gerçekleştirilmelidir. Örneklerden de anlaşılabileceği gibi gömülü simülatörlerin kısıtları fazladır. Ayrıca gömülü sistemlerdeki
arayüz sayılarının fazla olması nedeniyle testler sırasında kullanılan simülatör sayısı da artmaktadır. Artan simülatör sayısı ile bunların kontrolü ve idamesi de zorlaşmaktadır. Gömülü simülatörlerin test gereklerinden dolayı gömülü bir kart üzerinde koşmasından ötürü mesaj akışını monitör etme ve çalışma sırasında konfigüre edebilme gibi zorlukları da bulunmaktadır. Bunun için de çalışma sırasında gömülü simülatörlerin daha rahat kontrol edilebilmesi için ayrıca bir PC arayüzüne de ihtiyaç duyulmaktadır.
Test sırasında her bir gömülü arayüz için ayrı bir simülatör ve bu gömülü simülatörlerdeki akışı görüntülemek için PC simülatörleri geliştirip her birine akıl yüklemek yerine bütün simülatörlerin ortak bir çatı altında toplanıp tek bir noktadan kontrol ve manipüle edilmesi daha verimli olacaktır. Bundan yola çıkılarak belirtilen ihtiyaçların karşılanması ve simülatör oluşturma için harcanan iş gücünün minumuma indirilmesi amacıyla Ortak Gömülü Simülatör(OGS) geliştirilmiştir.
Şekil 1. OGS çalışma şeması. OGS’nin kurabileceği bağlantı arayüzleri görülmektedir. Şekilde
PC’deki SIM kısmı ile MsgQ gibi gömülü arayüzlere gelen mesajların yönlendirilip monitör edilebilmesi anlatılmaktadır.
2 Ortak Gömülü Simülatör Nedir?
Ortak Gömülü Simülatör(OGS), farklı cihazlar ve farklı protokoller arasındaki iletişimi ve birbirleri arasında yönlendirmeyi sağlayan bir yazılımdır. Bu işlemler, farklı iletişim protokolleri ile haberleşen gömülü yazılımların OGS gömülü bileşeni ile aynı kart üzerinde farklı çekirdeklere yerleştirilmesi ile gerçekleştirilebilir veya farklı iletişim protokolleri ile haberleşen cihazların OGS gömülü yazılımının çalıştığı kart üzerindeki uygun port girişlerine bağlanmasıyla sağlanabilmektedir. OGS, yönlendirmenin yanı sıra iletişimler arasına girerek kullanıcı tarafından tasarlanan örüntüler ile farklı cihazlar veya yazılımlar arasındaki mesaj trafiğini şekillendirmeye olanak sağlar. Belirlenen koşullar(örüntüler) sağlandığında veya tanımlanan zaman periyoduna göre seçilen mesajın herhangi bir arayüze periyodik olarak gönderimine imkân tanır. Test sırasında senaryo gereği bir seferliğine mesaj tetikleme ve mesajlar için filtre tanımlama gibi yetenekleri bulunmaktadır. Şekil 1’de OGS’nin çalışma şeması görsel üzerinde belirtilmiştir.
OGS iki temel bileşenden oluşur. Bunlar OGS Kontrol K) ve OGS Gömülü (OGS-G) bileşenleridir. OGS kontrol bileşeni java ile kodlanmış bir PC yazılımıdır. TCP üzerinden OGS-G bileşeni ile haberleşerek, bu bileşeni çalışma sırasında
yönetir. OGS-G ise gömülü kart üzerinde çalışacak olan C++ ile kodlanmış yazılımdır. OGS deki belirtilen asıl yetenekler bu yazılım üzerinden gerçekleştirilmektedir. Bu bileşenlere ek olarak mesajlar manipüle edilmek istendiğinde, C++ ile kodlanan OGS Manipülatör (OGS-M) bileşeni kullanılmaktadır. OGS bileşenleri Şekil 2’de gösterilmektedir.
Şekil 2. OGS bileşenleri.
3 Ortak Gömülü Simülatör Kurulumu
Kara kutu testi uygulanacak yazılımın arayüz kurması gereken işlemciye OGS-G yüklenir. OGS-G’yi kontrol amacıyla OGS-K yazılımı ile TCP üzerinden bağlantı kurulur ve bu yazılım ile OGS’nin yetenekleri ayarlanarak yazılım testleri için gerekli ortam sağlanmış olur. OGS-K aracı ile OGS-G yazılımının yetenekleri çalışma sırasında değiştirilebilir.
