關(guān)于智能卡的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　引 言

　　隨著智能卡在金融、電信、移動(dòng)通信、醫(yī)療保險(xiǎn)、付費(fèi)電視等領(lǐng)域應(yīng)用的迅速增長(zhǎng)，其可靠性要求越來(lái)越高，而針對(duì)智能卡模塊的測(cè)試已經(jīng)成為必不可少的質(zhì)量保證手段。自動(dòng)化測(cè)試不需要人工干預(yù)，能提高測(cè)試效率，受到更多重視和應(yīng)用。在發(fā)展自動(dòng)化測(cè)試的過(guò)程中，一個(gè)高效的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)是其基本保障。根據(jù)智能卡的應(yīng)用現(xiàn)狀和市場(chǎng)需求，本設(shè)計(jì)用TCL語(yǔ)言和C語(yǔ)言聯(lián)合編程的方法，以PC／SC為編程接口，實(shí)現(xiàn)了智能卡的測(cè)試平臺(tái)，能夠?qū)χ悄芸ㄟM(jìn)行質(zhì)量和性能的測(cè)試。

　　1 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　具有測(cè)試功能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。測(cè)試系統(tǒng)一般由測(cè)試平臺(tái)、讀／寫器和智能卡三個(gè)部分組成。測(cè)試平臺(tái)運(yùn)行測(cè)試腳本，并對(duì)從智能卡返回的結(jié)果進(jìn)行處理。智能卡內(nèi)部有被測(cè)程序，響應(yīng)測(cè)試平臺(tái)發(fā)來(lái)的命令，返回測(cè)試數(shù)據(jù)。讀／寫器提供測(cè)試平臺(tái)和智能卡的接口。這里的研究重點(diǎn)是測(cè)試平臺(tái)。

　　2 測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路

　　測(cè)試平臺(tái)軟件由兩個(gè)部分組成，即界面程序和通信軟件程序，如圖2所示。界面程序提供一個(gè)友好的圖形畫面，接受用戶指令，如腳本輸入，按鈕響應(yīng)等。界面將用戶的任務(wù)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部指令，然后由通信軟件程序具體實(shí)施，而通信軟件程序負(fù)責(zé)與USB讀卡器通信。下面分別介紹界面程序和通信軟件程序的實(shí)現(xiàn)原理。

圖2是測(cè)試平臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)。

圖３界面程序

　　2．1 界面程序

　　界面程序分為三層，頂層為腳本層，用于支持ATP語(yǔ)言。ATP并不是一種全新的語(yǔ)言，是從TCL語(yǔ)言口 擴(kuò)展而來(lái)，針對(duì)ATP開(kāi)辟的命令集，它包括TCL基本命令和應(yīng)用程序相關(guān)的擴(kuò)展命令。TCL基本指令的使用方法可以參考文獻(xiàn)[1，2]，擴(kuò)展命令是TCL專門針對(duì)智能卡的測(cè)試而擴(kuò)展的。

　　中間層是根據(jù)應(yīng)用需求而擴(kuò)展的TCI 解釋器，它包含TCI 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和與底層接口程序有關(guān)的TCL擴(kuò)展庫(kù)。ATP的基本部分由TCL語(yǔ)言解釋器調(diào)用TCL標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)來(lái)執(zhí)行；ATP的擴(kuò)展部分由擴(kuò)展的TCL解釋器調(diào)用TCL擴(kuò)展庫(kù)執(zhí)行。

　　頂層和中間層說(shuō)明了TCI 即是一種腳本語(yǔ)言也是一個(gè)解釋器。底層是接口程序，提供與通信軟件程序的接口，負(fù)責(zé)發(fā)送命令和返回狀態(tài)。

