Linux下SANE Driver自动化测试工具的设计与实现

SANE（Scanner Access Now Easy）是一个应用程序接口API（Application Programming Interface）[1]，提供了对光栅图像扫描硬件的标准访问[2]。Linux对扫描仪的支持就是通过SANE实现的。SANE标准中将实现SANE接口的驱动程序称为SANE Driver或者SANE后端程序；将调用SANE接口的应用程序称为SANE前端程序；将对扫描设备的各种控制抽象为SANE选项，resolution就是其中一个SANE选项。
　对扫描仪驱动程序进行测试主要包括功能测试和性能测试。功能测试主要指扫描质量、图像质量是否满足用户需求；性能测试主要指扫描效率，也就是扫描一幅图像所需的时间。严格地说，由于SANE前端程序与SANE后端程序均遵守SANE标准，任何一个SANE前端程序都可以用来测试SANE后端程序。但由于目前Linux下没有专门的SANE Driver测试工具，通常测试人员将扫描应用程序用于测试SANE Driver，而在Linux下常用XSANE作为测试工具。XSANE应用程序是基于GTK的sane图像处理软件，它可通过扫描仪和照相机等设备获得图像。
　XSANE功能比较强大，但是由于其主要面向用户应用，作为测试工具则存在一些不足：（1）功能测试时效率低下，如果所要测试的选项数目比较多时，测试的工作量很大而且容易出错，而其所支持的批次扫描生成脚本很复杂，而且脚本很难维护；（2）性能测试时不能自动计算扫描时间，手工计算工作量大且误差也较大。此外，还存在一些其他问题：如不能显示选项的详细信息、不能动态更新可用的扫描设备以及不能选择其他可用设备等。
　针对以上问题，本文通过引用脚本技术[3]，采用一种高效的遍历算法工具，有效地解决了上述问题。该工具能够适用所有采用SANE标准的驱动程序，且能够自动遍历所有的选项及其取值。用户只需根据测试需要写好测试脚本，该工具就可以根据脚本进行多次扫描。因此可以较大程度地减少SANE Driver测试所需的人员及其时间。
1 整体架构设计
　针对XSANE用作测试工具存在的问题以及测试需求，通过如下设计能得到有效解决。将工具分成5个功能模块：更新设备、列出选项、手动扫描、脚本扫描以及产生脚本。
　（1）更新设备：支持用户随时更新设备列表。
　（2）列出选项：可以列出SANE后端所定义的所有选项，且只显示当前设备所支持选项的相关信息，还可以根据用户的选择相应地显示SANE后端的版本号及一些设置冲突的警告信息。
　（3）手动扫描：类似一般的前端程序，主要实现单次扫描，只显示当前设备所支持的选项及其取值。
　（4）脚本扫描：是自动化测试的关键。能够读入一个脚本文件，然后对脚本中各选项的组合值进行遍历，每取到一个组合，便扫描一次。
　（5）产生脚本：可以将当前设备所支持的选项及其取值范围记录在脚本文档中。该脚本相当于一个脚本模板，以后的脚本可以只在此基础上稍作修改即可。
2 工具的实现
　基于以上架构设计在Linux系统下用GTK+和C语言来实现整个工具。
2.1 更新设备
　在用户扫描过程中，可能会有新的扫描设备打开，也可能现有的扫描设备关闭，因此，有必要让用户随时知道可用的设备列表。其设计思路是：在选择更新设备后，调用sane_get_devices来获得可用的设备列表。实现时，为了允许用户在更新设备时进行其他操作，可将更新的操作放至一个新的线程中去实现。当可用设备为0时，应给用户相应的提示。
2.2 列出选项
　根据测试需要，这里要求给出SANE后端的版本号，可用选项的详细信息以及警告信息。关于版本号，SANE标准中给出了5个宏，该工具主要直接调用后面的3个宏：即SANE_VERSION_MAJOR、SANE_VERSION_MINOR、SANE_VERSION_BUILD，分别获得SANE后端最大、最小以及编译版本号。
对于选项的详细信息，SANE标准中有一个专门用来描述的结构即SANE_Option_ Descriptor。调用SANE标准中的sane_get_option_descriptor后便会返回这个结构体，记录这个选项的详细信息。
　警告信息主要通过分析结构体SANE_Option_ Descriptor中的cap值。由SANE标准可知，当SANE_CAP_ SOFT_SELECT被设置时，SANE_CAP_SOFT_DETECT也会被设置，故cap值不能为5；SANE_CAP_SOFT_SELECT和SANE_CAP_HARD_SELECT不能同时被设置，故cap值不能为3。当某一个选项的cap值不为3或5时，可认为这个选项设置是正确的。
　实现时，可以将版本信息、选项信息及警告信息分别写至三个文件中，然后根据用户的操作读入相应的文件。
2.3 手动扫描
　一次完整的扫描过程包括两个部分：配置设备和获取图像。配置设备主要通过sane_control_option来完成。sane_control_option可以用于获取选项的当前参数，也可以用于设置选项的参数。设置完参数后，先调用sane_start，然后一直调用sane_read读图像数据直至sane_read返回状态为SANE_STATUS_EOF，最后不管读图像是否成功均要调用sane_cancel。
　实现时，当用户选择手动扫描后会创建一个新的线程去执行，配置设备和获取图像均包含在新的线程中。每进行一次用户扫描，都会新建一个线程。同时为了方便测试人员，工具在手动扫描和后面的脚本扫描中均会记录一些重要信息：如图像的原始大小及实际获得的大小、 sane_start和sane_read的时间、一些操作的返回信息及图片保存目录和名字等。
