嵌入式軟件的覆蓋測試

摘要：覆蓋測試是驗證軟件功能結(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)量和時間上的雙重要求（純粹的人工測試工作量大、不方便、周期長）。如何利用好這方面比較成熟的工具，對其機理的研究及適應(yīng)性改造是很重要。本文著重描述這類工具的工作機理，以及對嵌入式軟件測試的特殊要求，并以對自主知識產(chǎn)權(quán)嵌入式操作系統(tǒng)的測試為例進行說明。

1 概述

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

要達到比較好的測試效果，除了要有周全的測試計劃、可控的測試過程、測試人員豐富的經(jīng)驗外，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、測試工作量成倍增加的情況下。對應(yīng)上述的測試分類情況，測試工具可劃分為：支持對程序源代碼進行靜態(tài)規(guī)則檢查和質(zhì)量評估的靜態(tài)分析工具、支持對程序單元進行動態(tài)覆蓋測試的工具、對軟件系統(tǒng)的整體運行性能進行測試的工具。另外，還有一些特殊用途的或?qū)Ｓ霉ぞ�，如協(xié)議測試儀、內(nèi)存檢測工具等。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。

本文具體討論了對一類特殊的系統(tǒng)軟件——嵌入式實時操作系統(tǒng)——進行覆蓋測試的情況。內(nèi)容涉及對這類軟件特性的研究、測試的難點和特點、對現(xiàn)有測試工具的適應(yīng)性改造和測試實例說明。

2 軟件覆蓋測試

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

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

從以上簡要介紹可看出，這幾種覆蓋策略的嚴格程序有如下趨勢：

其它一些覆蓋策略還包括：修改的條件/判斷覆蓋（通常簡稱為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，實現(xiàn)全面的覆蓋所需的測試案例的數(shù)目也越來越龐大，因此根據(jù)被測軟件對象的特點選擇適當(dāng)?shù)母采w策略是非常重要的；同時，要確定合理測試目標(biāo)，達到100%的覆蓋往往要付出很大的代價，應(yīng)該同形式化評審等方法結(jié)合，以發(fā)現(xiàn)更多的軟件故障。

3 覆蓋測試工具

要取得較好的覆蓋測試效果，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，可彌補人為測試的缺陷：

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

②與適當(dāng)?shù)木幾g器結(jié)合，對被測軟件實施自動插裝，以便在其運行過程中生成覆蓋信息并收集這些信息；

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

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

4 嵌入式軟件的覆蓋測試原理

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

嵌入式軟件覆蓋測試的基本原理如圖2所示。

在目標(biāo)機方，插裝過的被測應(yīng)用程序?qū)⒏采w信息發(fā)送到消息隊列中，一個專門的任務(wù)負責(zé)在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⑦@些信息發(fā)送到宿主機方�？s主機方有專門的模塊負責(zé)接收覆蓋信息。并交給分析工具分析和在線動態(tài)顯示覆蓋率的增長情況。

支持嵌入式軟件覆蓋測試的工具應(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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