嵌入式軟件測(cè)試

前言

目前在嵌入式領(lǐng)域，目標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)日趨復(fù)雜，而由于競(jìng)爭(zhēng)要求產(chǎn)品快速上市，開發(fā)技術(shù)日新月異，同時(shí)硬件發(fā)展的日益穩(wěn)定，造成了軟件故障日益突出。由此，軟件的重要性越來(lái)越引起人們的重視，人們認(rèn)識(shí)到嵌入式系統(tǒng)的測(cè)試勢(shì)在必行。

由于嵌入式系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，如實(shí)時(shí)性、內(nèi)存不豐富、I/O通道少、開發(fā)工具昂貴、并且與硬件緊密相關(guān)，CPU種類繁多等等。嵌入式軟件的開發(fā)和測(cè)試也就與一般商用軟件的開發(fā)和測(cè)試策略有了很大的不同，可以說嵌入式軟件是最難測(cè)試的一種軟件。

嵌入式軟件測(cè)試使用有效的測(cè)試策略是唯一的出路，它可以使開發(fā)的效率最大化，避免目標(biāo)系統(tǒng)的瓶頸。自從出現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言，開發(fā)環(huán)境與最終運(yùn)行環(huán)境通常都是存在差異的，嵌入式系統(tǒng)更是如此。開發(fā)環(huán)境被認(rèn)為是主機(jī)平臺(tái)，軟件運(yùn)行環(huán)境為目標(biāo)平臺(tái)。相應(yīng)的測(cè)試為主機(jī)-目標(biāo)測(cè)試或交叉測(cè)試。

討論嵌入式軟件測(cè)試首先就會(huì)遇到一個(gè)問題：為什么不把所有測(cè)試都放在目標(biāo)上進(jìn)行呢?因?yàn)槿羲袦y(cè)試都放在目標(biāo)平臺(tái)上有很多不利的因素：例如測(cè)試軟件可能會(huì)造成與開發(fā)者爭(zhēng)奪時(shí)間的瓶頸;目標(biāo)環(huán)境還不具備;比起主機(jī)平臺(tái)環(huán)境，目標(biāo)環(huán)境通常是不精密的和不方便的等等。

從經(jīng)濟(jì)上和開發(fā)效率上考慮，在開發(fā)周期中軟件應(yīng)該盡可能多地工作在主機(jī)系統(tǒng)環(huán)境中，其中包括測(cè)試。

確定主機(jī)-目標(biāo)(Host-target)測(cè)試環(huán)境后，開發(fā)測(cè)試人員又會(huì)遇到以下的問題：例如多少開發(fā)人員會(huì)卷入測(cè)試工作;多少軟件應(yīng)該測(cè)試，花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試;在主機(jī)環(huán)境和目標(biāo)環(huán)境有哪些軟件工具，價(jià)格如何等等。

任何人或組織在測(cè)試嵌入式軟件時(shí)都應(yīng)深入考慮以上問題，結(jié)合自身實(shí)際情況選定合理測(cè)試策略和方案。

嵌入式軟件測(cè)試或叫交叉測(cè)試(Cross-test)，測(cè)試內(nèi)容包括：1.單元測(cè)試;2.集成測(cè)試;3.確認(rèn)測(cè)試;4.系統(tǒng)測(cè)試。

使用有效的交叉測(cè)試策略可極大地提高嵌入式軟件開發(fā)測(cè)試的水平和效率，下文給出各個(gè)階段的嵌入式軟件測(cè)試方案。

靜態(tài)測(cè)試

靜態(tài)測(cè)試不利用計(jì)算機(jī)運(yùn)行被測(cè)程序，目的是度量程序靜態(tài)復(fù)雜度，檢查軟件是否符合編程標(biāo)準(zhǔn)。

1)靜態(tài)測(cè)試工具M(jìn)cCabe QA

McCabe QA是美國(guó)McCabe&Association公司的產(chǎn)品。它利用著名學(xué)者M(jìn)cCabe的軟件結(jié)構(gòu)化測(cè)試?yán)碚?，即使用V(G)圈復(fù)雜度=模塊內(nèi)部獨(dú)立線性路徑數(shù)來(lái)度量軟件的復(fù)雜度。

