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基于模塊化設(shè)計(jì)的嵌入式軟件測試方法
摘要：分析嵌入式軟件的特點(diǎn)，綜述傳統(tǒng)的軟件測試方法；針對嵌入式軟件的特點(diǎn)，提出嵌入式軟件的四級測試流程和集成測試的測試模型，并結(jié)合開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)例進(jìn)行分析。嵌入式設(shè)計(jì)已經(jīng)成為工業(yè)現(xiàn)代化、智能化的必經(jīng)之路，嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)深入到各行各業(yè)。嵌入式系統(tǒng)的專用程度較高，系統(tǒng)的整體繼承性相對較小，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，軟件的測試成為嵌入式開發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)。由于嵌入式軟件自身的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的軟件測試?yán)碚摬荒苤苯佑糜谇度胧杰浖臏y試，因此，研究嵌入式軟件的測試有重要意義。
１ 基本概念簡述
１．１ 模塊化設(shè)計(jì)
軟件的設(shè)計(jì)是以一定的方法為基礎(chǔ)的。面對越來越復(fù)雜的軟件開發(fā)任務(wù)，人們提出了各種軟件設(shè)計(jì)的模型。從用戶需求和系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)功能出發(fā)，把大型的軟件劃分為相對較小的模塊。為了減少模塊與模塊之間的關(guān)聯(lián)性，模塊之間的邏輯結(jié)構(gòu)相對獨(dú)立，無函數(shù)的交叉調(diào)用，數(shù)據(jù)傳遞由全局變量完成，這就是模塊化設(shè)計(jì)的基本思想。模塊化設(shè)計(jì)的核心是模塊的獨(dú)立性，主要包括功能獨(dú)立性和結(jié)構(gòu)獨(dú)立性，這使得軟件開發(fā)的分工易于實(shí)現(xiàn)。軟件測試是軟件開發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，基于模塊化設(shè)計(jì)的軟件測試模型簡單，查錯和糾錯都易于實(shí)現(xiàn)。下面以單鏈路數(shù)據(jù)傳遞的軟件模型說明模塊化軟件設(shè)計(jì)的軟件測試的基本原則。
在圖１中，函數(shù)Ｆ（Ｘ－Ｙ）定義為軟件模塊Ｘ到軟件模塊Ｙ的接口函數(shù)，用來通過終端顯示由模塊Ｘ進(jìn)入模塊Ｙ的數(shù)據(jù)。如果模塊Ｃ執(zhí)行后發(fā)生錯誤，
則由模塊Ｂ和模塊Ｃ的數(shù)據(jù)接口函數(shù)Ｆ（Ｂ－Ｃ）判斷是否是模塊Ｂ出來的數(shù)據(jù)就是錯誤的。如果Ｆ（Ｂ－Ｃ）不錯，則證明模塊Ｃ存在錯誤；如果Ｆ（Ｂ－Ｃ）傳遞數(shù)據(jù)錯誤，再察看Ｆ（Ａ－Ｂ）傳出的數(shù)據(jù)是否錯誤，如果不錯則證明模塊Ｂ存在錯誤。用此依次前推孤立錯誤的方法，即可以很容易地定位錯誤所在的模塊。這就是模塊化設(shè)計(jì)時軟件測試的基本原則。
１．２ 嵌入式系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)有其自身的特點(diǎn)。一般先進(jìn)行硬件部分的開發(fā)，主要包括形成裸機(jī)平臺，根據(jù)需要移植實(shí)時操作系統(tǒng)，開發(fā)底層的硬件驅(qū)動程序等。硬件平臺測試通過后，應(yīng)該軟件的開發(fā)調(diào)試是基于該硬件平臺進(jìn)行的，這同時也是對硬件平臺的一個測試。整個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程如圖２所示。因此可以說，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程是一個軟硬件互相協(xié)調(diào)，互相反饋和互相測試的過程。