嵌入式計算機(jī)軟件測試關(guān)鍵技術(shù)研究

李流麗

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510000）

嵌入式計算機(jī)軟件測試技術(shù)的緊密聯(lián)系體現(xiàn)在其廣泛涉及計算機(jī)系統(tǒng)的各個方面。這包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、移動通信和數(shù)據(jù)庫等多個組成部分，而這些部分之間必須展現(xiàn)出良好的兼容性，以確保整個系統(tǒng)的協(xié)同運作[1]。嵌入式計算機(jī)軟件的使用范圍不斷擴(kuò)大，因此對軟件的質(zhì)量和性能提出了新的挑戰(zhàn)。在這個背景下，對測試工作的核心和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究顯得尤為迫切。隨著社會大環(huán)境的不斷發(fā)展，在追求軟件質(zhì)量的同時，需要測試方法和技術(shù)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新的迫切性[2]。在日益競爭激烈的市場中，嵌入式計算機(jī)軟件的質(zhì)量和性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的競爭力和用戶體驗，因此不斷提升測試技術(shù)水平成為軟件開發(fā)領(lǐng)域的一項重要任務(wù)。

1 基本概述

1.1 嵌入式計算機(jī)

嵌入式技術(shù)是一種專注于特定應(yīng)用領(lǐng)域的計算機(jī)技術(shù)，主要用于滿足應(yīng)用系統(tǒng)對性能的高要求[3]。這種技術(shù)通過設(shè)計嵌入式計算機(jī)，使它在網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)、視頻等領(lǐng)域中具有更多樣化的功能，以適應(yīng)不同用戶的需求。由于嵌入式計算機(jī)必須實現(xiàn)特定功能，因此對其性能有著極高的要求[4]。為了確保計算機(jī)能夠高效處理用戶問題，嵌入式技術(shù)需要對計算機(jī)軟件、硬件和系統(tǒng)進(jìn)行特殊處理。其專用性質(zhì)決定了其在實現(xiàn)特定功能方面的卓越性能。通過采用特定的嵌入式系統(tǒng)，嵌入式計算機(jī)能夠適應(yīng)不同應(yīng)用場景，使其功能更為靈活多樣[5]。這種定制化的設(shè)計要求嵌入式技術(shù)對計算機(jī)的軟件、硬件和系統(tǒng)進(jìn)行精心調(diào)整，以確保系統(tǒng)能夠高效運行。正是由于這種高度的定制和專業(yè)化，嵌入式計算機(jī)才能在網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)、視頻等領(lǐng)域中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為不同用戶提供定制化的解決方案，推動科技在各個領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新。

1.2 嵌入式計算機(jī)軟件

嵌入式計算機(jī)軟件是一種獨立操作能力的載體，用于實現(xiàn)嵌入式計算機(jī)專有功能。這些專有功能涵蓋監(jiān)控、管理、移動計算、數(shù)據(jù)處理等多個領(lǐng)域，為電子設(shè)備的自動化提供了必要支持[6]。簡單嵌入式系統(tǒng)通常以單片機(jī)為代表，功能較為單一。相對而言，復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)類似于普通計算機(jī)，引入了嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，使其功能更加完備。這些特點使得嵌入式計算機(jī)成為電子設(shè)備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動化的關(guān)鍵技術(shù)。嵌入式操作系統(tǒng)為系統(tǒng)提供了更高層次的管理和調(diào)度，使得復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)能夠處理多任務(wù)、多線程的情境。同時，應(yīng)用軟件的加入為系統(tǒng)提供了更多的應(yīng)用領(lǐng)域，使其更適用于不同的電子設(shè)備[7]。這樣的設(shè)計和結(jié)構(gòu)使得復(fù)雜嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)在滿足基本嵌入式功能的同時，更具靈活性和適用性。總體而言，嵌入式計算機(jī)軟件在電子設(shè)備領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，不僅提高了自動化水平，也推動了技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

