一、引言

隨著數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，大量系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜、功能日益強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)正不斷進(jìn)入市場(chǎng)，應(yīng)用也日趨復(fù)雜，這對(duì)嵌人式軟件的開(kāi)發(fā)技術(shù)和測(cè)試技術(shù)提出了更高的要求。嵌人式系統(tǒng)的復(fù)雜性和集成度越來(lái)越高，其中的軟件部分也開(kāi)始在整個(gè)嵌入式系統(tǒng)中占有越來(lái)越多的比例，并經(jīng)常實(shí)現(xiàn)硬件的功能。

嵌入式系統(tǒng)的專(zhuān)用程度較高，所以對(duì)其可靠性的要求也比較高，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免由于其可能出現(xiàn)的失效而導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，要求對(duì)嵌人式系統(tǒng)，包括嵌入式軟件進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試、確認(rèn)和驗(yàn)證。

基于嵌入式軟件自身的特點(diǎn)，如實(shí)時(shí)性（Real-timing），內(nèi)存不豐富，I/O通道少，開(kāi)發(fā)工具昂貴，并且與硬件緊密相關(guān)，CPU種類(lèi)繁多，其缺陷不像PC軟件的缺陷容易修補(bǔ)等等。傳統(tǒng)的軟件測(cè)試?yán)碚摬荒苤苯佑糜谇度胧杰浖y(cè)試，因此，研究嵌入式軟件的測(cè)試方法和策略，對(duì)于提高和改善嵌入式軟件的質(zhì)量有重要意義。

二、嵌入式軟件測(cè)試的基本方法

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積及功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的軟硬件功能界限模糊，測(cè)試比PC系統(tǒng)軟件測(cè)試要困難得多，嵌入式軟件系統(tǒng)測(cè)試具有如下特點(diǎn)：

（1）測(cè)試軟件功能依賴(lài)不需編碼的硬件功能，快速定位軟硬件錯(cuò)誤困難；

（2）強(qiáng)壯性測(cè)試、可知性測(cè)試很難編碼實(shí)現(xiàn)；

（3）交叉測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試用例、測(cè)試結(jié)果上載困難；

（4）基于消息系統(tǒng)測(cè)試的復(fù)雜性，包括線(xiàn)程、任務(wù)、子系統(tǒng)之間的交互，并發(fā)、容錯(cuò)和對(duì)時(shí)間的要求；

（5）性能測(cè)試、確定性能瓶頸困難；

（6）實(shí)施測(cè)試自動(dòng)化技術(shù)困難。

大量統(tǒng)計(jì)資料表明，軟件測(cè)試的工作量往往占軟件開(kāi)發(fā)總工作量的40%以上，在極端情況，測(cè)試那種關(guān)系人的生命安全的重要的行業(yè)中的嵌入式軟件所花費(fèi)的成本，可能相當(dāng)于軟件工程其他開(kāi)發(fā)步驟總成本的三倍到五倍。

在嵌入式軟件測(cè)試中，既要考慮軟件本身，還要考慮軟件同硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)的集成，同時(shí)還有條件苛刻的時(shí)間約束和實(shí)時(shí)要求，以及其他合性能相關(guān)的要求。

1、全數(shù)字模擬測(cè)試

全數(shù)字模擬測(cè)試是指采用數(shù)學(xué)平臺(tái)的方法，將嵌入式軟件從系統(tǒng)中剝離出來(lái)，通過(guò)開(kāi)發(fā)CPU指令、常用芯片、I/O、中斷、時(shí)鐘等模擬器在開(kāi)發(fā)主機(jī)平臺(tái)（Host）上實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件的測(cè)試。該方法操作簡(jiǎn)單，適用于功能測(cè)試，是一種可以借鑒的常規(guī)軟件測(cè)試方法。

但是全數(shù)字模擬測(cè)試有較大的局限性，使用不同語(yǔ)言編寫(xiě)的嵌入式軟件需要不同的仿真程序來(lái)執(zhí)行，通用性差，實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性難以反映出嵌入式軟件的真實(shí)情況，當(dāng)并發(fā)事件要求一定的同步關(guān)系時(shí)，維護(hù)統(tǒng)一、精確地系統(tǒng)時(shí)鐘，理順時(shí)序關(guān)系相當(dāng)困難。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)能進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試的環(huán)境代價(jià)太大，全數(shù)字模擬測(cè)試只能作為嵌入式軟件測(cè)試的輔助手段。

