测试框架与模型的关系及特定模型元素的构造

会开车的鸟哥
0 阅读8分钟

测试框架与模型的关系及特定模型元素的构造

1. 概念讲解

1.1 什么是测试框架

测试框架是一张你可以用来测试、编辑或调试 Simulink 模型的框图（model block diagram）。

在主模型中，你把一个测试框架关联到某个模型组件，或者关联到顶层模型。

测试框架拥有独立的模型工作区（Model Workspace）与配置集（Configuration Set） ，它与主模型关联，并通过模型画布访问。当你创建外部测试框架（External Test Harness） 时，系统还会生成一个元数据 XML 文件，其中保存设计模型的唯一 ID，以此维护模型与测试框架之间的关联；该 XML 文件不必与模型放在同一文件夹，只要二者都在 MATLAB 路径上即可。

围绕被测组件（Component Under Test，CUT）搭建测试框架框图，从而把测试框架链接到主模型。如果你在测试框架中编辑了被测组件，关闭测试框架时主模型会随之更新。可创建测试框架的对象有两类：

  • 模型组件：子系统、库模块、Subsystem Reference 模块、Model 模块、System Composer 组件等。测试框架把该组件隔离到独立的仿真环境中。
  • 顶层模型：此时被测组件是一个引用主模型的 Model 模块；你也可以在子系统模型（Subsystem Model）中搭建测试框架。

1.2 两种关联图景下的参数归属

关联到模型组件时，测试框架的模型工作区中保存与该组件相关联参数的副本。以一个含 Gain 模块的组件为例，创建测试框架后再往框架里加第二个 Gain 模块：

  • 参数 g 属于被测组件本身，因此测试框架模型工作区中含有 g 的副本；
  • 参数 a 属于主模型中被测组件之外的部分，测试框架模型工作区不复制 a；
  • 参数 h 是你在测试框架里新增 Gain 模块的增益，它只存在于测试框架模型工作区。

关联到顶层模型时，被测组件是一个引用主模型的 Model 模块，参数仍留在主模型工作区中：参数 g 存在于主模型工作区，测试框架不复制它；你在框架内新增 Gain 模块的参数 h 则只存在于测试框架模型工作区。

参数解析（Resolving Parameters） ：测试框架中的参数按最局部工作区优先的顺序解析——先解析测试框架模型工作区，再解析系统模型工作区，最后解析 MATLAB 基础工作区。

1.3 测试框架注意事项（Considerations）

可以为以下组件创建测试框架：Model 模块、Subsystem Reference 模块、Subsystem 模块、库顶层中具有函数接口的可复用库子系统、Stateflow 块（含 Stateflow 图、Truth Table、State Transition Table、Test Sequence 块）、System Composer 组件、C Caller 块、MATLAB Function 块以及用户自定义函数块。

不支持测试框架的 Stateflow 对象包括：Subsystem Reference 块内部的任何组件、原子子图（Atomic subcharts）、基于 Simulink 的状态、Simulink Function 与 MATLAB Function。其他重要约束：每个 Simulink 模型一次只能打开一个测试框架；不要在测试框架中把被测组件注释掉（comment out），否则可能产生意外行为；Subsystem 模型上的测试框架总是随底层模型同步、创建时不编译、不支持创建后回调、不自动整形输入；带子系统测试框架的子系统不能展开（Expand）进主模型；Subsystem Reference 块只同步块参数、不同步块内容；把 Subsystem 或 Subsystem Reference 转成 Model 块时，测试框架会转移到模型引用上并全部变为内部框架（可能被重命名），但 SIL/PIL 框架与需求不会随之转移；带 Signal Editor 源的框架不支持帧信号与变维信号；以 Test Sequence 块或 Stateflow 图为源时，被测组件所有输入必须使用相同采样时间。需要跨模型聚合覆盖率时，应把同步模式设为"打开与关闭测试框架时同步"。

1.4 针对特定模型元素的构造规则

测试框架由一个或多个驱动被测组件的源块、被测组件本身以及一个或多个汇块组成，如下图所示。构造过程负责配置信号属性、函数调用、数据存储与执行语义，并尽量在源、汇与组件接口之间匹配信号属性。

