《軟件測(cè)試基礎(chǔ)》課件-第9章

第9章嵌入式測(cè)試

9.1嵌入式軟件測(cè)試的方法9.2嵌入式軟件測(cè)試的過(guò)程9.3嵌入式軟件測(cè)試的特點(diǎn)9.4嵌入式軟件測(cè)試的工具9.5嵌入式軟件測(cè)試策略9.6嵌入式軟件測(cè)試實(shí)例9.7思考與習(xí)題

9.1嵌入式軟件測(cè)試的方法

嵌入式軟件測(cè)試分為4個(gè)階段，即模塊測(cè)試、集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試、硬件/軟件集成測(cè)試。前3個(gè)階段適用于任何軟件的測(cè)試，硬件/軟件集成測(cè)試階段是嵌入式軟件所特有的，目的是驗(yàn)證嵌入式軟件與其所控制的硬件設(shè)備能否正確地交互。

在嵌入式軟件測(cè)試中，常采取折中的方式?；谀繕?biāo)的測(cè)試消耗較多的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，而基于宿主的測(cè)試代價(jià)較小，但畢竟是在模擬環(huán)境中進(jìn)行的。目前的趨勢(shì)是把更多的測(cè)試轉(zhuǎn)移到宿主環(huán)境中進(jìn)行，但是，目標(biāo)環(huán)境的復(fù)雜性和獨(dú)特性不可能完全模擬。在兩個(gè)環(huán)境中可以出現(xiàn)不同的軟件缺陷，重要的是目標(biāo)環(huán)境和宿主環(huán)境的測(cè)試內(nèi)容有所選擇。在宿主環(huán)境中，可以進(jìn)行邏輯或界面的測(cè)試以及與硬件無(wú)關(guān)的測(cè)試。在模擬或宿主環(huán)境中的測(cè)試所消耗的時(shí)間通常相對(duì)較少，用調(diào)試工具可以更快地完成調(diào)試和測(cè)試任務(wù)。而與定時(shí)問(wèn)題有關(guān)的白盒測(cè)試、中斷測(cè)試、硬件接口測(cè)試只能在目標(biāo)環(huán)境中進(jìn)行。在軟件測(cè)試周期中，基于目標(biāo)的測(cè)試是在較晚的硬件/軟件集成測(cè)試階段開(kāi)始的，如果不更早地在模擬環(huán)境中進(jìn)行白盒測(cè)試，而是等到硬件/軟件集成測(cè)試階段再進(jìn)行全部的白盒測(cè)試，將耗費(fèi)更多的財(cái)力和人力。

9.2嵌入式軟件測(cè)試的過(guò)程

根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程，為了最經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，一般采用自頂向下、層層推進(jìn)的方法對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。圖9.1為基于模塊化設(shè)計(jì)的嵌入式軟件測(cè)試流程。嵌入式軟件測(cè)試的總體步驟為：首先進(jìn)行操作系統(tǒng)移植并編寫(xiě)系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)，然后進(jìn)行系統(tǒng)平臺(tái)測(cè)試，其中包括硬件電路測(cè)試、操作系統(tǒng)及底層驅(qū)動(dòng)程序的測(cè)試等。如果測(cè)試未通過(guò)，需要重新進(jìn)行操作系統(tǒng)移植和編寫(xiě)系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)；如果此測(cè)試通過(guò)，可以進(jìn)入下一步的開(kāi)發(fā)——用模塊化的方法編寫(xiě)應(yīng)用代碼，隨后再對(duì)軟件模塊進(jìn)行測(cè)試。如果測(cè)試沒(méi)有通過(guò)，則要對(duì)此代碼模塊進(jìn)行修改，然后對(duì)軟件模塊進(jìn)行測(cè)試；如果所有的模塊都通過(guò)測(cè)試，需要進(jìn)行集成測(cè)試。如果集成測(cè)試沒(méi)有通過(guò)，則要確定模塊接口函數(shù)錯(cuò)誤模塊，然后修改錯(cuò)誤模塊代碼，再利用關(guān)聯(lián)矩陣確定需測(cè)試模塊，并重新回到軟件模塊測(cè)試；如果集成測(cè)試通過(guò)，則需要進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。如果系統(tǒng)測(cè)試沒(méi)有通過(guò)，則需要修改程序代碼，如果問(wèn)題出現(xiàn)在操作系統(tǒng)的移植上，需要重新進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植；如果問(wèn)題只是出現(xiàn)在軟件模塊上，只需修改軟件模塊就行了。如果系統(tǒng)測(cè)試通過(guò)，就可以退出測(cè)試。在第一件產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)之后，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，如果測(cè)試通過(guò)，則表示嵌入式產(chǎn)品的所有測(cè)試步驟已經(jīng)完成。圖9.1嵌入式軟件測(cè)試的詳細(xì)流程

