嵌入式軟件的覆蓋測(cè)試

摘要：覆蓋測(cè)試是驗(yàn)證軟件功能結(jié)構(gòu)正確性以及查找問題的非常重要的方法和手段，它要借助一定的工具才能取得較好的效果，滿足軟件在質(zhì)量和時(shí)間上的雙重要求（純粹的人工測(cè)試工作量大、不方便、周期長(zhǎng)）。如何利用好這方面比較成熟的工具，對(duì)其機(jī)理的研究及適應(yīng)性改造是很重要。本文著重描述這類工具的工作機(jī)理，以及對(duì)嵌入式軟件測(cè)試的特殊要求，并以對(duì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)嵌入式操作系統(tǒng)的測(cè)試為例進(jìn)行說(shuō)明。

1 概述

軟件測(cè)試是很廣的概念。從其貫穿軟件生命周期全過程來(lái)看，測(cè)試可分為模塊測(cè)試、集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試等階段。測(cè)試還可分為靜態(tài)檢查和動(dòng)態(tài)運(yùn)行測(cè)試兩大類。在動(dòng)態(tài)運(yùn)行測(cè)試中，又可有基于程序結(jié)構(gòu)的白盒測(cè)試（或稱為覆蓋測(cè)試）和基于功能的黑盒測(cè)試。測(cè)試不僅關(guān)注程序的功能，還有性有測(cè)試、強(qiáng)度測(cè)試等等。

要達(dá)到比較好的測(cè)試效果，除了要有周全的測(cè)試計(jì)劃、可控的測(cè)試過程、測(cè)試人員豐富的經(jīng)驗(yàn)外，還需要借助一些行之有效的輔助工具，尤其在當(dāng)今軟件規(guī)模日益龐大、測(cè)試工作量成倍增加的情況下。對(duì)應(yīng)上述的測(cè)試分類情況，測(cè)試工具可劃分為：支持對(duì)程序源代碼進(jìn)行靜態(tài)規(guī)則檢查和質(zhì)量評(píng)估的靜態(tài)分析工具、支持對(duì)程序單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)覆蓋測(cè)試的工具、對(duì)軟件系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能進(jìn)行測(cè)試的工具。另外，還有一些特殊用途的或?qū)Ｓ霉ぞ�，如協(xié)議測(cè)試儀、內(nèi)存檢測(cè)工具等。這些工具都有較為成熟的商業(yè)化產(chǎn)品，也可通過自行開發(fā)的方式獲得。

本文具體討論了對(duì)一類特殊的系統(tǒng)軟件——嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)——進(jìn)行覆蓋測(cè)試的情況。內(nèi)容涉及對(duì)這類軟件特性的研究、測(cè)試的難點(diǎn)和特點(diǎn)、對(duì)現(xiàn)有測(cè)試工具的適應(yīng)性改造和測(cè)試實(shí)例說(shuō)明。

2 軟件覆蓋測(cè)試

覆蓋是一種白盒測(cè)試方法，測(cè)試人員必須擁有程序的規(guī)格說(shuō)明和程序清單，以程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試案例。其基本準(zhǔn)則是則測(cè)試案例來(lái)盡可能多地覆蓋程序的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其中的錯(cuò)誤和問題。所以，覆蓋測(cè)試一般應(yīng)用在軟件測(cè)試的早期，即單元測(cè)試階段。

覆蓋的幾種方法或策略如表1所列。

表1 幾種典型的覆蓋策略

覆蓋策略定 義語(yǔ)句覆蓋在制定測(cè)試案例時(shí)，使程序中的每個(gè)語(yǔ)句都至少執(zhí)行1次。其缺點(diǎn)是不能發(fā)現(xiàn)某些邏輯錯(cuò)誤判定覆蓋執(zhí)行足夠的測(cè)試案例，使得程序中每個(gè)判定都獲得一次“真”值和“假”值，或者說(shuō)使每一個(gè)分支都至少通過1次條件覆蓋執(zhí)行足夠的測(cè)試案例，使得判定中的每個(gè)條件獲得各種可能的結(jié)果判定/條件覆蓋執(zhí)行足夠的測(cè)試案例，使得判定中的每個(gè)條件取得各種可能的值，并使得每個(gè)判定取得各種可能的結(jié)果條件組合覆蓋執(zhí)行足夠的測(cè)試案例，使得每個(gè)判定中的條件的各種組合都至少出現(xiàn)1次。其特點(diǎn)是覆蓋較充分，滿足條件組合覆蓋的測(cè)試案例也一定滿足判定覆蓋、條件覆蓋和判定/條件覆蓋。

