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基于模塊化設計的嵌入式軟件測試方法
摘要：分析嵌入式軟件的特點，綜述傳統的軟件測試方法；針對嵌入式軟件的特點，提出嵌入式軟件的四級測試流程和集成測試的測試模型，并結合開發數控系統的實例進行分析。嵌入式設計已經成為工業現代化、智能化的必經之路，嵌入式產品已經深入到各行各業。嵌入式系統的專用程度較高，系統的整體繼承性相對較小，為了保證系統的穩定性，軟件的測試成為嵌入式開發的一個重要環節。由于嵌入式軟件自身的特點，傳統的軟件測試理論不能直接用于嵌入式軟件的測試，因此，研究嵌入式軟件的測試有重要意義。
１ 基本概念簡述
１．１ 模塊化設計
軟件的設計是以一定的方法為基礎的。面對越來越復雜的軟件開發任務，人們提出了各種軟件設計的模型。從用戶需求和系統要實現的任務功能出發，把大型的軟件劃分為相對較小的模塊。為了減少模塊與模塊之間的關聯性，模塊之間的邏輯結構相對獨立，無函數的交叉調用，數據傳遞由全局變量完成，這就是模塊化設計的基本思想。模塊化設計的核心是模塊的獨立性，主要包括功能獨立性和結構獨立性，這使得軟件開發的分工易于實現。軟件測試是軟件開發中的關鍵環節，基于模塊化設計的軟件測試模型簡單，查錯和糾錯都易于實現。下面以單鏈路數據傳遞的軟件模型說明模塊化軟件設計的軟件測試的基本原則。
在圖１中，函數Ｆ（Ｘ－Ｙ）定義為軟件模塊Ｘ到軟件模塊Ｙ的接口函數，用來通過終端顯示由模塊Ｘ進入模塊Ｙ的數據。如果模塊Ｃ執行后發生錯誤，
則由模塊Ｂ和模塊Ｃ的數據接口函數Ｆ（Ｂ－Ｃ）判斷是否是模塊Ｂ出來的數據就是錯誤的。如果Ｆ（Ｂ－Ｃ）不錯，則證明模塊Ｃ存在錯誤；如果Ｆ（Ｂ－Ｃ）傳遞數據錯誤，再察看Ｆ（Ａ－Ｂ）傳出的數據是否錯誤，如果不錯則證明模塊Ｂ存在錯誤。用此依次前推孤立錯誤的方法，即可以很容易地定位錯誤所在的模塊。這就是模塊化設計時軟件測試的基本原則。
１．２ 嵌入式系統
嵌入式系統開發有其自身的特點。一般先進行硬件部分的開發，主要包括形成裸機平臺，根據需要移植實時操作系統，開發底層的硬件驅動程序等。硬件平臺測試通過后，應該軟件的開發調試是基于該硬件平臺進行的，這同時也是對硬件平臺的一個測試。整個嵌入式系統開發流程如圖２所示。因此可以說，嵌入式系統的開發過程是一個軟硬件互相協調，互相反饋和互相測試的過程。一般來說，在嵌入式系統軟件中，底層驅動程序、操作系統和應用程序的界線是不清晰的，根據需要甚至混編在一起。這主要是由于嵌入式系統中軟件對硬件的依賴性造成的。嵌入式軟件對硬件的依賴性要求，軟件測試時必須最大限度地模擬被測軟件的實際運行環境，以保證測試的可靠性。底層程序和應用程序界限的不清晰增加了測試時的難度，測試時只有確認嵌入式系統平臺及底層程序正確的情況下才能進行應用程序的測試，而且在系統測試時，錯誤的定位較為困難。軟件的專用性也是嵌入式軟件的一個重要特點。由于嵌入式軟件設計是以一定的目標硬件平臺為基礎的、面向固定的任務進行的，因此，一旦被加載到目標系統上，功能必須完全確定。這個特點決定了嵌入式應用軟件的繼承性較差，延長的系統的測試時間，增加了測試費用。嵌入式軟件的另外一個重要特點就是實時性。這是從軟件的執行角度出發說明的，也就是說嵌入式軟件的執行要滿足一定的時間約束。嵌入式系統中，應用軟件自身算法的復雜度和操作系統任務調度，決定了系統資源的分配和消耗，因此，對系統實時性進行測試時，要借助一定的測試工具對應用程序算法復雜度和操作系統任務調度進行分析測試。可見嵌入式軟件與傳統的面向對象和面向過程的軟件相比有其自身的特點。針對這些特點對嵌入式軟件的測試進行研究是必要的，有意義的。
１．３ 嵌入式軟件測試
軟件測試是從經濟、效率的角度出發，對軟件代碼進行質量、正確性保證的一個過程。軟件測試是軟件開發中的一個重要環節，也是軟件從開發過程到應用過程的關鍵一環。嵌入式軟件也不例外，圖３給出了嵌入式軟件測試的統一測試模型。軟件測試逐漸成為一門成熟的學科，前人針對面向對象和面向過程的非實時軟件的測試作了大量的研究，其中大部分方法可以用到嵌入式軟件的測試。
根據不同的指標，軟件測試方法有不同的劃分方法。從軟件開發過程中測試所處的不同階段可分為模塊測試、集成測試和系統測試。根據是否需要運行目標代碼分為動態測試和靜態測試；根據目標代碼的可見性可分為白盒測試（結構測試）和黑盒測試（功能測試）。在軟件的測試中，每種測試方法都不是孤立的。為了最經濟最有效地達到測試的目的，各種測試方法往往是互相嵌套的。例如，在軟件的單元測試階段，可以用黑盒測試和白盒測試的方法分別進行動態測試。
值得一提的是，近年來軟件測試中，測試代碼的覆蓋率逐漸成為軟件測試的統一標準，因此不管采用何種測試方法，盡可能地提高軟件測試中的代碼覆蓋率是必需的。軟件測試代碼覆蓋率是基于白盒測試方法的，因此，為了提高軟件測試的代碼覆蓋率，測試人員必須清楚源代碼的結構，擁有程序設計文檔，以便設計測試用例使測試盡可能地覆蓋程序內部結構的每條語句，提高代碼的覆蓋率。
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