嵌入式軟件測試

　　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，而由于競爭要求產(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，軟件的重要性越來越引起人們的重視，人們認(rèn)識(shí)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(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(jí)語言，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(huì)遇到一個(gè)問題：為什么不把所有測試都放在目標(biāo)上進(jìn)行呢？因?yàn)槿羲袦y試都放在目標(biāo)平臺(tái)上有很多不利的因素：例如測試軟件可能會(huì)造成與開發(fā)者爭奪時(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(huì)遇到以下的問題：例如多少開發(fā)人員會(huì)卷入測試工作；多少軟件應(yīng)該測試，花費(fèi)多長時(shí)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(jià)格如何等等。

　　任何人或組織在測試嵌入式軟件時(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(gè)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(jì)算機(jī)運(yùn)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(dú)立線性路徑數(shù)來度量軟件的復(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，測試人員的測試重點(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(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(dòng)態(tài)測試

　　動(dòng)態(tài)測試時(shí)軟件必須運(yùn)行。動(dòng)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(shí)期進(jìn)行動(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(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(dòng)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(shí)例的測試用例；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)的測試分析。支持覆蓋率分析，提供從語句覆蓋級(jí)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(dú)特的封裝功能，完成硬件錯(cuò)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(shí)代碼的執(zhí)行。模擬硬件問題，進(jìn)行逆向測試。

　　2) 可以校驗(yàn)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(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(jì)劃，通過插裝被測試軟件，得到被插裝后的源代碼。運(yùn)行目標(biāo)編譯器，最后測量覆蓋率，產(chǎn)生覆蓋率報(bào)告。

　　通過被測試軟件的結(jié)構(gòu)圖，直觀地評(píng)估“測了多少”，深入得到代碼級(jí)，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(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(jì)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。