9.3嵌入式軟件測(cè)試的特點(diǎn)

嵌入式軟件測(cè)試作為一種特殊的軟件測(cè)試，它的目的和原則同普通的軟件測(cè)試是一樣的，都是為了驗(yàn)證或達(dá)到可靠性要求而對(duì)軟件所進(jìn)行的測(cè)試。嵌入式軟件測(cè)試除了要遵循普通軟件測(cè)試的原則之外，還需要遵循以下幾個(gè)原則：

(1)嵌入式軟件測(cè)試對(duì)軟件在硬件平臺(tái)的測(cè)試是必不可少的。

(2)嵌入式軟件測(cè)試需要在特定的環(huán)境下對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試。

(3)嵌入式軟件需進(jìn)行必要的可靠性負(fù)載測(cè)試，比如測(cè)試某些嵌入式系統(tǒng)能否連續(xù)1000個(gè)小時(shí)不斷電工作。

(4)除了要對(duì)嵌入式軟件系統(tǒng)的功能進(jìn)行測(cè)試之外，還需要對(duì)實(shí)時(shí)性進(jìn)行測(cè)試。在判斷系統(tǒng)是否失效方面，除了看它的輸出結(jié)果是否正確，還應(yīng)考慮其是否在規(guī)定的時(shí)間里輸出了結(jié)果。

(5)在對(duì)嵌入式軟件進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，需要在特定的硬件平臺(tái)上進(jìn)行性能測(cè)試、內(nèi)存測(cè)試、GUI測(cè)試、覆蓋分析測(cè)試。

9.4嵌入式軟件測(cè)試的工具

1．內(nèi)存分析工具

在嵌入式系統(tǒng)中，內(nèi)存容量通常是有限的。內(nèi)存分析工具用來(lái)處理在動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配中存在的缺陷。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配錯(cuò)誤，通常是難以復(fù)原的，其導(dǎo)致的失效難以追蹤，使用內(nèi)存分析工具可以避免這類(lèi)缺陷進(jìn)入功能測(cè)試階段。目前有兩類(lèi)內(nèi)存分析工具—軟件工具和硬件工具?；谲浖膬?nèi)存分析工具可能會(huì)對(duì)代碼的性能造成很大影響，從而嚴(yán)重影響實(shí)時(shí)操作；基于硬件的內(nèi)存分析工具價(jià)格昂貴，而且只能在工具所限定的運(yùn)行環(huán)境中使用。

2．性能分析工具

在嵌入式系統(tǒng)中，程序的性能通常是非常重要的。經(jīng)常會(huì)有這樣的要求，在特定時(shí)間內(nèi)處理一個(gè)中斷，或生成具有特定定時(shí)要求的一幀。開(kāi)發(fā)人員面臨的問(wèn)題是決定應(yīng)該對(duì)哪一部分代碼進(jìn)行優(yōu)化來(lái)改進(jìn)性能，并避免花費(fèi)大量的時(shí)間去優(yōu)化那些對(duì)性能沒(méi)有任何影響的代碼。性能分析工具會(huì)提供有關(guān)的數(shù)據(jù)，說(shuō)明執(zhí)行時(shí)間是如何消耗，什么時(shí)候消耗的，以及每個(gè)例程所用的時(shí)間。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，確定哪些例程消耗部分執(zhí)行時(shí)間，從而可以決定如何優(yōu)化軟件，以獲得更好的時(shí)間性能。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，大部分執(zhí)行時(shí)間用在相對(duì)少量的代碼上，費(fèi)時(shí)的代碼估計(jì)只占所有軟件總量的5%～20%。性能分析工具不僅能指出哪些例程花費(fèi)了時(shí)間，而且與調(diào)試工具聯(lián)合使用可以引導(dǎo)開(kāi)發(fā)人員查看需要優(yōu)化的特定函數(shù)，性能分析工具還可以引導(dǎo)開(kāi)發(fā)人員發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)調(diào)用中存在的錯(cuò)誤以及程序結(jié)構(gòu)上的缺陷。