1.3 嵌入式計算機(jī)軟件測試方法

嵌入式計算機(jī)軟件具備獨特的功能和屬性[8]。在軟件測試的工作原理方面，首先進(jìn)行初步編譯軟件，然后將其下載到目標(biāo)計算機(jī)，完成數(shù)據(jù)傳輸，并最終引導(dǎo)軟件的運行。在實際運行中，宿主計算機(jī)負(fù)責(zé)利用操作系統(tǒng)開發(fā)軟件，而目標(biāo)計算機(jī)則接收數(shù)據(jù)，導(dǎo)致測試在這兩者之間頻繁切換，增加了測試的難度。盡管宿主計算機(jī)對硬件和配置的要求較低，從而降低了軟件測試的成本，但這種頻繁切換仍然帶來了一定的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，科研人員致力于實現(xiàn)在宿主計算機(jī)中完成軟件測試。通過這一方法，可以更有效地利用宿主計算機(jī)的資源，減少與目標(biāo)計算機(jī)之間的切換，從而提高整體的測試效率[9]。這一創(chuàng)新性的方法有望為嵌入式計算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)提供更為經(jīng)濟(jì)和便捷的解決方案，為行業(yè)的發(fā)展注入新的活力。

2 關(guān)鍵性技術(shù)

2.1 宿主機(jī)測試

靜態(tài)測試技術(shù)是一種通過自動檢測和捕捉軟件錯誤信息的方法，其特點在于通過嚴(yán)密的邏輯和編譯標(biāo)準(zhǔn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工檢測的不足，主要適用于嵌入式計算機(jī)軟件系統(tǒng)。這種技術(shù)具有高正確率和高效率的優(yōu)勢，相較于人工檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的正確率，并通過圖形轉(zhuǎn)換功能，高效地轉(zhuǎn)換框架圖、流程圖等[10]。其工作原理基于以數(shù)據(jù)為主的特性，無需逐一對所有機(jī)器進(jìn)行檢測，可以判斷系統(tǒng)的錯誤位置，從而縮短檢測時間。其原理是在軟件運行過程中對實際開發(fā)目標(biāo)與預(yù)期開發(fā)目標(biāo)進(jìn)行對比，檢測差距，分析內(nèi)容差異，并判定被測對象的質(zhì)量與運行效果，成功實施需要單元測試、集成測試等支持。這種技術(shù)主要針對軟件代碼，通過檢測軟件缺陷、分析軟件設(shè)置情況，并在軟件開發(fā)過程中提供支持。其進(jìn)展趨勢是環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，使得軟件開發(fā)過程更為完善。

2.2 動態(tài)測試

動態(tài)測試技術(shù)與靜態(tài)測試技術(shù)有顯著區(qū)別。靜態(tài)測試無需運行嵌入式計算機(jī)軟件即可檢測其代碼，而動態(tài)測試則要在各個測試環(huán)境中運行嵌入式計算機(jī)軟件，通過實際運行與開發(fā)目標(biāo)對比，及時發(fā)現(xiàn)性能和運行效果問題。動態(tài)測試主要應(yīng)用以下技術(shù)：（1）單元測試，檢測計算機(jī)軟件結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)邏輯錯誤和基本單元問題；（2）集成測試，在單元測試后檢查內(nèi)部聯(lián)系是否正確，解決連接邏輯路徑和端口問題；（3）系統(tǒng)測試，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、邏輯路徑、輸入輸出、功能等進(jìn)行全面測試；（4）驗收測試，通過實際應(yīng)用測試各功能是否正常。動態(tài)測試全面實際，但存在依賴高素質(zhì)測試人員和測試過程不細(xì)化的問題，需要與其他技術(shù)結(jié)合，以發(fā)揮最佳軟件測試能力。

