嵌入式系統(tǒng)的測(cè)試和可靠性評(píng)估

于詩華

摘要:引入多種嵌入式系統(tǒng)測(cè)試方法;根據(jù)ISO 9000國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),提出一種切實(shí)可行的可靠性評(píng)估方案,并使它們應(yīng)用于嵌入式產(chǎn)品測(cè)試中,測(cè)試效果良好。最后,通過測(cè)試實(shí)例說明嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)測(cè)試過程和分析。

關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng);系統(tǒng)測(cè)試;測(cè)試方法;可靠性評(píng)估

隨著嵌入式系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)的變化,嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)向嵌入式系統(tǒng)高端,即嵌入式軟件系統(tǒng)轉(zhuǎn)移,具體體現(xiàn)在嵌入式操作系統(tǒng)趨于多樣和應(yīng)用軟件日漸復(fù)雜。由于嵌入式系統(tǒng)軟硬件功能界限模糊,研究如何進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試和進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估來保證嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

首先,這里明確嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)測(cè)試定義,是將開發(fā)的軟件系統(tǒng)(包括嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件)、硬件系統(tǒng)和其它相關(guān)因素(如人員的操作、數(shù)據(jù)的獲取等)綜合起來,對(duì)整個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行的全面測(cè)試。嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)測(cè)試比PC系統(tǒng)軟件測(cè)試要困難得多,主要體現(xiàn)如下:①測(cè)試軟件功能依賴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。

1測(cè)試方法

根據(jù)Goodenough和Gerhart提出的軟件測(cè)試充分性準(zhǔn)則可知,軟件測(cè)試具有非復(fù)合性的特點(diǎn),也就是說,即使以軟件所有成分都進(jìn)行了充分的測(cè)試,也并不意味著整個(gè)軟件的測(cè)試已經(jīng)充分。所以,即使通過了需求測(cè)試、設(shè)計(jì)測(cè)試、編碼測(cè)試,并不意味著已經(jīng)完全了充分的測(cè)試,還要進(jìn)行軟硬件全面測(cè)試,即系統(tǒng)測(cè)試。正確的系統(tǒng)測(cè)試方法能設(shè)計(jì)出良好的測(cè)試用例,而良好的測(cè)試用例是測(cè)試成功的關(guān)鍵。測(cè)試用例質(zhì)量特性主要有以下幾點(diǎn)。

①檢驗(yàn)性:檢測(cè)軟件缺陷的有效性,是否能發(fā)現(xiàn)缺陷或至少可能發(fā)現(xiàn)缺陷。②可仿效性:可以支持測(cè)試多項(xiàng)內(nèi)容,減少測(cè)試用例的數(shù)量。③開銷:測(cè)試用例的執(zhí)行、分析和調(diào)試是否經(jīng)濟(jì)。④修改性:每次軟件修改后對(duì)測(cè)試用例的維護(hù)成本。測(cè)試方法不僅要保證測(cè)試用例具有發(fā)現(xiàn)缺陷的高可移植性,而且還要保證測(cè)試用例設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)有效。因此,在實(shí)際測(cè)試工作中,將嵌入式系統(tǒng)的測(cè)試方法分類如下:根據(jù)測(cè)試是否動(dòng)態(tài)運(yùn)行被測(cè)程序分為靜態(tài)測(cè)試方法和動(dòng)態(tài)測(cè)試方法;根據(jù)測(cè)試階段分為需求測(cè)試方法、設(shè)計(jì)測(cè)試方法、編碼測(cè)試(單元測(cè)試、集成測(cè)試)方法及系統(tǒng)測(cè)試方法;根據(jù)測(cè)試目的分為功能測(cè)試、性能測(cè)試、可靠性測(cè)試(容錯(cuò)性、可恢復(fù)性、成熟度測(cè)試)及信息安全保護(hù)等測(cè)試。所有這些方法的具體定義這里不一一介紹。由于不同的嵌入式系統(tǒng)面向的應(yīng)用不同,測(cè)試方法的側(cè)重也很不相同。

2可靠性評(píng)估

可靠性是嵌入式系統(tǒng)最重要的質(zhì)量指標(biāo)。ISO 9000國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC 9126-1991)規(guī)定,軟件產(chǎn)品的可靠性含義是:在規(guī)定的一段時(shí)間和條件下,軟件能維持其性能水平的能力有關(guān)的一組屬性,可用成熟性、容錯(cuò)性、易恢復(fù)性三個(gè)基本子特性來度量。根據(jù)我們?cè)谠u(píng)估嵌入式系統(tǒng)中的成功經(jīng)驗(yàn),一般采取以下簡(jiǎn)單有效的評(píng)估方法(可以采用百分制或十分制)。

2.1成熟性度量

2.1.1錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率DDP(Defect Detection Percentage)。在測(cè)試中查找出來的錯(cuò)誤越多,實(shí)際應(yīng)用中出錯(cuò)的機(jī)會(huì)就越小,軟件也就越成熟。

DDP=測(cè)試發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤數(shù)量/已知的全部錯(cuò)誤數(shù)量

已知的全部錯(cuò)誤數(shù)量是測(cè)試已發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤數(shù)量加上可能會(huì)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤數(shù)量之和。

