基于嵌入式武控軟件的數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證研究

高賽軍　代曉倩

摘要：該文介紹了嵌入式武控軟件數(shù)學(xué)模型的基本特點(diǎn)及基本驗(yàn)證方法。同時(shí)針對如何更加高效的完成數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證工作，提出了使用函數(shù)調(diào)用選擇法來進(jìn)行武控軟件的數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：嵌入式軟件；數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證；函數(shù)調(diào)用選擇法

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）04-0058-03

Abstract： This dissertation introduce the basic features and basic validation of embedded Weapon-Control software. At the same time，aiming at how to make more efficient completion of the verification work of the Mathematical Model，put forward the a method of Function Call to verification Mathematical Model validating of embedded Weapon-Control software.

Key words： embedded software； Mathematical Model validating； Function Call method

嵌入式武控軟件中使用數(shù)學(xué)模型越來越常態(tài)化，為了確保武控軟件在作戰(zhàn)時(shí)能夠得到正確的結(jié)論，進(jìn)行作戰(zhàn)系統(tǒng)分析、預(yù)測和輔助決策時(shí)，必須保證數(shù)學(xué)模型能夠準(zhǔn)確地反映實(shí)際作戰(zhàn)系統(tǒng)并能在計(jì)算機(jī)上正確運(yùn)行。因此，必須對模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)

嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型處理包括：目標(biāo)數(shù)據(jù)濾波、艦搖擺數(shù)據(jù)濾波處理、目標(biāo)威脅判斷和排序、射擊通道組織、發(fā)射區(qū)計(jì)算、射擊諸元計(jì)算、射擊決策和射擊效果評估。這些數(shù)學(xué)處理模塊作為武控軟件的核心處理模塊，單獨(dú)對其進(jìn)行單元測試級別的測試。

測試的特點(diǎn)與難點(diǎn)：

1）嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型涉及大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式與數(shù)值計(jì)算。

2）嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型使用大量的全局變量和局部變量。

3）除了以上2點(diǎn)外，嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型還要求具有高實(shí)時(shí)性及高可靠性等特點(diǎn)。

2 嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證方法

通過以上對嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型測試特點(diǎn)的分析可以得出，傳統(tǒng)的黑盒測試或者白盒測試方法對此類模塊測試時(shí)缺陷發(fā)現(xiàn)率會極低，測試的自動化程序不高，更多的要借助人工來完成測試，而且測試完成后，也沒有一定的標(biāo)準(zhǔn)來度量，完全靠測試人員的能力、經(jīng)驗(yàn)及自覺性，這樣測試的有效性與充分性[1]就得不到很多的保證。針對以上分析的嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型測試的特點(diǎn)，就要求設(shè)計(jì)一種有針對性的、可行的測試方法（函數(shù)調(diào)用選擇法）來保證嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型測試的有效性與充分性。函數(shù)調(diào)用選擇法以函數(shù)或者函數(shù)基本調(diào)用路徑作為基本測試單元，通過分析判斷函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系來確定測試的重點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)，然后對其進(jìn)行插樁，編寫測試驅(qū)動腳本，測試用例則通過函數(shù)參數(shù)的范圍或者人工設(shè)定，再執(zhí)行測試用例，比較預(yù)期運(yùn)算結(jié)果，完成測試。整個過程要結(jié)合自動化的代碼規(guī)則檢查。

2.1 嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型測試方法實(shí)現(xiàn)

6）編寫測試所用的驅(qū)動腳本程序即對程序進(jìn)行插樁（記錄程序語句執(zhí)行情況），執(zhí)行[vi]節(jié)點(diǎn)的函數(shù)直至結(jié)束，要求腳本能顯示函數(shù)執(zhí)行完成后各個全局變量的值，[k=k+1]；

7）取全局變量中與各個數(shù)學(xué)模型相的參數(shù)變量，例如殺傷區(qū)模型的參數(shù)變量包括目標(biāo)數(shù)據(jù)（距離、方位角及高低角等）與系統(tǒng)所處地理位置及氣象條件數(shù)據(jù)（經(jīng)度、緯度、溫度、風(fēng)速等），給出變量的取值范圍；

8）按邊界值法、等價(jià)類法及變量范圍內(nèi)均勻取值的方法，不斷的變換[vi]中的參數(shù)的值，與其他全局變量一起做300組數(shù)據(jù)，作為300個測試用例的數(shù)據(jù)輸入，執(zhí)行步驟6，如果執(zhí)行超時(shí)，則直接報(bào)錯，如果執(zhí)行正常，則記錄下執(zhí)行結(jié)果（包括程序輸出結(jié)果與程序語句執(zhí)行情況）；