2.3 仿真機(jī)測試

在嵌入式軟件測試的全過程中，數(shù)據(jù)獲取被認(rèn)為是一項至關(guān)重要的步驟。相對于獲取源代碼而言，數(shù)據(jù)獲取任務(wù)更為復(fù)雜，但其重要性不可忽視[11]。不同的方法可用于數(shù)據(jù)獲取，包括內(nèi)存指數(shù)、虛擬I/O 指數(shù)和物理通道取數(shù)等。盡管獲取源代碼相對簡單，但數(shù)據(jù)獲取卻是具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，要求采用各種方式確保數(shù)據(jù)的完整性。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，嵌入式軟件測試領(lǐng)域廣泛采用了仿真測試技術(shù)。通過改造測試工具，該技術(shù)確保了正確輸入，并在測試結(jié)束后將已緩存的數(shù)據(jù)保存至計算機(jī)系統(tǒng)，以備將來使用。

嵌入式計算機(jī)軟件仿真建立在局域網(wǎng)絡(luò)為背景的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上，主要分為仿真技術(shù)和仿真測評控制技術(shù)兩大部分[12]。在仿真測試技術(shù)方面，其特點主要包括數(shù)據(jù)仿真模擬，該模擬僅在特定技術(shù)下實現(xiàn)，能夠針對不同對象進(jìn)行多種類型的數(shù)據(jù)仿真，以確保測試結(jié)果的真實可靠性。為了保持仿真測試數(shù)據(jù)的實時性，檢測過程中必須維持穩(wěn)定的運輸信號，這需要先進(jìn)的技術(shù)手段的支持。通過這些先進(jìn)的技術(shù)手段，嵌入式軟件測試能夠更全面地獲取數(shù)據(jù)，在仿真環(huán)境中保證測試的準(zhǔn)確性和可靠性。這種綜合的方法不僅提高了測試的效率，而且確保了最終產(chǎn)品在不同環(huán)境中的穩(wěn)定性和可靠性。細(xì)致而有針對性的數(shù)據(jù)仿真模擬為測試提供了更多維度的信息，使得針對不同對象的多種數(shù)據(jù)仿真成為可能。因此，通過局域網(wǎng)絡(luò)為背景的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，嵌入式計算機(jī)軟件仿真技術(shù)成為確保軟件穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵步驟。

3 目標(biāo)機(jī)測試技術(shù)

3.1 內(nèi)存分析

內(nèi)存分配錯誤在嵌入式計算機(jī)軟件中是一個嚴(yán)重的問題，常常導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁故障。這類錯誤可能觸發(fā)下一次分布的終止，進(jìn)而威脅到數(shù)據(jù)信息的實效性。為了解決這一問題，內(nèi)存分析技術(shù)變得尤為關(guān)鍵[13]。由于嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存較小的特性，傳統(tǒng)的內(nèi)存分析技術(shù)具備快速而準(zhǔn)確地檢測不合理內(nèi)存分配問題的優(yōu)勢。通過實施有針對性的解決方案，這些技術(shù)能夠有效降低嵌入式計算機(jī)軟件故障的頻率，從而確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)中，內(nèi)存分配錯誤對軟件運行的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響，因此需要采用適當(dāng)?shù)氖侄蝸斫鉀Q。內(nèi)存分析技術(shù)成為解決方案中的關(guān)鍵因素，其優(yōu)勢在于能夠快速而準(zhǔn)確地檢測內(nèi)存分配問題。由于嵌入式系統(tǒng)通常具有較小的內(nèi)存容量，因此需要特定的解決方案來應(yīng)對這一問題。這種方法對于保障數(shù)據(jù)信息的實效性至關(guān)重要，有助于提高嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)的整體性能。

硬件分析耗時較長，且成本較高，這在大型項目或緊急情況下可能顯得不切實際。更為重要的是，硬件分析工具可能在特定環(huán)境中無法充分發(fā)揮作用，甚至可能引發(fā)計算機(jī)代碼錯誤或?qū)е聝?nèi)存運行受阻[14]。因此，在實施內(nèi)存分析時，測試團(tuán)隊需要權(quán)衡不同方法的利弊，根據(jù)具體需求做出明智的選擇，以確保整個測試過程既準(zhǔn)確又高效。軟件分析相對于硬件分析來說，通常具有更快的執(zhí)行速度和更低的成本，但在某些情況下可能無法提供硬件分析所具備的深度和全面性。因此，測試團(tuán)隊需要綜合考慮項目的特點、時間和預(yù)算等因素，以制定出最為合適的內(nèi)存分析策略，從而確保系統(tǒng)在運行時能夠穩(wěn)定、高效地運行。

