基于DSP的嵌入式軟件測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)

文/趙燕

近年來，基于DSP的嵌入式系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，嵌入式軟件作為系統(tǒng)的核心部分，其質(zhì)量優(yōu)劣直接決定整個(gè)系統(tǒng)的使用情況。為確保嵌入式軟件的整體質(zhì)量，在設(shè)計(jì)開發(fā)的過程中，需要采用有效的方法和技術(shù)，對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試，從而提高軟件的可靠性。鑒于此，下面就基于DSP的嵌入式軟件測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)展開分析探討。

1 嵌入式軟件測(cè)試的特點(diǎn)

嵌入式軟件開發(fā)具備特殊性，使其軟件測(cè)試也帶有一定的特殊性，具體表現(xiàn)為：

1.1 測(cè)試難度大

嵌入式軟件的開發(fā)規(guī)模小，一般在幾MB內(nèi)開發(fā)。但是，嵌入式軟件的開發(fā)難度卻相對(duì)較大，需要開發(fā)板級(jí)初始化程序、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序、測(cè)試程序等多樣化的程序，這些程序涉及到低層軟件開發(fā)，需采用不同的開發(fā)技術(shù)手段，在桌面機(jī)上完成開發(fā)，并在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行程序。在這種情況下，增加了嵌入式軟件測(cè)試的難度，需要對(duì)不同的程序進(jìn)行測(cè)試。

1.2 測(cè)試啟動(dòng)速度快

大部分嵌入式軟件會(huì)固化在主存中，如NorFlash等主存，由于主存具備啟動(dòng)速度快的特點(diǎn)，所以使得嵌入式軟件也會(huì)在上電幾十秒內(nèi)進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)，既可以在內(nèi)存、存儲(chǔ)系統(tǒng)中運(yùn)行，也可以在RAM中運(yùn)行，要求軟件測(cè)試必須同步快速啟動(dòng)，以提高測(cè)試準(zhǔn)確性。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目多

嵌入式軟件測(cè)試要根據(jù)軟件的功能要求確定測(cè)試項(xiàng)目，主要包括：測(cè)試軟件的快速反應(yīng)能力，確保軟件在不受系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)影響的情況下也能夠快速應(yīng)對(duì)事件；測(cè)試軟件異步并發(fā)事件處理能力和容錯(cuò)能力，確保嵌入式軟件在死機(jī)或出錯(cuò)的情況下也可以恢復(fù)到運(yùn)行前的狀態(tài)。

1.4 測(cè)試復(fù)雜性高

嵌入式軟件的開發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)不同，在宿主機(jī)上開發(fā)，但是卻在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行，這就需要軟件測(cè)試既要在宿主機(jī)上進(jìn)行，也要在目標(biāo)機(jī)上測(cè)試，以保證嵌入式軟件達(dá)到應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

2 基于DSP的嵌入式軟件測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)

目前，在對(duì)基于DSP的嵌入式軟件進(jìn)行測(cè)試時(shí)，關(guān)鍵的技術(shù)有兩種，分別是靜態(tài)測(cè)試技術(shù)和動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)。

2.1 基于DSP的嵌入式軟件靜態(tài)測(cè)試

2.1.1 靜態(tài)測(cè)試的基本原理

所謂的靜態(tài)測(cè)試具體是指不對(duì)相關(guān)的程序進(jìn)行執(zhí)行，通過對(duì)代碼中存在的錯(cuò)誤和缺陷進(jìn)行尋找，進(jìn)而判斷軟件的安全性、可靠性、穩(wěn)定性。該測(cè)試技術(shù)的最終目的是以代碼作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)軟件的整體質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。由于靜態(tài)測(cè)試無需運(yùn)行程序，加之測(cè)試中對(duì)各方面條件的要求較低，從而使其成為基于DSP的嵌入式軟件測(cè)試中的關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)于靜態(tài)測(cè)試而言，其中較為重要的一項(xiàng)功能是軟件檢查，通過檢查能夠發(fā)現(xiàn)軟件的表示與描述是否一致，二者之間有無沖突，這是其它測(cè)試的執(zhí)行前提。靜態(tài)測(cè)試以檢測(cè)分析為主，如可分析程序語法的詞匯，檢查獨(dú)立語句的結(jié)構(gòu)，該測(cè)試技術(shù)的主要步驟有對(duì)軟件程序的代碼進(jìn)行檢查、分析軟件中獨(dú)立語句的結(jié)構(gòu)、度量代碼的質(zhì)量等。