9）查詢理論數(shù)據(jù)表，比較第8步驟完成的測試結(jié)果數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)比較，循環(huán)執(zhí)行步驟6～9，如果還存在未打標(biāo)記且出入度不全為零的節(jié)點(diǎn)，如果[Sk]的起始節(jié)點(diǎn)不是[vi]，令[vi=Sk]的起點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，否則循環(huán)執(zhí)行[k=k+1]，直到[Sk]的起始節(jié)點(diǎn)不是[vi]，再使[vi=Sk]的起始節(jié)點(diǎn)，[vj=Sk]的終點(diǎn)，若不存在未執(zhí)行且出入度不全為零的節(jié)點(diǎn)，則轉(zhuǎn)到步驟11；

10）重復(fù)執(zhí)行步驟5～9直到不存在未執(zhí)行的且出入度不全為零的節(jié)點(diǎn)；

11）人工檢查并且分析未執(zhí)行的函數(shù)和語句，如果是可執(zhí)行代碼，繼續(xù)編寫測試用例，完成此代碼的執(zhí)行覆蓋；

12）重復(fù)步驟11直到可執(zhí)行的代碼全部執(zhí)行；

13）測試結(jié)束。

2.2 嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型測試方法的有效性與充分性分析

以上描述的函數(shù)調(diào)用選擇法以黑盒測試方法與白盒測試方法的有機(jī)結(jié)合，很好的解決了此次武控軟件數(shù)學(xué)模型測試的難題。首先，其選一個函數(shù)作為基本節(jié)點(diǎn)來分析程序調(diào)用關(guān)系，形成函數(shù)調(diào)用有向圖，極大地的降低了白盒測試方法中對程序結(jié)構(gòu)分析的難度，同時(shí)提高了效率。如圖1中，很顯然7個節(jié)點(diǎn)函數(shù)的調(diào)用路徑共4條：[v7，v2-v1-v3，v2-v1-v4-v6，v5-v4-v6]，但是如使用控制流圖，假如7個函數(shù)平均存在3條基本路徑，則其路徑總數(shù)達(dá)到：[Rtotal=3+33+34+33=138]條，相差2個數(shù)量級。此外，數(shù)學(xué)計(jì)算中使用公式比較多，所以程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)一個函數(shù)實(shí)現(xiàn)一個基本公式，對于這些基本公式函數(shù)使用黑盒測試比較容易，而且充分。

3 嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型測試試驗(yàn)

為了測試數(shù)據(jù)有可比較性，把測試人員分成能力相當(dāng)A、B 2個小組，每個組2個人。A組與B組同時(shí)對兩個測試項(xiàng)目進(jìn)行測試：某型武控系統(tǒng)目標(biāo)數(shù)據(jù)濾波軟件與某型武控系統(tǒng)殺傷區(qū)解算軟件（兩個軟件都使用標(biāo)準(zhǔn)C編程實(shí)現(xiàn)，使用Tonado開發(fā)環(huán)境軟件實(shí)現(xiàn)編譯，運(yùn)行在Vxworks操作系統(tǒng)下；第一個軟件共3567行代碼，32個函數(shù)，86個變量；第二軟件共5726行代碼，46個函數(shù)，152個變量）。

A組使用傳統(tǒng)人工測試方法與自動測試工具軟件（Logiscope、TestBed和PolySpace）完成以上兩項(xiàng)測試工作，B小組使用以上描述的函數(shù)調(diào)用選擇法配合自動化測試工具軟件（Logiscope與McCabe）及人工測試完成以上兩項(xiàng)測試工作。測試結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1。

從表1中可分析出，B組測試使用的時(shí)間更少，但發(fā)現(xiàn)的缺陷數(shù)卻更多，在軟件規(guī)模上增加后，A小組甚至于在語句上不能達(dá)100%的覆蓋。所以，由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明此針對數(shù)學(xué)模型的測試相對于傳統(tǒng)的測試方法更加有效與充分。

4 結(jié)束語

本文簡要介紹了嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型測試的難點(diǎn)與重點(diǎn)，針對數(shù)學(xué)模型的自身相關(guān)特點(diǎn)，提出了適合于嵌入武控軟件數(shù)學(xué)模型測試的方法，詳細(xì)分析此方法的實(shí)現(xiàn)過程，并且通過試驗(yàn)分析比較傳統(tǒng)測試方法與函數(shù)調(diào)用選擇法。

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