OGS-G tarafından gönderilen mesajlarda çeşitli durumlara göre değişiklik yapılmak isteniyorsa (otomatik cevap gönderilen mesajlarda ID değerinin her seferinde artırılması, her 3 mesajdan birinin hatalı gönderilmesi vs.) işlemciye OGS-G yüklenmeden önce OGS-M yüklenir. Kullanıcılar mesajları OGS-M içerisinde istedikleri şekilde değiştirerek gönderebilirler.
4 Ortak Gömülü Simülatörün Yetenekleri ve Kullanımı
4.1 Arayüzler
OGS ile farklı yazılımların ihtiyaçlarına göre farklı arayüzler tanımlanabilmektedir. OGS’nin desteklediği arayüzler aşağıda verilmiştir:
UDP TCP Seri Kanal MSGQ PCIe
OGS-G’nin bağlanması istenilen arayüzlere ait parametreler OGS-K yazılımı tarafından OGS-G’ye gönderilir. OGS-G bağlanması gereken arayüzleri öğrendiği zaman ilgili arayüz üzerinden yazılım ile haberleşme işlemlerini başlatır.
Tablo 1. Örnek arayüz tanımlama içerikleri.
MessageQueue Arayüz ID 1
Protokol MsgQ
Istemci Adı istemci
Sunucu Adı sunucu
TCP Server Arayüz ID 2
Protokol TCPServer
Port 9001
Seri Kanal Arayüz ID 3
Protokol Serial
Port COM13
BaudRate 115200
ByteSize 8
Arayüzler tanımlanırken Arayüz ID’lerinin birbirlerinden farklı olmasına dikkat edilir. Arayüz bağlantıları tanımlandıktan sonra ilgili arayüzlerden gönderilecek/alınacak mesajların başlık yapısı tanımlanır (bknz. Tablo 1).
Mesaj başlık yapısında bulunan “Byte Order Yapılsın mı” parametresi ile ilgili arayüzün endian formatından farklı bir endian formatına sahip bir kart üzerinde çalışıldığı zaman mesajların doğru bir şekilde parse edilebilmesi sağlanmaktadır.
Tablo 2. Örnek mesaj başlık tanımlama.
Gönderen Alan Location 0
Gönderen Alan Boy 2
Mesaj Id Location 2
Mesaj Id Boy 2
Mesaj Boyu Location 4
Mesaj Boyu Boy 4
Checksum Location 0
Checksum Boy 0
Byte Order Yapılsın mı 0
Arayuz Id 1
Başlık yapıları Arayüz ID’ler kullanılarak gerçekleştirilir (bknz. Tablo 2) ve hatalı tanımlanması durumunda OGS hata vererek çalışmayı durduracaktır. Bundan dolayı tüm tanımlamaların doğru bir şekilde yapılması gerekmektedir.
4.2 Yönlendirme
Gömülü sistemlerde farklı işlevleri gerçeklemek için birden çok yazılım çalışmaktadır. OGS, bu yazılımların birbirleriyle olan haberleşmelerinde kullandıkları mesajları bir arayüzden öteki arayüze yönlendirebilmektedir.
Mesajların OGS tarafından yönlendirilmesinin sebepleri aşağıdaki gibidir:
PC de oluşturulamayacak arayüzler için OGS’nin PC simülatörü ile gömülü yazılım arasında adaptör görevi görmesi amacıyla yönlendirme tanımlanabilir.
Arayüzde bulunan mesajları gözlem/analiz etme amacıyla başka araçlara yönlendirme yapılabilir.
Birden fazla yazılımın kullandığı ortak bilgiler içeren mesajlar da, her yazılım arayüzü için birebir ayarlama yapılması yerine OGS üzerinden tek bir yerden birden fazla yazılıma göndermek üzere tanımlanabilir.
herhangi bir mesajı yönlendirme diğeri ise herhangi bir arayüze gelen mesajların hepsinin diğer bir arayüze yönlendirilmesidir.
4.2.1 Mesaj Yönlendirme
Bir mesajın bir arayüzden birden fazla arayüze gönderileceği senaryolarda kullanılmak üzere tasarlanmıştır.