3.2 性能分析

這項關(guān)鍵技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是對嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)軟件進(jìn)行全面的性能測試[15]。在這個過程中，性能分析技術(shù)的任務(wù)是深入了解和分析軟件的運行性能，通過綜合考量系統(tǒng)的各個方面來評估其性能水平。通過對系統(tǒng)性能的綜合測試，我們能夠從表面上判斷軟件的好壞，但性能分析技術(shù)的價值在于提供深度分析，超越僅僅依賴用戶體驗的評估。通過深入挖掘軟件系統(tǒng)內(nèi)部，性能分析技術(shù)能夠具體分析資源利用、執(zhí)行時間等方面的細(xì)節(jié)，從而發(fā)現(xiàn)潛在問題并提供解決方案。這種深層次的技術(shù)分析為軟件開發(fā)者和維護(hù)人員提供了關(guān)鍵信息，幫助他們更好地理解和優(yōu)化系統(tǒng)性能。最終，性能分析技術(shù)的應(yīng)用有助于高效提升嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)軟件的性能水平，確保其能夠持續(xù)保持高質(zhì)量，滿足用戶的需求。

3.3 故障注入

嵌入式計算機(jī)軟件測試是一項涉及宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)協(xié)同作用的任務(wù)。在這個過程中，宿主機(jī)負(fù)責(zé)生成和發(fā)送測試數(shù)據(jù)信息，而目標(biāo)機(jī)則承擔(dān)接收和處理這些數(shù)據(jù)的責(zé)任。為了確保測試的準(zhǔn)確性，需要在計算機(jī)軟件運行期間進(jìn)行精心設(shè)置，以便按照指定的時間和方式執(zhí)行測試。這些設(shè)置通常需要人工干預(yù)，用于調(diào)整測試參數(shù)并確保測試過程的可重復(fù)性[16]。為確保故障注入技術(shù)的有效性，目標(biāo)機(jī)的各個組件都必須具有高質(zhì)量和性能，以確保注入的故障能夠準(zhǔn)確地模擬實際運行中可能出現(xiàn)的問題。這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于測試目標(biāo)機(jī)的特定性能。通過故障注入技術(shù)，測試人員能夠清晰地了解嵌入式計算機(jī)內(nèi)部的運行情況，方便觀察和記錄目標(biāo)機(jī)的實際運行狀態(tài)。故障注入技術(shù)使測試人員能夠更全面地評估嵌入式計算機(jī)的性能和可靠性。

4 結(jié)語

嵌入式計算機(jī)影響到了各個行業(yè)，諸如電器和飛行控制器等領(lǐng)域，嵌入式計算機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，極大地提升了各種功能的性能。這一技術(shù)的普及和應(yīng)用使得人們在日常生活中更加便捷、高效，并且拓展了各行各業(yè)的發(fā)展空間。然而，隨著社會的不斷發(fā)展，嵌入式技術(shù)變得越來越復(fù)雜，對從業(yè)者的技術(shù)素養(yǎng)提出了更高的要求。為適應(yīng)嵌入式技術(shù)環(huán)境的不斷變化，社會背景下迫切需要及時更新和完善嵌入式計算機(jī)測試技術(shù)。這包括對測試方法和工具的不斷創(chuàng)新與升級，以確保嵌入式系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在這個快速變化的技術(shù)環(huán)境中，強(qiáng)調(diào)保持探索精神變得尤為重要，以便及時適應(yīng)嵌入式技術(shù)的發(fā)展趨勢。