2、交叉測(cè)試（Host/Target測(cè)試）

自從出現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言，嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境通常是存在差異的，開(kāi)發(fā)環(huán)境被認(rèn)為是主機(jī)平臺(tái)（Host），軟件運(yùn)行環(huán)境為目標(biāo)平臺(tái)（Target），相應(yīng)的測(cè)試為Host Target測(cè)試（交叉測(cè)試）。測(cè)試過(guò)程中，充分利用高級(jí)語(yǔ)言的可移植性，將系統(tǒng)中與目標(biāo)環(huán)境無(wú)關(guān)的部分工作轉(zhuǎn)移到PC平臺(tái)上完成，在硬件環(huán)境未建好或調(diào)試工具缺乏時(shí)就可以開(kāi)展，這時(shí)可以借鑒常規(guī)的軟件測(cè)試方法。

系統(tǒng)中與硬件密切相關(guān)的部分在Target上完成，用到的測(cè)試工具需要支持目標(biāo)環(huán)境。最后，在目標(biāo)環(huán)境中進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)。交叉測(cè)試適用于高級(jí)語(yǔ)言，操作方便，測(cè)試成本較低，但是實(shí)時(shí)性受調(diào)試環(huán)境的制約，在目標(biāo)環(huán)境中測(cè)試時(shí)要占用一定的目標(biāo)資源。

3、嵌入式軟件測(cè)試方法分類(lèi)

嵌入式軟件測(cè)試或叫交叉測(cè)試（Cross-test），測(cè)試內(nèi)容包括：1.單元測(cè)試；2.集成測(cè)試；3.確認(rèn)測(cè)試；4.系統(tǒng)測(cè)試。

使用有效的交叉測(cè)試策略可極大地提高嵌入式軟件開(kāi)發(fā)測(cè)試的水平和效率，下文給出各個(gè)階段的嵌入式軟件測(cè)試方案。

靜態(tài)測(cè)試

靜態(tài)測(cè)試不利用計(jì)算機(jī)運(yùn)行被測(cè)程序，目的是度量程序靜態(tài)復(fù)雜度，檢查軟件是否符合編程標(biāo)準(zhǔn)。

1）靜態(tài)測(cè)試工具M(jìn)cCabeQA

McCabeQA是美國(guó)McCabe&Association公司的產(chǎn)品。它利用著名學(xué)者M(jìn)cCabe的軟件結(jié)構(gòu)化測(cè)試?yán)碚摚词褂肰（G）圈復(fù)雜度=模塊內(nèi)部獨(dú)立線(xiàn)性路徑數(shù)來(lái)度量軟件的復(fù)雜度。

McCabe最大的特點(diǎn)就是可視化，以獨(dú)特的圖形技術(shù)表示代碼。軟件通過(guò)分析源碼，得到整個(gè)軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，同時(shí)得到了各種基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估代碼復(fù)雜性，包括V（g）、EV（g）、DV（g）、Halstead等數(shù)十種靜態(tài)復(fù)雜度度量。

用不同的顏色表示軟件模塊的復(fù)雜性，測(cè)試人員的測(cè)試重點(diǎn)放在質(zhì)量差的模塊上；提供各種質(zhì)量模型深入評(píng)價(jià)軟件質(zhì)量，紀(jì)錄軟件質(zhì)量波動(dòng)曲線(xiàn)和版本變化趨勢(shì)分析，從而控制軟件修改不同階段的質(zhì)量。在單元級(jí)McCabe顯示模塊的流程圖，并且相對(duì)應(yīng)地標(biāo)出代碼的位置，視圖與代碼相互對(duì)應(yīng)，可很快找出問(wèn)題所在。分析最終得到可定制的符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的綜合報(bào)告。

2）代碼規(guī)則檢查工具QAC/C++

QAC/QAC++是用于代碼規(guī)則檢查的自動(dòng)化工具。代碼審查主要檢查代碼和設(shè)計(jì)的一致性，代碼對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的遵循、可讀性，代碼的邏輯表達(dá)的正確性，代碼結(jié)構(gòu)的合理性等方面。發(fā)現(xiàn)違背程序編寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，程序中不安全、不明確和模糊的部分，找出程序中不可移植部分、違背程序編程風(fēng)格的問(wèn)題，包括變量檢查、命名和類(lèi)型審查、程序邏輯審查、程序語(yǔ)法檢查和程序結(jié)構(gòu)檢查等內(nèi)容。