從以上簡(jiǎn)要介紹可看出，這幾種覆蓋策略的嚴(yán)格程序有如下趨勢(shì)：

其它一些覆蓋策略還包括：修改的條件/判斷覆蓋（通常簡(jiǎn)稱為MCDC）、路徑覆蓋、函數(shù)覆蓋、調(diào)用覆蓋、線性代碼順序和跳轉(zhuǎn)覆蓋、數(shù)據(jù)流覆蓋、目標(biāo)代碼分支覆蓋、循環(huán)覆蓋、關(guān)系操作符覆蓋等。隨著軟件規(guī)模的增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)全面的覆蓋所需的測(cè)試案例的數(shù)目也越來(lái)越龐大，因此根據(jù)被測(cè)軟件對(duì)象的特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)母采w策略是非常重要的；同時(shí)，要確定合理測(cè)試目標(biāo)，達(dá)到100%的覆蓋往往要付出很大的代價(jià)，應(yīng)該同形式化評(píng)審等方法結(jié)合，以發(fā)現(xiàn)更多的軟件故障。

3 覆蓋測(cè)試工具

要取得較好的覆蓋測(cè)試效果，需要借助一定的工具軟件。這些工具軟件一般具備如下的功能特點(diǎn)，可彌補(bǔ)人為測(cè)試的缺陷：

①分析軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，幫助制定覆蓋策略及設(shè)計(jì)測(cè)試案例；

②與適當(dāng)?shù)木幾g器結(jié)合，對(duì)被測(cè)軟件實(shí)施自動(dòng)插裝，以便在其運(yùn)行過程中生成覆蓋信息并收集這些信息；

③根據(jù)搜集的覆蓋信息計(jì)算覆蓋率，幫助測(cè)試人員找到未被覆蓋的軟件部位，以改進(jìn)測(cè)試案例提高覆蓋率。

在利用工具進(jìn)行動(dòng)態(tài)覆蓋測(cè)試時(shí)，需要3個(gè)要素：測(cè)試用例、插裝過的被測(cè)代碼、搜集覆蓋信息并進(jìn)行分析的工具本身。代碼插裝由工具自動(dòng)完成，通過執(zhí)行測(cè)試用例，再由工具搜集覆蓋信息并進(jìn)行分析，就可以看到覆蓋率指標(biāo)了。圖1展示實(shí)現(xiàn)覆蓋測(cè)試的基本過程。

4 嵌入式軟件的覆蓋測(cè)試原理

嵌入式軟件的開發(fā)與通用軟件很大的不同點(diǎn)在于，需要采用交叉開發(fā)的方式：開發(fā)工具運(yùn)行在軟硬件配置豐富的宿主機(jī)上，而嵌入式應(yīng)用程序運(yùn)行在軟硬件資源相對(duì)缺乏的目標(biāo)機(jī)上。對(duì)于這類軟件的測(cè)試也存在著同樣的問題：測(cè)試工具運(yùn)行在宿主機(jī)上，測(cè)試所需要的信息在目標(biāo)機(jī)上產(chǎn)生，并通過一定的物理/邏輯連接傳輸?shù)娇s主機(jī)上，由測(cè)試工具接收。因此，嵌入式軟件測(cè)試的一個(gè)重要問題是建立宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的物理/邏輯連接，解決數(shù)據(jù)信息的傳輸問題。

嵌入式軟件覆蓋測(cè)試的基本原理如圖2所示。

在目標(biāo)機(jī)方，插裝過的被測(cè)應(yīng)用程序?qū)⒏采w信息發(fā)送到消息隊(duì)列中，一個(gè)專門的任務(wù)負(fù)責(zé)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑦@些信息發(fā)送到宿主機(jī)方�？s主機(jī)方有專門的模塊負(fù)責(zé)接收覆蓋信息。并交給分析工具分析和在線動(dòng)態(tài)顯示覆蓋率的增長(zhǎng)情況。

支持嵌入式軟件覆蓋測(cè)試的工具應(yīng)解決如下2方面的關(guān)鍵問題：

*與嵌入式操作系統(tǒng)的結(jié)合

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