一般來說，在嵌入式系統(tǒng)軟件中，底層驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的界線是不清晰的，根據(jù)需要甚至混編在一起。這主要是由于嵌入式系統(tǒng)中軟件對硬件的依賴性造成的。嵌入式軟件對硬件的依賴性要求，軟件測試時必須最大限度地模擬被測軟件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，以保證測試的可靠性。底層程序和應(yīng)用程序界限的不清晰增加了測試時的難度，測試時只有確認(rèn)嵌入式系統(tǒng)平臺及底層程序正確的情況下才能進(jìn)行應(yīng)用程序的測試，而且在系統(tǒng)測試時，錯誤的定位較為困難。軟件的專用性也是嵌入式軟件的一個重要特點(diǎn)。由于嵌入式軟件設(shè)計(jì)是以一定的目標(biāo)硬件平臺為基礎(chǔ)的、面向固定的任務(wù)進(jìn)行的，因此，一旦被加載到目標(biāo)系統(tǒng)上，功能必須完全確定。這個特點(diǎn)決定了嵌入式應(yīng)用軟件的繼承性較差，延長的系統(tǒng)的測試時間，增加了測試費(fèi)用。嵌入式軟件的另外一個重要特點(diǎn)就是實(shí)時性。這是從軟件的執(zhí)行角度出發(fā)說明的，也就是說嵌入式軟件的執(zhí)行要滿足一定的時間約束。嵌入式系統(tǒng)中，應(yīng)用軟件自身算法的復(fù)雜度和操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度，決定了系統(tǒng)資源的分配和消耗，因此，對系統(tǒng)實(shí)時性進(jìn)行測試時，要借助一定的測試工具對應(yīng)用程序算法復(fù)雜度和操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度進(jìn)行分析測試�？梢娗度胧杰浖c傳統(tǒng)的面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的軟件相比有其自身的特點(diǎn)。針對這些特點(diǎn)對嵌入式軟件的測試進(jìn)行研究是必要的，有意義的。
１．３ 嵌入式軟件測試
軟件測試是從經(jīng)濟(jì)、效率的角度出發(fā)，對軟件代碼進(jìn)行質(zhì)量、正確性保證的一個過程。軟件測試是軟件開發(fā)中的一個重要環(huán)節(jié)，也是軟件從開發(fā)過程到應(yīng)用過程的關(guān)鍵一環(huán)。嵌入式軟件也不例外，圖３給出了嵌入式軟件測試的統(tǒng)一測試模型。軟件測試逐漸成為一門成熟的學(xué)科，前人針對面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的非實(shí)時軟件的測試作了大量的研究，其中大部分方法可以用到嵌入式軟件的測試。
根據(jù)不同的指標(biāo)，軟件測試方法有不同的劃分方法。從軟件開發(fā)過程中測試所處的不同階段可分為模塊測試、集成測試和系統(tǒng)測試。根據(jù)是否需要運(yùn)行目標(biāo)代碼分為動態(tài)測試和靜態(tài)測試；根據(jù)目標(biāo)代碼的可見性可分為白盒測試（結(jié)構(gòu)測試）和黑盒測試（功能測試）。在軟件的測試中，每種測試方法都不是孤立的。為了最經(jīng)濟(jì)最有效地達(dá)到測試的目的，各種測試方法往往是互相嵌套的。例如，在軟件的單元測試階段，可以用黑盒測試和白盒測試的方法分別進(jìn)行動態(tài)測試。
值得一提的是，近年來軟件測試中，測試代碼的覆蓋率逐漸成為軟件測試的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此不管采用何種測試方法，盡可能地提高軟件測試中的代碼覆蓋率是必需的。軟件測試代碼覆蓋率是基于白盒測試方法的，因此，為了提高軟件測試的代碼覆蓋率，測試人員必須清楚源代碼的結(jié)構(gòu)，擁有程序設(shè)計(jì)文檔，以便設(shè)計(jì)測試用例使測試盡可能地覆蓋程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)的每條語句，提高代碼的覆蓋率。
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