4、動(dòng)態(tài)測(cè)試

動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)軟件必須運(yùn)行。動(dòng)態(tài)測(cè)試方法分為黑盒法和白盒法。為了較快得到測(cè)試效果，通常先進(jìn)行功能測(cè)試，達(dá)到所有功能后，為確定軟件的可靠性進(jìn)行必要的覆蓋測(cè)試。

在軟件開(kāi)發(fā)的不同時(shí)期進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，測(cè)試又分為單元測(cè)試、集成測(cè)試、確認(rèn)測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試。

5、單元測(cè)試

單元測(cè)試方案之一采用IPL公司的Cantata++測(cè)試工具，它能夠滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)者進(jìn)行高效的單元測(cè)試和集成測(cè)試要求，能夠提高測(cè)試效率，具有一整套包含測(cè)試、覆蓋率分析和靜態(tài)分析的功能。Cantata++含有以下幾個(gè)主要部分：

CTH測(cè)試功能庫(kù)，Cantata++通過(guò)CTH提供的測(cè)試函數(shù)執(zhí)行測(cè)試，提供測(cè)試所需用例的輸入輸出，并檢查輸出結(jié)果是否符合要求，給出合格/不合格的確切結(jié)果。打樁、封裝和動(dòng)態(tài)分析的執(zhí)行也是利用CTH。

三、不把所有測(cè)試都放在目標(biāo)上

目前在嵌入式領(lǐng)域，目標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)日趨復(fù)雜，而由于競(jìng)爭(zhēng)要求產(chǎn)品快速上市，開(kāi)發(fā)技術(shù)日新月異，同時(shí)硬件發(fā)展的日益穩(wěn)定，造成了軟件故障日益突出。由此，軟件的重要性越來(lái)越引起人們的重視，人們認(rèn)識(shí)到嵌入式系統(tǒng)的測(cè)試勢(shì)在必行。

由于嵌入式系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，如實(shí)時(shí)性、內(nèi)存不豐富、I/O通道少、開(kāi)發(fā)工具昂貴、并且與硬件緊密相關(guān)，CPU種類(lèi)繁多等等。嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)和測(cè)試也就與一般商用軟件的開(kāi)發(fā)和測(cè)試策略有了很大的不同，可以說(shuō)嵌入式軟件是最難測(cè)試的一種軟件。

嵌入式軟件測(cè)試使用有效的測(cè)試策略是唯一的出路，它可以使開(kāi)發(fā)的效率最大化，避免目標(biāo)系統(tǒng)的瓶頸。自從出現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)環(huán)境與最終運(yùn)行環(huán)境通常都是存在差異的，嵌入式系統(tǒng)更是如此。開(kāi)發(fā)環(huán)境被認(rèn)為是主機(jī)平臺(tái)，軟件運(yùn)行環(huán)境為目標(biāo)平臺(tái)。相應(yīng)的測(cè)試為主機(jī)-目標(biāo)測(cè)試或交叉測(cè)試。

討論嵌入式軟件測(cè)試首先就會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題：為什么不把所有測(cè)試都放在目標(biāo)上進(jìn)行呢？因?yàn)槿羲袦y(cè)試都放在目標(biāo)平臺(tái)上有很多不利的因素：例如測(cè)試軟件可能會(huì)造成與開(kāi)發(fā)者爭(zhēng)奪時(shí)間的瓶頸；目標(biāo)環(huán)境還不具備；比起主機(jī)平臺(tái)環(huán)境，目標(biāo)環(huán)境通常是不精密的和不方便的等等。

從經(jīng)濟(jì)上和開(kāi)發(fā)效率上考慮，在開(kāi)發(fā)周期中軟件應(yīng)該盡可能多地工作在主機(jī)系統(tǒng)環(huán)境中，其中包括測(cè)試。

確定主機(jī)-目標(biāo)（Host-target）測(cè)試環(huán)境后，開(kāi)發(fā)測(cè)試人員又會(huì)遇到以下的問(wèn)題：例如多少開(kāi)發(fā)人員會(huì)卷入測(cè)試工作；多少軟件應(yīng)該測(cè)試，花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試；在主機(jī)環(huán)境和目標(biāo)環(huán)境有哪些軟件工具，價(jià)格如何等等。

任何人或組織在測(cè)試嵌入式軟件時(shí)都應(yīng)深入考慮以上問(wèn)題，結(jié)合自身實(shí)際情況選定合理測(cè)試策略和方案。