2.4 脚本扫描
　脚本扫描与手动扫描是相互独立的。用户可以只选择手动扫描，也可以只选择脚本扫描。不过，它们之间有着紧密的联系，其扫描流程都是一样的。手动扫描与脚本扫描的结构体系如图1所示。脚本扫描可以看作是多次的手动扫描，所不同的是，手动扫描是从界面获得选项值，而脚本扫描是从文本获得选项值。
脚本扫描的流程是：首先检查脚本的语法正确性，然后分析脚本，遍历各个选项值的组合，每得到一个组合，便扫描一次，当扫描完成时，再取下一组合扫描直至遍历完所有的组合。

　实现时，每扫描一次，均创建一个新线程，下一次扫描要等上一线程结束后才开始。
2.5 产生脚本
　产生的脚本主要列出设备所支持的选项名字及其取值范围，然后以特定的格式写入脚本中[4]。由于结构体SANE_Option_Descriptor中包括选项的各种信息，因此结构体中的元素title可作为该选项的名字，而选项取值范围可从结构体中的联合体constraint得到。实现时，应允许用户选择保存路径。
2.6 遍历算法研究
　在对SANE Driver测试时，一般会选中一些选项进行全组合或部分组合进行测试。以两个选项为例：mode值为 Color和Gray，resolution值为75和100，测试时就用Color 75、Color 100， Gray 75、 Gray 100四种组合扫描4次。xsane中的批次扫描采用了类似的方法，它将所要扫描的每种组合记录在文本中，然后通过读文本进行扫描。当扫描次数较多时，文本就非常冗长而且很难维护。
　测试工具中采用的脚本使用了键值对的形式：
　mode=Color，Gray，Binary
　resolution=75，100，150，200，300，400，500，600，1 200，2 400，4 800，9 600，19 200
　对于上面的脚本，通常会采用直接循环法：用下面一个结构体：
struct option {
        char names[15]；
        char values[10][20]；
} options[MAXOPTIONSNUMBER]；
来存储每一种组合，用一个数组size保存各个选项值的个数。比如上例中，第一个选项mode有3个值，故size[0]=3；然后用一个数组index来存储选项的当前值，如mode第一个值为Color，则可表示为index[0]=Color。假如只有mode和resolution两个选项，那么只需2个for循环即可遍历选项的取值。其代码如下：
for（index[0]=0；index[0]<size[0]；index[0]++）
  for（index[1]=0；index[1]<size[1]；index[1]++）
  {
    for（int i=0；i<2；i++）
    pass_option_setting_to_dev
（options[i].names，options[i].values[indexs[i]] ）；
 // pass_option_setting_to_dev为传递参数给设备的函数
  ...
   }
　本文介绍的算法思路简单，容易理解。针对上例中的两个选项，采用上述的方法可以很好地解决问题。但是上述的算法中有多少个选项就有多少个for循环，而且该方法只适用于选项个数一定的情况下。因为当选项个数有变动时，都要增加或删除相应的for循环数。而现实中的脚本其选项的个数是不定的，因此上述的算法可扩展性较差，不适合用于脚本扫描。但只要对上述算法稍作修改即可成为一种简单高效的遍历算法[5]。该算法的脚本仍采用键值对这种简洁的脚本格式，并且可以很好地适应选项个数或者选项值个数的变化。假设变量OPT_NUM代表选项的个数，其代码如下：
 while（1）{
         for（ int i=0；i<OPT_NUM；i++）{
     　 pass_option_setting_to_dev
（options[i].names，options[i].values[indexs[i]] ）；
      ...
}
int k= OPT_NUM-1；
while（1）{
  if（index[k]<size[k]-1） {
    index[k]++；break；
 }
 else{
  index[k]=0； k--；
 }
}
 if（k<0）
       break；
}
3 测试工具对比
　XSANE与自动化测试工具对比如表1所示。 
　本文以SANE标准为基础，针对xsane存在的不足，结合测试需求，实现了SANE Driver自动化测试工具。实际应用结果表明，与原有的测试工具相比，大大提高了测试效率，极大地减少了测试人员的工作量。
参考文献
[1] SANE home page[DB/OL].http：//www.sane-project.org， 2001.
[2] 张安清.基于SANE标准的光栅扫描设备应用程序的开发[J].小型微型计算机系统，2001，22（10）：1216-1218.
[3] 凌永发，张云生，郭秀萍.软件自动化测试中的脚本技术[J].云南民族学院学报（自然科学版），2002，11（1）：544-548.
[4] 蒋云，赵佳宝.自动化测试脚本自动生成技术的研究[J].计算机技术与发展，2007，17（7）：4-7.
[5] 《编程之美》小组.编程之美：微软技术面试心得[M].北京：电子工业出版社，2008.