3．GUI測(cè)試工具

很多嵌入式應(yīng)用提供了某種形式的圖形用戶(hù)界面，有些系統(tǒng)性能測(cè)試是根據(jù)用戶(hù)輸入響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行的。GUI測(cè)試工具可以作為腳本工具在開(kāi)發(fā)環(huán)境中運(yùn)行測(cè)試用例，其功能包括對(duì)操作的記錄和回放、抓取屏幕顯示供以后分析和比較、設(shè)置和管理測(cè)試過(guò)程。對(duì)沒(méi)有GUI的嵌入式設(shè)備，可以對(duì)其進(jìn)行插裝來(lái)運(yùn)行GUI測(cè)試腳本，雖然這種方式可能要求對(duì)被測(cè)代碼進(jìn)行更改，但是節(jié)省了功能測(cè)試和回歸測(cè)試的時(shí)間。

4．覆蓋分析工具

在進(jìn)行白盒測(cè)試時(shí)，可以使用代碼覆蓋分析工具追蹤被執(zhí)行過(guò)的代碼。分析過(guò)程可以通過(guò)插裝的方式來(lái)完成，插裝可以是在測(cè)試環(huán)境中嵌入硬件，也可以是在可執(zhí)行代碼中加入軟件，也可以是二者相結(jié)合。測(cè)試人員對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)加以總結(jié)，確定哪些代碼被執(zhí)行過(guò)，哪些代碼被遺漏了。覆蓋分析工具一般會(huì)提供有關(guān)功能覆蓋、分支覆蓋、條件覆蓋的信息。對(duì)于嵌入式軟件來(lái)說(shuō)，代碼覆蓋分析工具可能侵入代碼的執(zhí)行，影響實(shí)時(shí)代碼的運(yùn)行過(guò)程?；谟布拇a覆蓋分析工具的侵入程度要小一些，但是價(jià)格一般比較昂貴，而且限制被測(cè)代碼的數(shù)量。

9.5嵌入式軟件測(cè)試策略

1．單元測(cè)試

所有單元測(cè)試都可以在主機(jī)環(huán)境上進(jìn)行，除非少數(shù)情況特別指定了單元測(cè)試直接在目標(biāo)環(huán)境進(jìn)行。測(cè)試時(shí)，盡可能在主機(jī)環(huán)境中進(jìn)行軟件測(cè)試，通過(guò)盡可能小的目標(biāo)單元訪問(wèn)所有目標(biāo)指定的界面。

在主機(jī)平臺(tái)上運(yùn)行的測(cè)試速度比在目標(biāo)平臺(tái)上快得多，在主機(jī)平臺(tái)完成測(cè)試后，可以在目標(biāo)環(huán)境中重復(fù)作一簡(jiǎn)單的確認(rèn)測(cè)試，確認(rèn)測(cè)試結(jié)果不受主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的環(huán)境影響。在目標(biāo)環(huán)境中進(jìn)行確認(rèn)測(cè)試將確定一些未知的、未預(yù)料到的、未說(shuō)明的主機(jī)與目標(biāo)機(jī)的不同。例如，目標(biāo)編譯器可能有bug，但在主機(jī)編譯器上沒(méi)有。

2．集成測(cè)試

軟件集成也可在主機(jī)環(huán)境上完成，并在主機(jī)平臺(tái)上模擬目標(biāo)環(huán)境運(yùn)行。當(dāng)然在目標(biāo)環(huán)境上重復(fù)測(cè)試也是必需的，在此級(jí)別上的確認(rèn)測(cè)試將確定一些環(huán)境上的問(wèn)題，比如內(nèi)存定位和分配上的一些錯(cuò)誤。

