嵌入式軟件測試技術(shù)及工具的研究

張蕾

摘 要：如今，嵌入式軟件在越來越多的場合應(yīng)用，嵌入式軟件測試工作是保證軟件質(zhì)量必不可少的重要一環(huán)，也必將會得到更多的重視。本文介紹了嵌入式軟件的特點和測試方法，并針對不同的測試方法討論了流行的測試工具。

關(guān)鍵詞：嵌入式軟件；軟件測試；測試方法；測試工具

中圖分類號：TP317 文獻標(biāo)識碼：A

0.引言

由于嵌入式軟件設(shè)計開發(fā)的方法、技術(shù)、過程以及工具都與通用計算機軟件不同，所以需要使用更先進的測試方法和工具對嵌入式系統(tǒng)進行測試。隨著越來越多的領(lǐng)域使用軟件來控制各種嵌入式設(shè)備，如何對嵌入式軟件進行測試和驗證，如何保證軟件能夠滿足系統(tǒng)要求，就顯得尤為重要。

1.嵌入式軟件測試特點

嵌入式軟件測試與通用軟件不同，它是一種特殊的軟件測試，具備自身的一些特點（特別是對于沒有操作系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用軟件而言）：

（1）特定的硬件環(huán)境。

（2）更加關(guān)注可靠性、實時性。

（3）對進行性能測試和功能測試外，還需要對內(nèi)存進行測試。

（4）在嵌入式軟件和硬件集成測試完成之后，并不代表測試全部完成，需要對其進行產(chǎn)品測試。

2.嵌入式軟件測試方法

本文重點介紹了針對嵌入式軟件的幾種測試方法：靜態(tài)分析、軟件質(zhì)量度量、性能分析、內(nèi)存分析、覆蓋率分析、單元/集成測試、系統(tǒng)測試。

2.1靜態(tài)分析

靜態(tài)分析是一種利用測試工具對代碼進行的機械性和程序化的分析方法。靜態(tài)分析是直接對源代碼進行代碼走讀、靜態(tài)掃描和分析，不需要編譯或運行代碼，也不會受到其他缺陷和其他模塊的影響。

工具舉例：PolySpace工具是一種嵌入式軟件的靜態(tài)分析工具。它包括PolySpace Bug Finder和PolySpace Code Prover兩個模塊。PolySpace Bug Finder是靜態(tài)代碼分析軟件，可以發(fā)現(xiàn)C/C++代碼中的各類缺陷，包括運行時錯誤，數(shù)據(jù)流問題，編程問題等各類代碼缺陷。PolySpace Code Prover使用抽象解釋和靜態(tài)分析方法來證明，識別和分析運行時錯誤，例如溢出，除零和指針的越界。

2.2軟件質(zhì)量度量

軟件質(zhì)量度量是衡量軟件是否符合需求、標(biāo)準(zhǔn)的重要體現(xiàn)，它的目的在于利用度量來改進軟件過程。要確保軟件的整體質(zhì)量，就需要在各個環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制。

工具舉例：很多嵌入式軟件是用C或C++語言編寫，但編程語言本身并不安全，QAC/QAC++是一種代碼靜態(tài)分析工具，它的靜態(tài)分析能力包括：質(zhì)量度量和軟件結(jié)構(gòu)分析。

2.3性能分析

近年來，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于汽車、家電、通信、制造等各個領(lǐng)域，領(lǐng)域間的競爭也激發(fā)了嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，對軟件性能分析是嵌入式開發(fā)過程中至關(guān)重要的一部分，嵌入軟件的性能分析是嵌入式環(huán)境下重要的測試方法。

工具舉例：RapiTime是一種軟件運行時間評估工具：它能夠進行軟件時間性能的測量，通過分析得出最差執(zhí)行時間數(shù)據(jù)，并為代碼優(yōu)化提供指導(dǎo)。它的特點包括檢查不同的函數(shù)對于最差、最優(yōu)以及平均執(zhí)行時間的影響；通過大量調(diào)用來查看執(zhí)行時間的變化；對于函數(shù)自身的上下文、循環(huán)以及數(shù)據(jù)塊進行分析等。

2.4內(nèi)存分析

嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存是有限的，但對實時性要求又很高。內(nèi)存問題主要包括內(nèi)存泄露、內(nèi)存崩潰、內(nèi)存碎片。其中內(nèi)存泄露問題尤為嚴(yán)重，它會導(dǎo)致系統(tǒng)可用內(nèi)存減少，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

現(xiàn)在已經(jīng)有許多工具來解決內(nèi)存泄露問題，如Mtrace、 Memwatch、Purify等。這些工具使用庫跟蹤、動態(tài)檢測、程序插樁等技術(shù)來發(fā)現(xiàn)和定位內(nèi)存泄露的問題。

2.5覆蓋率分析

覆蓋率測試（也成邏輯測試）是度量測試完整性和查找軟件問題的必要手段，是測試有效性的度量。覆蓋率測試的目的是確保軟件所有的程序至少被執(zhí)行一次，盡可能全的覆蓋軟件程序的各個語句及其分支結(jié)構(gòu)，以便發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤和問題。

工具舉例：RapiCover 是一款基于目標(biāo)硬件的嵌入式軟件的測試覆蓋率分析工具， 針對所使用的測試用例給出對應(yīng)的現(xiàn)場測試覆蓋率信息，其插樁點的開銷極小，并能針對目標(biāo)板的實際情況提供靈活的支持方式。它的特點包括：支持C、C++、Ada編程語言；極小的時間開銷；語句覆蓋，變量定義、條件判斷或循環(huán)等。

2.6單元/集成測試

嵌入式軟件的單元測試大多是在宿主機環(huán)境下進行的，只有少數(shù)情況下需要在目標(biāo)機環(huán)境下進行。單元測試主要是進行白盒測試，應(yīng)盡可能地測試每一個函數(shù)，每一個條件分支、每一個程序語句，提高代碼的測試覆蓋率。

在單元測試完成后，接下來需要進行集成測試。集成測試又稱為組裝測試，是將各模塊合成一個組件，并測試它們間的接口。

工具舉例：Tessy軟件是一款專門針對嵌入式軟件動態(tài)測試的工具。它可以對C/C++代碼進行單元測試和集成測試。

2.7 系統(tǒng)測試

嵌入式軟件系統(tǒng)測試的目的與通用軟件類似，都是通過與需求做比較來發(fā)現(xiàn)軟件缺陷。嵌入式軟件的系統(tǒng)測試應(yīng)綜合運行各種測試用例設(shè)計方法，并根據(jù)需求規(guī)格說明書來設(shè)計，在目標(biāo)機環(huán)境下運行。

系統(tǒng)測試階段除了功能測試外，還應(yīng)該包括意外測試、破壞性測試、性能測試等。

在系統(tǒng)測試中，隨機測試是比較經(jīng)濟有效的一種測試方法。將隨機測試結(jié)果和操作規(guī)范的要求作比較，還可以得到軟件可靠性的估計。有效地將隨機抽樣測試與其他測試技術(shù)結(jié)合可以產(chǎn)生更強大和更高效的測試策略。

結(jié)語

本文歸納總結(jié)了嵌入式軟件的測試方法，并在不同的測試方法中列舉了當(dāng)前市場上的適用于嵌入式軟件的測試工具，希望能夠?qū)V大從業(yè)者有所參考。

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