2.1.2測(cè)試覆蓋率度量。測(cè)試的覆蓋率,可以用測(cè)試項(xiàng)目的數(shù)量和內(nèi)容進(jìn)行度量。除此之外,如果測(cè)試軟件的數(shù)量較大,還要考慮數(shù)據(jù)量。測(cè)試的覆蓋率,可以根據(jù)測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過檢查這些指標(biāo)達(dá)到的程度,就可以度量出測(cè)試內(nèi)容的覆蓋程度。注意,對(duì)于最大值與最小值的差值超過5的情況,應(yīng)該重新測(cè)試響應(yīng)功能。

2.2容錯(cuò)性評(píng)估容錯(cuò)性評(píng)估分為控制容錯(cuò)性評(píng)估、數(shù)據(jù)容錯(cuò)性評(píng)估、硬件故障恢復(fù)容錯(cuò)性評(píng)估:

容錯(cuò)性=以下各條款評(píng)分之和/條款數(shù)

控制容錯(cuò)性度量:①對(duì)并發(fā)處理的控制能力;②錯(cuò)誤的可修正性和處理可繼續(xù)進(jìn)行能力。

數(shù)據(jù)容錯(cuò)性度量:①非法輸入數(shù)據(jù)的容錯(cuò);②對(duì)相互沖突的要求和非法組合容錯(cuò);③輸出數(shù)據(jù)是否合理容錯(cuò)。

硬件故障中恢復(fù)容錯(cuò)性度量

故障后恢復(fù)能力容錯(cuò)。

2.3易恢復(fù)性度量與易恢復(fù)性緊密相關(guān)的測(cè)試是強(qiáng)度測(cè)試和健壯測(cè)試。強(qiáng)度測(cè)試又稱為力度測(cè)試或極限測(cè)試,主要測(cè)試系統(tǒng)對(duì)空間強(qiáng)度和時(shí)間強(qiáng)度的容忍極限;健壯測(cè)試又稱異常測(cè)試,是很重要的可靠性測(cè)試項(xiàng)目。通過易恢復(fù)性測(cè)試,一方面使系統(tǒng)具有異常情況的抵抗能力,另一方面使系統(tǒng)測(cè)試質(zhì)量可控制。

易恢復(fù)性=以下各條款評(píng)分之和/條款數(shù)

①空間強(qiáng)度可恢復(fù);②時(shí)間強(qiáng)度可恢復(fù);③數(shù)據(jù)強(qiáng)度可恢復(fù);④異常通信可恢復(fù); ⑤數(shù)據(jù)破壞可恢復(fù);⑥電池極限可恢復(fù)。

2.4測(cè)試可信度評(píng)估測(cè)試可信度是對(duì)測(cè)試質(zhì)量的有效評(píng)估,是保證質(zhì)量的必要步驟。目前雖然很難有量化的指標(biāo),但我們采取積分的方式顯示可信度。例如,請(qǐng)4個(gè)人員(甲、乙、丙、丁)對(duì)系統(tǒng)5個(gè)功能打一個(gè)從0(不信任)到10(完全信任)之間的分?jǐn)?shù)。

3測(cè)試實(shí)例

3.1電流測(cè)試電流測(cè)試是嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)測(cè)試中首先要進(jìn)行的重要測(cè)試,也是最容易被忽視的測(cè)試。主要是測(cè)試系統(tǒng)的工作電流、待機(jī)電流。人們一般把它當(dāng)成與系統(tǒng)測(cè)試無關(guān)的硬件測(cè)試。但是對(duì)于嵌入式系統(tǒng),軟件與硬件不可能清晰地劃分,硬件的性能直接影響軟件的運(yùn)行。實(shí)例說明了電流測(cè)試對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響及不可替代的作用。

3.2測(cè)試現(xiàn)象描述進(jìn)行同一廠商PDA系統(tǒng)測(cè)試,有幾臺(tái)PDA在名片子系統(tǒng)、行程子程序的操作過程中隨機(jī)死機(jī)。我們當(dāng)時(shí)的錯(cuò)誤分析定位是:①懷疑操作系統(tǒng)中斷處理錯(cuò)誤;②懷疑內(nèi)存泄漏,堆棧溢出;③懷疑應(yīng)用程序錯(cuò)誤。在軟件開發(fā)人員為解決這個(gè)問題檢查軟件時(shí),硬件開發(fā)人員提出應(yīng)首先測(cè)試一下這幾臺(tái)機(jī)器的工作電流。結(jié)果發(fā)現(xiàn),PDA的工作電流低于正常工作電流。加電容調(diào)整后隨機(jī)死機(jī)問題消失。由此例還可以看出,嵌入式系統(tǒng)測(cè)試的軟硬件測(cè)試不可分性。絕對(duì)的將硬件測(cè)試和軟件測(cè)試區(qū)分開來的測(cè)試思想是不正確的。

4結(jié)語

本文的測(cè)試方法和評(píng)估方法在具體的嵌入式系統(tǒng)測(cè)試中,獲得很好的效果。這是一項(xiàng)很有意義的工作,不僅要求嵌入式系統(tǒng)的測(cè)試人員具有很全面的軟硬件知識(shí),還需結(jié)合測(cè)試?yán)碚?、統(tǒng)計(jì)方法,面對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試方法、工具、過程評(píng)價(jià)及質(zhì)量評(píng)估。隨著嵌入式系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)的測(cè)試研究將繼續(xù)深入。

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