圖4顯示了TCI 與應(yīng)用程序的調(diào)用關(guān)系。

　　TCL的標(biāo)準(zhǔn)命令 是TCL自帶的，而與應(yīng)用程序相關(guān)的特殊命令需要用C代碼去擴(kuò)展，下面詳細(xì)介紹如何擴(kuò)展TCL命令。使用TCL之前，應(yīng)用程序必須首先創(chuàng)建TCL解釋器創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的命令解釋器，然后可以調(diào)用Tcl—CreateCommand過(guò)程使用用戶自定義命令來(lái)擴(kuò)展解釋器，它的原型是：
Tcl—CreateCom mand (interp，cmdName，proc，cli—entData，deleteProc)其中：interp為創(chuàng)建的解釋器；cmdName為創(chuàng)建的命令名字；proc為與命令相對(duì)應(yīng)的函數(shù)；clientData為一個(gè)字長(zhǎng)的值，通常指向一個(gè)專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；deleteProc為注銷命令的函數(shù)名，如果其為空，則在注銷命令前不調(diào)用任何函數(shù)。調(diào)用Tcl—CreateCommand時(shí)，擴(kuò)展命令name就會(huì)和name—tcl聯(lián)系起來(lái)；執(zhí)行name命令時(shí)，會(huì)進(jìn)入n am e— tcl函數(shù)處理name命令。

　　創(chuàng)建完程序自定義命令后，應(yīng)用程序進(jìn)入死循環(huán)，等到命令后就傳遞給解釋器。調(diào)用Tcl—Eval(interp，script)，通過(guò)script的內(nèi)容知道命令的類型后，選擇在相應(yīng)的過(guò)程函數(shù)中進(jìn)行計(jì)算。

　　通信軟件程序的執(zhí)行就是在過(guò)程函數(shù)里面被調(diào)用，這樣就實(shí)現(xiàn)了界面程序與通信軟件程序的接口。

　　2．2 通信軟件程序

　　通信軟件程序遵循PC／SC規(guī)范 。PC／SC規(guī)范是由PC／SC工作組提出的。PC／SC工作組是一個(gè)主要由智能卡廠商和計(jì)算機(jī)廠商組成的委員會(huì)，主要成員有微軟、蘋果、雅斯拓、金普斯、英飛凌、菲利普等。PC／SC規(guī)范是一個(gè)基于Windows平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)用戶接口(API)。它獨(dú)立于硬件設(shè)備，使得應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)人員不必考慮由于硬件改變而引起的應(yīng)用程序變更，從而降低了軟件開(kāi)發(fā)成本。

　　PC／SC規(guī)范包含大量Scard為前綴的API，可以在winscard．h中找到其原型。應(yīng)用程序需要包含win—scard．1ib，所有函數(shù)的正常返回值都是SCARD—S—SUCCESS，在這些函數(shù)中常用的只有幾個(gè)。與智能卡的訪問(wèn)流程如下：

　　(1)初始化函數(shù)中調(diào)用SCardEstablishContext，建立資源管理器的上下文，獲得設(shè)備的連接句柄，若返回SCARD— S— SUCCESS，則調(diào)用成功；調(diào)用ScardLis—tReaders獲得系統(tǒng)中安裝的讀卡器列表，調(diào)用成功則獲取聯(lián)機(jī)的讀卡器名字。

　　(2)在響應(yīng)函數(shù)中調(diào)用ScardConnect與卡片建立連接，此時(shí)能與卡片通信。

　　(3)與卡片連接后通過(guò)調(diào)用SCardTransmit來(lái)發(fā)送命令，得到由卡片返回的數(shù)據(jù)。

　　(4)卡片處于連接狀態(tài)時(shí)，可以調(diào)用SCardRecon—nect函數(shù)使卡片復(fù)位。

　　(5)完成了與卡片的命令發(fā)收后，調(diào)用SCardDis—connect函數(shù)斷開(kāi)與智能卡的連接。

　　項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)現(xiàn)以上功能的編程接口，而且利用類的方法進(jìn)行了封裝。

　　3 測(cè)試平臺(tái)的使用

　　3．1 測(cè)試流程

　　腳本的制定還是使用人工方式，測(cè)試人員通過(guò)測(cè)試平臺(tái)完成測(cè)試。自動(dòng)化測(cè)試不需要人工干預(yù)，縮短了測(cè)試時(shí)間。因而測(cè)試過(guò)程采用人工測(cè)試和自動(dòng)化測(cè)試相結(jié)合的方法進(jìn)行。