Örnek tabloda (bknz. Tablo 3) 2 numaralı arayüzden gelen 1 numaralı mesaj 3 numaralı arayüze gönderilmektedir. Veri İşleme alanının değerine göre ise mesajın değiştirilme durumu belirlenmektedir. Eğer Veri İşleme alanı True ise mesaj 3 numaralı arayüze kullanıcı tarafından daha önce belirtilen değişiklikler uygulanarak gönderilecektir.
Tablo 3. Örnek mesaj yönlendir tanımlama.
Mes aj ID
1
Gelen Arayüz ID 2
Giden Arayüz ID 3
Veri İşleme True
4.2.2 Bütün Mesajları Yönlendirme
OGS-G’ye gelen mesajların PC üzerindeki bir simülatör de monitör edilebilmesi veya OGS’nin iki arayüz arasında adaptör olarak görev yapabilmesi amacıyla tasarlanmıştır.
Örnek tabloda (bknz. Tablo 4) 2 numaralı arayüzden gelen bütün mesajlar 3 numaralı arayüze gönderilmektedir.
Tablo 4. Örnek hepsini yönlendir tanımlama
Gelen Arayüz ID 2
Giden Arayüz ID 3
4.3 Periyodik Mesaj
Gömülü sistemlerde bakım, kontrol ve yönetim amacıyla yazılımlar arası belirli aralıklarla farklı mesajlar gönderimi/alımı gerçekleşmektedir. OGS ile bu periyodik mesajlar otomatik olarak, tekrar simülatörü derleme ihtiyacı oluşturmadan esnek bir şekilde tanımlanabilmektedir. Periyodik mesajlar, mesaj tetiklemeli, zaman tetiklemeli, mesaj-zaman tetiklemeli olmak üzere üç tür olarak tanımlanabilir.
4.3.1 Mesaj Tetiklemeli Periyodik Mesajlar
Belirli gelen bir mesaja otomatik cevap verilebilmesi amacıyla kullanılmaktadır. Periyot alanı sıfır girilip mesaj id alanı da geçerli bir id girildiğinde, ilgili id’ye sahip mesaj geldiğinde Mesaj alanında tanımlı mesaj gönderilmektedir.
Örnek tabloda (bknz. Tablo 5) 2 numaralı arayüzden 1 numaralı mesaj geldiğinde, 3 numaralı arayüze Mesaj alanında tanımlı olan mesaj gönderilecektir.
Tablo 5. Örnek mesaj tetiklemeli periyodik mesaj tanımlama.
Periyot (ms) 0
Gelen Arayüz ID 2
Giden Arayüz ID 3
Mesaj ID 1
4.3.2 Zaman Tetiklemeli Periyodik Mesajlar
Belirli periyotlarda mesaj gönderebilmek amacıyla kullanılmaktadır. Periyot alanı sıfırdan farklı bir sayı olarak tanımlandığında yazılım ile haberleşme işlemleri tamamlandıktan sonra gönderilmek istenen mesaj belirlenen periyot ile gönderilmeye başlayacaktır.
Örnek tabloda (bknz. Tablo 6) 5 saniyede bir Mesaj alanında tanımlı olan mesaj 3 numaralı arayüze gönderilmektedir.
Tablo 6. Örnek zaman tetiklemeli periyodik mesaj tanımlama.
Periyot (ms) 5000
Gelen Arayüz ID 0
Giden Arayüz ID 3
Mesaj ID 0
Mesaj MesajStruct
4.3.3 Mesaj ve Zaman Tetiklemeli Periyodik Mesajlar
Belirli gelen bir mesaja otomatik cevap verebilmek hem de ilgili mesajı periyodik olarak gönderebilmek amacıyla kullanılmaktadır. Periyot alanı sıfırdan farklı ve geçerli bir mesaj id girilerek işlevler yerine getirilebilmektedir.
Örnek tabloda (bknz. Tablo 7) 2 numaralı arayüzden 1 numaralı mesaj geldiğinde 3 numaralı arayüze mesaj gönderilecektir. Ayrıca 5 sn ‘de bir mesaj gönderilmeye devam edecektir.
Tablo 7. Örnek mesaj-zaman tetiklemeli periyodik mesaj tanımlama.
