嵌入式軟件測試 - 全文

　　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，而由于競爭要求產(chǎn)品快速上市，開發(fā)技術(shù)日新月異，同時硬件發(fā)展的日益穩(wěn)定，造成了軟件故障日益突出。由此，軟件的重要性越來越引起人們的重視，人們認(rèn)識到嵌入式系統(tǒng)的測試勢在必行。

　　由于嵌入式系統(tǒng)的自身特點，如實時性、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)和測試也就與一般商用軟件的開發(fā)和測試策略有了很大的不同，可以說嵌入式軟件是最難測試的一種軟件。

　　嵌入式軟件測試使用有效的測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)高級語言，開發(fā)環(huán)境與最終運行環(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，軟件運行環(huán)境為目標(biāo)平臺。相應(yīng)的測試為主機(jī)-目標(biāo)測試或交叉測試。

　　討論嵌入式軟件測試首先就會遇到一個問題：為什么不把所有測試都放在目標(biāo)上進(jìn)行呢？因為若所有測試都放在目標(biāo)平臺上有很多不利的因素：例如測試軟件可能會造成與開發(fā)者爭奪時間的瓶頸;目標(biāo)環(huán)境還不具備;比起主機(jī)平臺環(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，其中包括測試。

　　確定主機(jī)-目標(biāo)（Host-target）測試環(huán)境后，開發(fā)測試人員又會遇到以下的問題：例如多少開發(fā)人員會卷入測試工作;多少軟件應(yīng)該測試，花費多長時間測試;在主機(jī)環(huán)境和目標(biāo)環(huán)境有哪些軟件工具，價格如何等等。

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

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

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

　　靜態(tài)測試

　　靜態(tài)測試不利用計算機(jī)運行被測程序，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)測試工具M(jìn)cCabe QA

　　McCabe QA是美國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)化測試?yán)碚?，即使用V（G）圈復(fù)雜度=模塊內(nèi)部獨立線性路徑數(shù)來度量軟件的復(fù)雜度。

　　McCabe最大的特點就是可視化，以獨特的圖形技術(shù)表示代碼。軟件通過分析源碼，得到整個軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，同時得到了各種基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評估代碼復(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，測試人員的測試重點放在質(zhì)量差的模塊上;提供各種質(zhì)量模型深入評價軟件質(zhì)量，紀(jì)錄軟件質(zhì)量波動曲線和版本變化趨勢分析，從而控制軟件修改不同階段的質(zhì)量。在單元級McCabe 顯示模塊的流程圖，并且相對應(yīng)地標(biāo)出代碼的位置，視圖與代碼相互對應(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)則檢查的自動化工具。代碼審查主要檢查代碼和設(shè)計的一致性，代碼對標(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、程序語法檢查和程序結(jié)構(gòu)檢查等內(nèi)容。

　　動態(tài)測試

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

　　在軟件開發(fā)的不同時期進(jìn)行動態(tài)測試，測試又分為單元測試、集成測試、確認(rèn)測試、系統(tǒng)測試。

　　單元測試

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

　　CTH測試功能庫，Cantata++通過CTH提供的測試函數(shù)執(zhí)行測試，提供測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、封裝和動態(tài)分析的執(zhí)行也是利用CTH。

　　Cantata++主程序包括測試腳本自動生成器和管理器。測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，連同自動產(chǎn)生的Stub打樁函數(shù)和Wrap封裝函數(shù)，自動生成到測試腳本中。測試腳本完全使用C或C++語言構(gòu)成，可重用。通過使用測試腳本管理器可以自動完成測試用例定義到測試腳本的轉(zhuǎn)換。對于熟練的用戶，可以直接利用CTH提供的庫函數(shù)，直接編寫C或C++語言的測試腳本。

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

　　集成測試

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

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

　　2） 可以校驗集成調(diào)用的執(zhí)行過程Call 序列，允許測試者控制被測軟件的外部環(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)，生成集成測試計劃，通過插裝被測試軟件，得到被插裝后的源代碼。運行目標(biāo)編譯器，最后測量覆蓋率，產(chǎn)生覆蓋率報告。

　　通過被測試軟件的結(jié)構(gòu)圖，直觀地評估“測了多少”，深入得到代碼級，以圖形的方式標(biāo)示已測代碼和未測代碼。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試方案。

　　確認(rèn)測試和系統(tǒng)測試

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

　　結(jié)語

　　嵌入式軟件通常在主機(jī)環(huán)境執(zhí)行多數(shù)的測試，只是在最終確定測試結(jié)果和最后的系統(tǒng)測試才移植到目標(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，最后的確認(rèn)測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)測試提供了彈性。

　　設(shè)計軟件的可移植性是成功進(jìn)行交叉測試的先決條件，它通常可以提高軟件的質(zhì)量，并且對軟件的維護(hù)大有益處。本文提到的測試工具，都可以通過各自的方式提供測試在主機(jī)與目標(biāo)之間的移植，從而使嵌入式軟件的測試得以方便地執(zhí)行。

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