電子計(jì)量器具嵌入式軟件的可靠性測(cè)試

陳蘇

摘要

本文闡述了嵌入式軟件可靠性測(cè)試的目的與影響軟件可靠性的因素，并針對(duì)電子計(jì)量器具嵌入式軟件的特點(diǎn)，提出對(duì)其進(jìn)行可靠性測(cè)試應(yīng)考慮的問(wèn)題與測(cè)試用例分析設(shè)計(jì)，旨在提高電子計(jì)量器具嵌入式軟件可靠性，為保證軟件的質(zhì)量與計(jì)量工作的順利開(kāi)展提供參考。

【關(guān)鍵詞】計(jì)量 嵌入式軟件 可靠性測(cè)試

1 引言

隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的電子計(jì)量器具也通過(guò)搭載嵌入式系統(tǒng)，把用于檢定或校準(zhǔn)的軟件程序直接嵌入到計(jì)量器具中，使得電子計(jì)量器具更加地智能化，也大大提高了檢定校準(zhǔn)工作的效率。在極大的方便了檢定人員的同時(shí)，電子計(jì)量器具的嵌入式軟件可靠性則關(guān)系到其檢定校準(zhǔn)工作的質(zhì)量。因此對(duì)電子計(jì)量器具嵌入式軟件可靠性測(cè)試，是保證其軟件與計(jì)量工作質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

2 嵌入式軟件可靠性測(cè)試概述

軟件可靠性是度量被測(cè)軟件安裝用戶的要求和設(shè)計(jì)的目標(biāo)，執(zhí)行其功能的正確程度。嵌入式系統(tǒng)是由硬件與軟件組合而成，其軟件可靠性問(wèn)題近年越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)關(guān)注。嵌入式軟件測(cè)試的目的是為了保證高質(zhì)量、高可靠性的軟件。電子計(jì)量器具嵌入式軟件由于其應(yīng)用在計(jì)量基礎(chǔ)領(lǐng)域，還關(guān)系到民生問(wèn)題，對(duì)軟件運(yùn)行的可靠性和正確性就有著較高的要求。如果軟件出現(xiàn)失效或者精度降低等問(wèn)題，那么將影響所出具報(bào)告數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，嚴(yán)重的還會(huì)影響到檢定人員的人身安全。因此形成一套規(guī)范有效，以發(fā)現(xiàn)軟件可靠性缺陷的測(cè)試方法的重要性不言而喻。

與硬件可靠性技術(shù)相比，有關(guān)軟件的可靠性測(cè)試還并不成熟且應(yīng)用范圍也較為有限。嵌入式軟件可靠性受多種因素的影響，從技術(shù)的角度來(lái)看主要包括：

2.1 運(yùn)行剖面，即運(yùn)行環(huán)境

相同的軟件在不同的運(yùn)行剖面下，其可靠性表現(xiàn)可能是不一樣的。如電子計(jì)量器具的使用環(huán)境可能存在復(fù)雜多變的情況，如檢定校準(zhǔn)工作可能安排在室內(nèi)，也可能是在室外;相同的一項(xiàng)檢定校準(zhǔn)工作可能需要在-10℃至40℃的溫度條件下進(jìn)行;軟件可能需要在沖擊、振動(dòng)、電磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境下運(yùn)行。

2.2 軟件規(guī)模，也就是軟件的大小

數(shù)千萬(wàn)行代碼的軟件和數(shù)萬(wàn)行代碼的軟件相比，編碼錯(cuò)誤，如語(yǔ)法錯(cuò)誤、變量初始化錯(cuò)誤、邊界值錯(cuò)誤等發(fā)生的概率顯然要大得多。

2.3 軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)先進(jìn)而優(yōu)良的軟件，即使較為復(fù)雜，所包含的缺陷也可能比內(nèi)部結(jié)構(gòu)混亂的軟件要少得多。

3 可靠性測(cè)試目標(biāo)確定與測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)

我們要對(duì)一款軟件做可靠性測(cè)試，首先要做的就是確定可靠性目標(biāo)。在軟件運(yùn)行過(guò)程中，由于不同的軟件缺陷而引發(fā)的軟件失效，其所帶來(lái)影響的嚴(yán)重程度也是不同的。一般按照對(duì)系統(tǒng)能力的影響和對(duì)成本的影響來(lái)劃分軟件失效嚴(yán)重程度類，相比一般嵌入式軟件，根據(jù)電子計(jì)量器具嵌入式軟件的特點(diǎn)，我們主要按對(duì)系統(tǒng)能力的影響來(lái)設(shè)計(jì)失效嚴(yán)重程度類。劃分好失效嚴(yán)重程度后，結(jié)合可靠度要求等指標(biāo)，設(shè)計(jì)可靠性目標(biāo)，舉例參考如表1所示。