Periyot (ms) 5000
Gelen Arayüz ID 2
Giden Arayüz ID 3
Mesaj ID 1
Mesaj MesajStruct
4.4 OGS-K Aracından Arayüz Mesajlarını Gönderebilme ve Alabilme
Testler sırasında kullanılan mesajları periyodik olarak tanımlayıp gönderme veya farklı bir simülatörden gönderip yönlendirmek yerine OGS-K aracının direk mesaj gönder özelliği ile mesajlar OGS-K üzerinden de direk olarak gönderilebilmektedir. Bu özellik senaryo gereği bir seferliğine gönderilmek istenilen mesajlar veya basit senaryolar için ayrı bir simülatörün yapılıp OGS-G ile arayüzünün oluşturulması ve yönlendirme işlemlerinin tanımlanması için harcanacak iş gücünü azaltmak amacıyla eklenmiştir.
Tablo 8. Örnek direk mesaj gönderme içeriği.
Giden Arayüz ID 3
Mesaj MesajStruct
Örnek tabloda(bknz. Tablo 8) ilgili mesaj 3 numaralı arayüze gönderilmektedir.
OGS-K aracından mesaj gönderebilmenin yanı sıra arayüzlerden gelen cevap mesajları OGS-K aracına da gönderilerek mesajların tek bir araç üzerinde monitör edilmesi sağlanmıştır. Bu sayede cevap mesajlarının monitör edilmesi için ayrıca bir simülatör oluşturulup arayüz açılmasına ihtiyaç kalmamıştır.
4.5 Filtre Tanımlama
Arayüzler arası bütün mesajları yönlendirme tanımlama veya OGS-K aracına cevap mesajlarının gönderilmesi özellikleri kullanılırken, periyodik olarak gelip cevaplanan mesajların yönlendirilmesi veya OGS-K aracına gönderilmesinin istenmediği durumlarda
ilgili mesaj için negatif filtre tanımlayarak mesajın yönlendirilmesi ve OGS-K aracına gönderilmesi engellenebilmektedir. Tanımlanan filtre çalışma sırasında güncellenebilmektedir.
Örnek tabloda (bknz. Tablo 9) 2 numaralı arayüzden gelen 1 id’li mesaj için negatif filtre tanımlanmıştır. İlgili arayüz için bütün mesajları yönlendir tanımlanmışsa ilgili mesaj geldiğinde yönlendirilme yapılmayacaktır ayrıca OGS-K aracına da gönderilmeyecektir.
Tablo 9. Örnek negatif filtre tanımlama.
Gelen Arayüz ID 2
Mesaj ID 1
OnOff Durumu True
4.6 XML Dosyası ile Başlatma
OGS-G yazılımı OGS-K’dan aldığı kontrol mesajları ile yönetilmesi dışında herhangi bir yazılımın testleri için sürekli olarak kullanılabilecek kontrol mesajları(arayüz tanımlama, header tanımlama, periyodik mesaj tanımlama vs.) belirli bir xml dosyası formatında hazırlanarak da OGS başlatılabilmektedir. Test senaryomuz sabit ise bu yetenek sayesinde OGS-K aracından arayüzleri, yönlendirmeleri, periyodik mesajları tanımlamaları her test sırasında yapmak yerine hazırlanan xml dosyası ile bu işlemler tek seferde yapılarak test sırasındaki harcanan iş gücü azaltılmaya çalışılmıştır.
4.7 Mesaj Manipüle Etme
OGS, bir arayüzden mesaj geldiğinde yapılması gereken işlemler (zaman sayacının artırılması, gelen mesajdaki bir değerin cevap mesajında kullanılacak olması, dosyadan veri okuma vs.) için altyapı sunmaktadır. Kullanıcı yapılacak işlemleri tetikleyen mesajın adı ile oluşturduğu C++ dosyası içerisinde tanımlayarak bu dosyayı OGS-M içerisinde işlemciye yüklemelidir. Eğer Yönlendirme mesajlarında ilgili mesajın Veri İşleme alanı True ise kullanıcının tanımladığı işlemler gerçekleştirilecektir.
4.8 Mesaj Log Özelliği
OGS-G bağlandığı log sunucusuna gönderdiği/aldığı tüm mesajların log kayıtlarını göndermektedir. Bu sayede testler sırasında gözden kaçabilecek veri akışları log dosyasından incelenerek testler daha güvenli bir şekilde yapılabilmektedir.
