關于智能卡的自動化測試平臺設計

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：王景存 ，蘇 鵬   人氣： 發(fā)表時間：2011年10月08日

    引 言

    隨著智能卡在金融、電信、移動通信、醫(yī)療保險、付費電視等領域應用的迅速增長，其可靠性要求越來越高，而針對智能卡模塊的測試已經成為必不可少的質量保證手段。自動化測試不需要人工干預，能提高測試效率，受到更多重視和應用。在發(fā)展自動化測試的過程中，一個高效的自動化測試平臺是其基本保障。根據智能卡的應用現狀和市場需求，本設計用TCL語言和C語言聯合編程的方法，以PC／SC為編程接口，實現了智能卡的測試平臺，能夠對智能卡進行質量和性能的測試。

    1 測試系統(tǒng)結構

    具有測試功能的系統(tǒng)結構如圖1所示。測試系統(tǒng)一般由測試平臺、讀／寫器和智能卡三個部分組成。測試平臺運行測試腳本，并對從智能卡返回的結果進行處理。智能卡內部有被測程序，響應測試平臺發(fā)來的命令，返回測試數據。讀／寫器提供測試平臺和智能卡的接口。這里的研究重點是測試平臺。

    2 測試平臺的設計思路

    測試平臺軟件由兩個部分組成，即界面程序和通信軟件程序，如圖2所示。界面程序提供一個友好的圖形畫面，接受用戶指令，如腳本輸入，按鈕響應等。界面將用戶的任務轉換為內部指令，然后由通信軟件程序具體實施，而通信軟件程序負責與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現原理。

    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語言。ATP并不是一種全新的語言，是從TCL語言口 擴展而來，針對ATP開辟的命令集，它包括TCL基本命令和應用程序相關的擴展命令。TCL基本指令的使用方法可以參考文獻[1，2]，擴展命令是TCL專門針對智能卡的測試而擴展的。

    中間層是根據應用需求而擴展的TCI 解釋器，它包含TCI 標準庫和與底層接口程序有關的TCL擴展庫。ATP的基本部分由TCL語言解釋器調用TCL標準庫來執(zhí)行；ATP的擴展部分由擴展的TCL解釋器調用TCL擴展庫執(zhí)行。

    頂層和中間層說明了TCI 即是一種腳本語言也是一個解釋器。底層是接口程序，提供與通信軟件程序的接口，負責發(fā)送命令和返回狀態(tài)。

    TCL的標準命令 是TCL自帶的，而與應用程序相關的特殊命令需要用C代碼去擴展，下面詳細介紹如何擴展TCL命令。使用TCL之前，應用程序必須首先創(chuàng)建TCL解釋器創(chuàng)建標準的命令解釋器，然后可以調用Tcl—CreateCommand過程使用用戶自定義命令來擴展解釋器，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為與命令相對應的函數；clientData為一個字長的值，通常指向一個專用數據結構；deleteProc為注銷命令的函數名，如果其為空，則在注銷命令前不調用任何函數。調用Tcl—CreateCommand時，擴展命令name就會和name—tcl聯系起來；執(zhí)行name命令時，會進入n am e— tcl函數處理name命令。

    創(chuàng)建完程序自定義命令后，應用程序進入死循環(huán)，等到命令后就傳遞給解釋器。調用Tcl—Eval(interp，script)，通過script的內容知道命令的類型后，選擇在相應的過程函數中進行計算。

    通信軟件程序的執(zhí)行就是在過程函數里面被調用，這樣就實現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工作組是一個主要由智能卡廠商和計算機廠商組成的委員會，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)范是一個基于Windows平臺的標準用戶接口(API)。它獨立于硬件設備，使得應用程序的開發(fā)人員不必考慮由于硬件改變而引起的應用程序變更，從而降低了軟件開發(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。應用程序需要包含win—scard．1ib，所有函數的正常返回值都是SCARD—S—SUCCESS，在這些函數中常用的只有幾個。與智能卡的訪問流程如下：

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

    (2)在響應函數中調用ScardConnect與卡片建立連接，此時能與卡片通信。

    (3)與卡片連接后通過調用SCardTransmit來發(fā)送命令，得到由卡片返回的數據。

    (4)卡片處于連接狀態(tài)時，可以調用SCardRecon—nect函數使卡片復位。

    (5)完成了與卡片的命令發(fā)收后，調用SCardDis—connect函數斷開與智能卡的連接。

    項目已經實現以上功能的編程接口，而且利用類的方法進行了封裝。

    3 測試平臺的使用

    3．1 測試流程

    腳本的制定還是使用人工方式，測試人員通過測試平臺完成測試。自動化測試不需要人工干預，縮短了測試時間。因而測試過程采用人工測試和自動化測試相結合的方法進行。

    用戶可以編寫測試腳本，快速發(fā)送測試命令和收集測試數據，可以單次執(zhí)行或者循環(huán)執(zhí)行，當滿足終止條件時，腳本執(zhí)行結束，生成測試報告。圖5為測試流程圖。

    3．2 功能測試

    測試平臺能夠以APDU為基本單元完成針對智能卡的功能測試，下面分別對其進行介紹。

    3．2．1 測試基本單元

    測試平臺與智能卡通信的基本單元是APDUL9 。應用層以APDU為單位進行有序的數據交換，應用層交換的每一步都以命令應答對組成。APDU 的命令應答對由以下部分組成：

    命令APDU 包含一個必備的四字節(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為體內數據(data)長度，Data為發(fā)送的數據，Le為應答APDU數據字段的最大字節(jié)數。應答APDU 由可選長度體和兩字節(jié)狀態(tài)字SW1一SW2組成。其中，體內的字節(jié)數由命令APDU 的Le指出。Data為卡片接受命令APDU 后返回的數據。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指出仍然有效的應答字節(jié)數，9000代表正常處理。

    3．2．2 單元測試

    同樣，智能卡內部程序也是以APDU為單位實現的，因此單元測試的對象就是APDU。發(fā)送一個APDU給智能卡，通過智能卡內部程序執(zhí)行完后返回狀態(tài)字，判斷執(zhí)行結果的正確與否。命令之間存在著相互依賴關系，因此命令之間通常要相互配合才能完成測試任務。

    3．2．3 集成測試

    集成測試主要是通過命令之問有序地執(zhí)行完成智能卡的功能測試，根據不同的測試需要可以對測試腳本進行分類，例如FLASH 的讀／寫，加密模塊的測試等。按照需要整理好相應的測試腳本后就可以在測試平臺上運行，通過腳本與智能卡程序的互測，達到測試目的。測試平臺支持自動化測試，所以可以在測試平臺上不間斷地執(zhí)行測試腳本，測試人員不需要實時跟蹤，只需要關心最后的測試結果，通過測試結果可以發(fā)現問題，解決問題。

    4 結 語

    該系統(tǒng)已經通過測試，并且得到初步驗證。由于針對智能卡的測試項很多，通常需要多種測試工具的軟件和硬件設備交互使用，測試人員要熟悉各種軟件工具，相應地降低了工作效率。如果能將各種工具軟件集成在一起，形成一個多功能的測試平臺，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。