  • 信号转换（Signal Conversion） ：信号转换子系统把源/汇块的信号接口适配到组件的图形接口（输入、输出以及 action/trigger/enable 输入）。测试框架编译主模型以确定数据类型、维度、复数性。若源块能直接产生编译所得属性，则配置源块自行产生；否则在信号转换子系统中加入 Reshape、Rate Transition、Data Type Conversion 等信号属性块进行适配。信号转换子系统默认锁定、不可编辑。
  • 函数调用（Function Calls） ：若被测组件有函数调用输入，即使你在创建时选了别的源，Test Sequence 块、MATLAB Function 块或 Stateflow 图仍会自动生成函数调用输入。要改用自选源，需用 sltest.harness.create 并把 'DriveFcnCallWithTestSequence' 设为 false。被测组件的函数调用输出连接到 Terminator 块。
  • 物理信号连接（Physical Signal Connections） ：接受或输出物理信号的组件在构造时被支持，但不会自动生成物理源/汇，构造完成后你需要自行添加物理建模块。
  • 总线信号（Bus Signals） ：能接受总线的源/汇直接连接；源不能输出总线时，信号转换子系统会用各总线元素自动拼出总线；汇不能接受总线时，总线元素会在转换子系统中被展开。
  • 字符串信号（String Signals） ：被测组件使用字符串输入而所选源不支持字符串时，字符串输入接到 Ground 块（Inport 源除外，仍用 Inport；Constant 源用 String Constant，含字符串的总线用 Ground）；字符串输出不被所选汇支持时接到 Terminator 块。
  • 非图形连接（Non-Graphical Connections） ：跨组件边界的 Goto–From 对被视为组件输入/输出——组件内没有对应 Goto 的 From 视为输入，框架会带对应 Goto 的源块；组件内没有对应 From 的 Goto 视为输出，框架会带对应 From 的汇块。Data Store Read/Write 缺少 Data Store Memory 时框架自动补齐；只有 Read 时补"源→Data Store Write"，只有 Write 时补"Data Store Read→汇"。组件调用了未在其内部定义的 Simulink Function 时，框架会添加一个签名匹配的桩（stub）Simulink Function 块。
  • 导出函数模型（Export Function Models） ：测试框架内置函数调用调度器（Test Sequence 块、MATLAB Function 块或 Stateflow 图），其中包含对模型函数的原型调用；调度器 Test Sequence 步目中列出组件内全局作用域的 Simulink Function 目录与组件接口处可访问的函数调用触发，并对周期性触发做适当抽取（decimation）。含 Initialize/Terminate/Reset 事件子系统的模型，框架自动包含相应步骤；其他导出函数模型可用 sltest.harness.create 的 'ScheduleInitTermReset' 属性加入这些步骤。
  • 执行语义（Execution Semantics） ：框架构造时把主模型的配置参数、所需模型工作区参数定义复制进来，并在条件满足时复制数据字典设置；对采样时间只支持其中一个有限子集（用显式源块规格与 Rate Transition 块实现）。组件的图形与编译接口优先于其他执行语义。
  • 采样时间规范（Sample Time Specification） ：支持周期性离散、连续与固定在小步（fixed-in-minor-step）采样时间：支持该速率的源块被配置为对应速率，并在信号转换子系统中放置带速率规格的 Signal Specification 块；不能支持该速率的源块不被配置；周期离散与固定小步速率会在转换子系统中加入 Rate Transition 块；连续速率由求解器决定，不加 Rate Transition。其他采样时间规范在构造时被忽略，由求解器决定执行行为。

2. 操作步骤 / 工作流

本讲以理解构造规则为主，手动操作很少；典型触发路径为：

  1. 在模型中右键目标组件或画布，选择 Test Harness > Create，在对话框中选择源/汇（Sources and Sinks）。
  2. 保持默认设置时，框架按 1.4 节规则自动完成信号适配、函数调用调度、总线拆分与非图形连接补全。
  3. 若需让函数调用输入接到自选源，改用命令行创建（见下节示例）。
  4. 构造完成后检查信号转换子系统（默认锁定），必要时解锁后手动调整物理信号连接或新增块。

3. 示例

% 为含函数调用输入的子系统创建测试框架，
% 并把函数调用输入接到自选源（From File），而不是默认的 Test Sequence
sltest.harness.create('Model/FcnCallSubsystem','Source','From File',...
    'DriveFcnCallWithTestSequence',false)

4. 要点与注意事项

  • 测试框架拥有独立模型工作区与配置集；组件级框架复制组件参数副本，顶层框架不复制参数——判断参数归谁所有，先看框架挂在组件上还是挂在顶层。
  • 参数解析顺序：测试框架模型工作区 → 系统模型工作区 → MATLAB 基础工作区。
  • 一次只能打开一个测试框架；切勿注释掉被测组件；子系统带测试框架时不能执行展开。
  • 信号转换子系统默认锁定；编译主模型后才能得到正确的数据类型、维度与复数性。
  • 用 Test Sequence 或 Stateflow 图作源时，被测组件全部输入必须同采样时间。
  • 需要跨模型聚合覆盖率时，同步模式必须选"打开与关闭时同步"（
avatar
文章
阅读
粉丝