4.9 Tek Noktadan Kontrol
Test edilen yazılımın arayüz sayısı ile doğru orantılı olarak simülatör sayısı da artmaktadır. Artan simülatör sayısı ile beraber simülatörlerin yönetilmesi zorlaşmaktadır, ayrıca PC simülatörlerinin sayısının artması performans sorunlarına da neden olmaktadır. OGS sayesinde OGS-G üzerinde birden fazla simülatör yönetilebilmekte ve gömülü bir sistem olması sayesinde performans sorunları minimuma indirilmiştir. Bu yararlarının yanında OGS-G içerisinde arayüzler birbiri ile kolayca haberleşebilmektedir. Böylece bir arayüze gönderilen mesaj içerisindeki bilgiler, diğer arayüzler tarafından kullanılabilir.
5 Uygulama ve Kazanımlar
OGS REHIS bünyesindeki yeni radar projelerinin kara kutu testlerinde kullanılmaktadır. OGS’nin farklı arayüz bağlantılarını oluşturabilme ve çalışma esnasındaki konfigüre edilebilir yetenekleri sayesinde yeni simülatör ihtiyaçlarında, simülatörlerin sıfırdan kodlanması ihtiyacını ortadan kaldırmıştır. Bu sayede zaman ve maliyet kazancı sağlanmıştır. Ayrıca OGS bileşenlerinin doğrulamaları yapıldığı için kullanıcının yeni kodladığı simülatörün doğrulaması için harcayacağı zaman da ortadan kaldırılmıştır.
OGS, gömülü arayüzler(PCIe, MsgQ) için otomatik test koşturulabilmesinde yardımcı bir araç olarak da kullanılmaktadır. OGS’nin yönlendirme yeteneği ile PC tarafında JUnit vb. framework ler ile senaryolar oluşturulup koşturulabilmektedir. OGS’nin gömülü
arayüzler için otomatik test koşturabilmeye yardımcı olması sayesinde önceki çalışmalarda [2] görüldüğü gibi otomatik testin, manuel teste göre 2 kattan fazla zaman ve maliyet kazancının sağlanmasında rol oynaması hedeflenmektedir.
OGS’nin ilerleyen aşamalarda radar projelerinde tümleşik testlerin yapılabilmesi için donanım tarafının simüle edilmesinde kullanılması planlanmaktadır. OGS’nin tümleşik test altyapılarında kullanılması için çalışmalar yapılmaya devam edilmektedir.
OGS’nin yeni projeler ile birlikte kullanılmaya başlamasından dolayı mevcut durumda performans ve iş gücü kazancı gibi metriklerin ölçümü için yeterli veri yoktur. Kullanıcılar tarafından alınan geri dönüşler ve gözlemler sonucunda testler için harcanan zamanı ve maliyeti düşürdüğü görülmüştür.
6 Sonuç
Bu çalışmada farklı iletişim protokolleri ile haberleşen gömülü yazılımların arasında mesaj alışverişini tek bir noktadan kontrol ve manipüle edebilen, esnek bir şekilde yeni yeteneklerin tanımlanmasına imkân sağlayan OGS yazılımı tanıtılmıştır. OGS sayesinde gömülü yazılım test çalışmalarında gömülü simülatörler tek bir ortak altyapıda toplanarak kullanım kolaylığı, işgücü kazancı ve tekrar kullanımda büyük oranda artış sağlanmıştır.
İlerleyen aşamalarda sık kullanılan işlemler için (dosya işlemleri, işlemci CPU/bellek kullanım analizi vb.) yeni bileşenler tanımlanması hedeflenmektedir.
OGS bu aşamada VxWorks 6.8, 6.9 ve 7.0 işletim sistemlerini desteklemektedir. Bu desteğin gömülü sistemlerde kullanılan işletim sistemlerinin çoğunu kapsayacak şekilde genişletilmesi hedeflenmektedir.
7 Kaynakça
1. Yazılım Testi Metodolojileri Sayfası,
http://www.iztim.com/Blog/YazilimTeknolojisi/YAZILIM-METODOLOJI, Son Erişim 19/06/2019.
2. Author, M. Sowers: "Software Testing Tools Summary", White Paper, Software Development Technologies Inc., 2002.