McCabe最大的特點(diǎn)就是可視化，以獨(dú)特的圖形技術(shù)表示代碼。軟件通過分析源碼，得到整個(gè)軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，同時(shí)得到了各種基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估代碼復(fù)雜性，包括V(g)、EV(g)、DV(g)、Halstead等數(shù)十種靜態(tài)復(fù)雜度度量。用不同的顏色表示軟件模塊的復(fù)雜性，測(cè)試人員的測(cè)試重點(diǎn)放在質(zhì)量差的模塊上;提供各種質(zhì)量模型深入評(píng)價(jià)軟件質(zhì)量，紀(jì)錄軟件質(zhì)量波動(dòng)曲線和版本變化趨勢(shì)分析，從而控制軟件修改不同階段的質(zhì)量。在單元級(jí)McCabe 顯示模塊的流程圖，并且相對(duì)應(yīng)地標(biāo)出代碼的位置，視圖與代碼相互對(duì)應(yīng)，可很快找出問題所在。分析最終得到可定制的符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的綜合報(bào)告。

2) 代碼規(guī)則檢查工具QAC/C++

QAC/QAC++是用于代碼規(guī)則檢查的自動(dòng)化工具。代碼審查主要檢查代碼和設(shè)計(jì)的一致性，代碼對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的遵循、可讀性，代碼的邏輯表達(dá)的正確性，代碼結(jié)構(gòu)的合理性等方面。發(fā)現(xiàn)違背程序編寫標(biāo)準(zhǔn)的問題，程序中不安全、不明確和模糊的部分，找出程序中不可移植部分、違背程序編程風(fēng)格的問題，包括變量檢查、命名和類型審查、程序邏輯審查、程序語(yǔ)法檢查和程序結(jié)構(gòu)檢查等內(nèi)容。

動(dòng)態(tài)測(cè)試

動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)軟件必須運(yùn)行。動(dòng)態(tài)測(cè)試方法分為黑盒法和白盒法。為了較快得到測(cè)試效果，通常先進(jìn)行功能測(cè)試，達(dá)到所有功能后，為確定軟件的可靠性進(jìn)行必要的覆蓋測(cè)試。

在軟件開發(fā)的不同時(shí)期進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，測(cè)試又分為單元測(cè)試、集成測(cè)試、確認(rèn)測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試。

單元測(cè)試

單元測(cè)試方案之一采用IPL公司的Cantata++測(cè)試工具，它能夠滿足開發(fā)者進(jìn)行高效的單元測(cè)試和集成測(cè)試要求，能夠提高測(cè)試效率，具有一整套包含測(cè)試、覆蓋率分析和靜態(tài)分析的功能。Cantata++含有以下幾個(gè)主要部分：

CTH測(cè)試功能庫(kù)，Cantata++通過CTH提供的測(cè)試函數(shù)執(zhí)行測(cè)試，提供測(cè)試所需用例的輸入輸出，并檢查輸出結(jié)果是否符合要求，給出合格/不合格的確切結(jié)果。打樁、封裝和動(dòng)態(tài)分析的執(zhí)行也是利用CTH。

Cantata++主程序包括測(cè)試腳本自動(dòng)生成器和管理器。測(cè)試腳本生成工具通過分析源代碼得到參數(shù)和數(shù)據(jù)信息，連同自動(dòng)產(chǎn)生的Stub打樁函數(shù)和Wrap封裝函數(shù)，自動(dòng)生成到測(cè)試腳本中。測(cè)試腳本完全使用C或C++語(yǔ)言構(gòu)成，可重用。通過使用測(cè)試腳本管理器可以自動(dòng)完成測(cè)試用例定義到測(cè)試腳本的轉(zhuǎn)換。對(duì)于熟練的用戶，可以直接利用CTH提供的庫(kù)函數(shù)，直接編寫C或C++語(yǔ)言的測(cè)試腳本。