　　用戶可以編寫測(cè)試腳本，快速發(fā)送測(cè)試命令和收集測(cè)試數(shù)據(jù)，可以單次執(zhí)行或者循環(huán)執(zhí)行，當(dāng)滿足終止條件時(shí)，腳本執(zhí)行結(jié)束，生成測(cè)試報(bào)告。圖5為測(cè)試流程圖。

　　3．2 功能測(cè)試

　　測(cè)試平臺(tái)能夠以APDU為基本單元完成針對(duì)智能卡的功能測(cè)試，下面分別對(duì)其進(jìn)行介紹。

　　3．2．1 測(cè)試基本單元

　　測(cè)試平臺(tái)與智能卡通信的基本單元是APDUL9 。應(yīng)用層以APDU為單位進(jìn)行有序的數(shù)據(jù)交換，應(yīng)用層交換的每一步都以命令應(yīng)答對(duì)組成。APDU 的命令應(yīng)答對(duì)由以下部分組成：

　　命令A(yù)PDU 包含一個(gè)必備的四字節(jié)頭(CLA，INS，P1，P2)和可選的命令體(Lc，Data，Le)。命令頭為命令的編碼，Lc為體內(nèi)數(shù)據(jù)(data)長(zhǎng)度，Data為發(fā)送的數(shù)據(jù)，Le為應(yīng)答APDU數(shù)據(jù)字段的最大字節(jié)數(shù)。應(yīng)答APDU 由可選長(zhǎng)度體和兩字節(jié)狀態(tài)字SW1一SW2組成。其中，體內(nèi)的字節(jié)數(shù)由命令A(yù)PDU 的Le指出。Data為卡片接受命令A(yù)PDU 后返回的數(shù)據(jù)。尾部狀態(tài)字指出卡的處理狀態(tài)。其中，61xx和9000為正常處理，6lxx的含義SW2指出仍然有效的應(yīng)答字節(jié)數(shù)，9000代表正常處理。

　　3．2．2 單元測(cè)試

圖5 測(cè)試流程圖

　　同樣，智能卡內(nèi)部程序也是以APDU為單位實(shí)現(xiàn)的，因此單元測(cè)試的對(duì)象就是APDU。發(fā)送一個(gè)APDU給智能卡，通過(guò)智能卡內(nèi)部程序執(zhí)行完后返回狀態(tài)字，判斷執(zhí)行結(jié)果的正確與否。命令之間存在著相互依賴關(guān)系，因此命令之間通常要相互配合才能完成測(cè)試任務(wù)。

　　3．2．3 集成測(cè)試

　　集成測(cè)試主要是通過(guò)命令之問(wèn)有序地執(zhí)行完成智能卡的功能測(cè)試，根據(jù)不同的測(cè)試需要可以對(duì)測(cè)試腳本進(jìn)行分類，例如FLASH 的讀／寫，加密模塊的測(cè)試等。按照需要整理好相應(yīng)的測(cè)試腳本后就可以在測(cè)試平臺(tái)上運(yùn)行，通過(guò)腳本與智能卡程序的互測(cè)，達(dá)到測(cè)試目的。測(cè)試平臺(tái)支持自動(dòng)化測(cè)試，所以可以在測(cè)試平臺(tái)上不間斷地執(zhí)行測(cè)試腳本，測(cè)試人員不需要實(shí)時(shí)跟蹤，只需要關(guān)心最后的測(cè)試結(jié)果，通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　該系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)測(cè)試，并且得到初步驗(yàn)證。由于針對(duì)智能卡的測(cè)試項(xiàng)很多，通常需要多種測(cè)試工具的軟件和硬件設(shè)備交互使用，測(cè)試人員要熟悉各種軟件工具，相應(yīng)地降低了工作效率。如果能將各種工具軟件集成在一起，形成一個(gè)多功能的測(cè)試平臺(tái)，支持多種通信接口的讀卡器，支持多種腳本格式，那么這將是下一步的工作重點(diǎn)。