可靠性目標(biāo)確定后，可以進(jìn)行測(cè)試場(chǎng)景的設(shè)計(jì)工作。首先要為軟件的使用行為建模，可以根據(jù)所測(cè)試計(jì)量器具的使用特點(diǎn)與軟件實(shí)際運(yùn)行情況，確定能覆蓋該器具的使用情況的操作模式，可能需要同時(shí)包含多種操作模式。接著確定操作的發(fā)起者，包括用戶、外部條件、嵌入式系統(tǒng)自身等。軟件的行為可能是由用戶的操作引發(fā)的，也可能來(lái)自外部條件如接收到消息而引起的數(shù)據(jù)處理行為;最后還有可能來(lái)自嵌入式系統(tǒng)自身，如中斷信號(hào)、內(nèi)存溢出引發(fā)的異常等。

4 可靠性測(cè)試用例設(shè)計(jì)分析

在測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)完成并做好其他準(zhǔn)備之后，可以設(shè)計(jì)測(cè)試用例，來(lái)對(duì)軟件可靠性進(jìn)行測(cè)試。設(shè)計(jì)測(cè)試用例就是針對(duì)特定功能或組合功能制定測(cè)試方案，在設(shè)計(jì)用例是應(yīng)考慮哪些是易于發(fā)現(xiàn)缺陷的用例和數(shù)據(jù)。以下簡(jiǎn)單介紹幾種較為常用的測(cè)試用例設(shè)計(jì)實(shí)例。

4.1 內(nèi)存過(guò)載測(cè)試

當(dāng)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存占用率達(dá)到80%以上時(shí)，則可以認(rèn)為內(nèi)存過(guò)載。內(nèi)存過(guò)載有可能是由于軟件運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)大量的讀寫(xiě)操作及對(duì)存儲(chǔ)資源的申請(qǐng)與釋放不及時(shí)造成內(nèi)存泄露而引發(fā)。一般來(lái)說(shuō)代碼編寫(xiě)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)能浖陂L(zhǎng)時(shí)間、大數(shù)據(jù)量情況下運(yùn)行，內(nèi)存占用不應(yīng)有太大的變化。內(nèi)存過(guò)載可能會(huì)引起系統(tǒng)崩潰、芯片復(fù)位等問(wèn)題，我們進(jìn)行內(nèi)存過(guò)載測(cè)試的目的就是為了觀察系統(tǒng)能否在內(nèi)存過(guò)載的情況下繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)該測(cè)試也能發(fā)現(xiàn)軟件是否存在內(nèi)存泄露問(wèn)題。我們可以采用內(nèi)存丟失的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試，可以編寫(xiě)一個(gè)申請(qǐng)內(nèi)存且一直占用的程序使得系統(tǒng)內(nèi)存占用達(dá)到80%，運(yùn)行一段時(shí)間觀察被測(cè)軟件運(yùn)行狀態(tài)。如果軟件運(yùn)行正常，可以在此基礎(chǔ)上再占用掉10%的內(nèi)存，繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間觀察被測(cè)軟件運(yùn)行狀態(tài)。為了達(dá)到極端測(cè)試的效果，我們還可以把內(nèi)存全部申請(qǐng)出來(lái)，觀察被測(cè)軟件是否還能正常運(yùn)作。

4.2 CPU過(guò)載測(cè)試

當(dāng)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的CPU占用率達(dá)到80%以上時(shí)，則可以認(rèn)為CPU過(guò)載。CPU過(guò)載可能造成系統(tǒng)響應(yīng)變慢，無(wú)法實(shí)時(shí)處理事務(wù)。我們可以編寫(xiě)一個(gè)程序采用無(wú)限循環(huán)的方式強(qiáng)制消耗掉一定的CPU.通過(guò)調(diào)整消耗CPU資源程序與被測(cè)軟件在系統(tǒng)中的優(yōu)先級(jí)，觀察被測(cè)軟件運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)論與建議

本文主要是針對(duì)電子計(jì)量器具嵌入式軟件可靠性測(cè)試提出的一些思路和方法。從可靠性測(cè)試目標(biāo)的確定、測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)、測(cè)試用例設(shè)計(jì)等方面做了分析并給出了實(shí)例作為參考。電子計(jì)量器具嵌入式軟件可靠性作為保證軟件質(zhì)量與計(jì)量服務(wù)的一項(xiàng)關(guān)鍵工作，要把可靠性測(cè)試過(guò)程進(jìn)行規(guī)范化，在測(cè)試過(guò)程文檔的編寫(xiě)與管理、測(cè)試場(chǎng)景及測(cè)試用例設(shè)計(jì)方面，還需在今后的工作中不斷的改進(jìn)和完善。使得測(cè)試能更好的發(fā)現(xiàn)軟件缺陷、所獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)更加真實(shí)有效，才能更好的為保障計(jì)量事業(yè)的蓬勃發(fā)展盡一份力。

參考文獻(xiàn)

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