完全支持白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試技術(shù)，通過腳本檢查所有標(biāo)準(zhǔn)的和用戶定義的類型，對(duì)期望和不期望的異常進(jìn)行檢查;重用繼承類和模板實(shí)例的測(cè)試用例;為所有預(yù)期結(jié)果和實(shí)際結(jié)果的檢查進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試分析。支持覆蓋率分析，提供從語(yǔ)句覆蓋級(jí)到MC/DC (DO-178B A)標(biāo)準(zhǔn)的度量。

集成測(cè)試

集成測(cè)試是軟件的單元測(cè)試完成后進(jìn)行的。Cantata++同樣支持集成測(cè)試方法，進(jìn)行調(diào)用序列，傳遞參數(shù)的檢查。并且提供獨(dú)特的封裝功能，完成硬件錯(cuò)誤注入的測(cè)試。提供Wrap技術(shù)，相對(duì)于打樁函數(shù)stub，封裝函數(shù)，Wrap技術(shù)有以下優(yōu)勢(shì)：

1) 在被測(cè)模塊中采用模擬的誤碼，避免真實(shí)代碼的執(zhí)行。模擬硬件問題，進(jìn)行逆向測(cè)試。

2) 可以校驗(yàn)集成調(diào)用的執(zhí)行過程Call 序列，允許測(cè)試者控制被測(cè)軟件的外部環(huán)境，以及檢查調(diào)用其成員函數(shù)的執(zhí)行是否正確(包括參數(shù)、執(zhí)行的順序)。

3) 允許真實(shí)調(diào)用某些成員函數(shù)，而封裝另一些函數(shù)的調(diào)用，控制其輸入和返回參數(shù)。

另一款集成測(cè)試工具是McCabe Test。正如前一部分提到的，它可很直觀地從整體上把握軟件的結(jié)構(gòu)，生成集成測(cè)試計(jì)劃，通過插裝被測(cè)試軟件，得到被插裝后的源代碼。運(yùn)行目標(biāo)編譯器，最后測(cè)量覆蓋率，產(chǎn)生覆蓋率報(bào)告。

通過被測(cè)試軟件的結(jié)構(gòu)圖，直觀地評(píng)估“測(cè)了多少”，深入得到代碼級(jí)，以圖形的方式標(biāo)示已測(cè)代碼和未測(cè)代碼。支持MC / DC覆蓋分析，滿足DO178B-A標(biāo)準(zhǔn)。McCabe QA 與McCabe TEST等組件組成McCabe IQ工具包，構(gòu)成了一整套完整的白盒測(cè)試方案。

確認(rèn)測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試

包括恢復(fù)測(cè)試、安全測(cè)試、強(qiáng)度測(cè)試、性能測(cè)試，已超出了本文討論的范疇，本文暫不詳述。

結(jié)語(yǔ)

嵌入式軟件通常在主機(jī)環(huán)境執(zhí)行多數(shù)的測(cè)試，只是在最終確定測(cè)試結(jié)果和最后的系統(tǒng)測(cè)試才移植到目標(biāo)環(huán)境，這樣可以避免發(fā)生訪問目標(biāo)系統(tǒng)資源上的瓶頸，也可以減少在昂貴資源如在線仿真器上的費(fèi)用。另外，若目標(biāo)系統(tǒng)的硬件由于某種原因而不能使用時(shí)，最后的確認(rèn)測(cè)試可以推遲直到目標(biāo)硬件可用，這為嵌入式軟件的開發(fā)測(cè)試提供了彈性。

設(shè)計(jì)軟件的可移植性是成功進(jìn)行交叉測(cè)試的先決條件，它通?？梢蕴岣哕浖馁|(zhì)量，并且對(duì)軟件的維護(hù)大有益處。本文提到的測(cè)試工具，都可以通過各自的方式提供測(cè)試在主機(jī)與目標(biāo)之間的移植，從而使嵌入式軟件的測(cè)試得以方便地執(zhí)行。

使用有效的測(cè)試策略可極大地提高嵌入式軟件開發(fā)測(cè)試水平和效率，提高嵌入式軟件的質(zhì)量并降低成本。