在主機(jī)環(huán)境中如何進(jìn)行集成測(cè)試，取決于目標(biāo)系統(tǒng)的具體功能有多少。有些嵌入式系統(tǒng)與目標(biāo)環(huán)境耦合得非常緊密，若在主機(jī)環(huán)境做集成是不切實(shí)際的。對(duì)于大型軟件的開(kāi)發(fā)則可以分為幾個(gè)級(jí)別的集成。低級(jí)別的軟件集成在主機(jī)平臺(tái)上完成有很大優(yōu)勢(shì)，越往后的集成越依賴(lài)于目標(biāo)環(huán)境。

3．系統(tǒng)測(cè)試和確認(rèn)測(cè)試

所有的系統(tǒng)測(cè)試和確認(rèn)測(cè)試都必須在目標(biāo)環(huán)境下執(zhí)行。當(dāng)然在主機(jī)上開(kāi)發(fā)和執(zhí)行系統(tǒng)測(cè)試，然后移植到目標(biāo)環(huán)境重復(fù)執(zhí)行是很方便的。對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的依賴(lài)性會(huì)妨礙將主機(jī)環(huán)境中的系統(tǒng)測(cè)試移植到目標(biāo)系統(tǒng)上，況且只有少數(shù)開(kāi)發(fā)者會(huì)卷入系統(tǒng)測(cè)試，所以有時(shí)放棄在主機(jī)環(huán)境上執(zhí)行系統(tǒng)測(cè)試可能更方便。

確認(rèn)測(cè)試最終的實(shí)施舞臺(tái)必須在目標(biāo)環(huán)境中，系統(tǒng)的確認(rèn)必須在真實(shí)系統(tǒng)之下測(cè)試，而不能在主機(jī)環(huán)境下模擬。這關(guān)系到嵌入式軟件的最終使用。

使用有效的cross-test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，當(dāng)然正確地使用測(cè)試工具也是必不可少的。

9.6嵌入式軟件測(cè)試實(shí)例

1)軟件指令仿真

軟件指令仿真的主要工作是對(duì)相關(guān)的I/O操作進(jìn)行替換。在80X86系列CPU指令集中，I/O指令有兩個(gè)IN和OUT，對(duì)這兩個(gè)指令，我們都定義相應(yīng)的宏來(lái)代替其操作，同時(shí)在內(nèi)存中組織變量來(lái)代替I/O操作中的寄存器變量。

在軟件中，I/O指令主要有以下幾類(lèi)：

INREGISTER,BYTE

INREGISTER,WORD

OUTBYTE,REGISTER

OUTREGISTER,WORD構(gòu)造如下的宏指令仿真上述指令的功能：outwmacroreg,port

movdi,counto

movwordptroutbuf[di],ax

Incdi

movcounto,di

endm

2)軟件插樁

為了便于測(cè)試完成后分析軟件的執(zhí)行路徑，必須在軟件中加入特定的輸出語(yǔ)句。這樣，我們才能在分析軟件的輸出數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行對(duì)比，得到軟件的實(shí)際運(yùn)行情況?？稍谶b控?cái)z像頭的控制及通信軟件中加入下列語(yǔ)句：

MOVDADIAN,PATH[NO]

將軟件中的上述插入點(diǎn)寫(xiě)入軟件的輸出結(jié)果中，測(cè)試結(jié)束后分析語(yǔ)句時(shí)，就可以根據(jù)路徑編號(hào)來(lái)分析軟件的執(zhí)行路徑。

3)軟件移植

由于遙控?cái)z像頭的控制及通信軟件在實(shí)際環(huán)境中的執(zhí)行方式是直接操作底層硬件，而DOS系統(tǒng)中的軟件是和操作系統(tǒng)交互的，因此，為了完成測(cè)試，必須對(duì)軟件進(jìn)行移植，使軟件能夠在DOS系統(tǒng)中運(yùn)行。

在基于8086組建的嵌入式系統(tǒng)中，一般將軟件安排在特定的存儲(chǔ)地址中，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，CPU指令首先指向FF000H，在FF000H單元中安排特定的跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句，使軟件跳轉(zhuǎn)到存儲(chǔ)器中存放軟件的地址，然后系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行。然而，在