2.1.2 靜態(tài)測(cè)試類型

靜態(tài)測(cè)試技術(shù)分為兩種類型，一種是人工手動(dòng)型，另一種是計(jì)算機(jī)自動(dòng)型。前者是以人工的方式進(jìn)行閱讀分析，進(jìn)而完成軟件的測(cè)試。在基于DSP的嵌入式軟件中，部分邏輯性錯(cuò)誤無法在系統(tǒng)中顯現(xiàn)出來，因此，需要通過人工復(fù)查的方式，找到這些錯(cuò)誤，并進(jìn)行優(yōu)化。利用人工測(cè)試，最高能夠檢查出70%左右的邏輯錯(cuò)誤；后者是借助計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試過程進(jìn)行輔助分析，以各種分析工具為依托，對(duì)被測(cè)軟件進(jìn)行靜態(tài)分析，從分析結(jié)果中提取出有價(jià)值的信息，比如變量、參數(shù)的匹配程度、循環(huán)嵌套、無法執(zhí)行的代碼等等。

2.1.3 靜態(tài)測(cè)試的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

靜態(tài)測(cè)試主要包括人工檢測(cè)和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試兩種技術(shù)方法。在人工檢測(cè)中，可充分發(fā)揮人的優(yōu)勢(shì)，利用思維互補(bǔ)的方式通過人在軟件開發(fā)中形成的思維邏輯去識(shí)別邏輯錯(cuò)誤，檢驗(yàn)出常見的邏輯錯(cuò)誤，提高檢驗(yàn)效果。在計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試中，可利用Polyspace軟件進(jìn)行靜態(tài)分析，具體檢查內(nèi)容包括：檢查C和C++語言編碼是否規(guī)范；檢查C和C++語言代碼中的潛在軟件是否存在錯(cuò)誤，包括程序、內(nèi)存、嵌入式軟件信息是否存在安全問題；對(duì)堆棧大小估計(jì)等軟件代碼進(jìn)行質(zhì)量度量和分析；檢查軟件代碼的安全性，及時(shí)排除軟件運(yùn)行中可能存在的錯(cuò)誤。利用計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試，可證明代碼的安全性，達(dá)到窮舉式的測(cè)試效果。如果在適當(dāng)流程中采用計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試及時(shí)進(jìn)行集成測(cè)試，可大幅度提高代碼驗(yàn)證率，減少魯棒性測(cè)試工作量20%以上，縮短人工代碼檢查時(shí)間40%以上。除此之外，還能夠避免軟件錯(cuò)誤發(fā)布，及時(shí)修復(fù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤，節(jié)省錯(cuò)誤修復(fù)時(shí)間。

2.1.4 靜態(tài)測(cè)試技術(shù)的具體應(yīng)用

（1）在靜態(tài)測(cè)試中需要利用測(cè)試工具分析源代碼語法是否存在錯(cuò)誤，由于DSP嵌入式軟件擁有多個(gè)文件，創(chuàng)建了不同屬性集合Group，所以在軟件測(cè)試中，可將多個(gè)文件視為一個(gè)整體，對(duì)整體進(jìn)行測(cè)試，得到系統(tǒng)分析報(bào)告，驗(yàn)證編碼規(guī)則和代碼是否存在錯(cuò)誤，并對(duì)程序質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。

（2）在測(cè)試中，利用指定的編碼規(guī)則集可完成軟件源代碼檢測(cè)，同時(shí)也可以滿足用戶的需求，自行制定編碼規(guī)則集進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證編碼規(guī)則是否存在錯(cuò)誤。在程序質(zhì)量評(píng)估中，利用LDRATestbed等測(cè)試工具收集軟件代碼的相關(guān)信息，檢測(cè)軟件是否滿足質(zhì)量要求，并且檢測(cè)使用數(shù)組訪問越界、空指針等軟件是否存在代碼錯(cuò)誤。

（3）在靜態(tài)測(cè)試中，根據(jù)測(cè)試要求選擇測(cè)試項(xiàng)目，調(diào)用相應(yīng)的靜態(tài)函數(shù)，確保函數(shù)能夠完成軟件的復(fù)雜度分析。在分析用戶編碼規(guī)則中的源代碼時(shí)，要檢測(cè)是否存在違法編碼規(guī)則的情況，分析代碼的清晰性，獲取全面的軟件質(zhì)量測(cè)試報(bào)告。同時(shí)，深入分析測(cè)試報(bào)告，判斷軟件是否仍然存在著錯(cuò)誤程序。

2.2 基于DSP的嵌入式軟件動(dòng)態(tài)測(cè)試

2.2.1 動(dòng)態(tài)測(cè)試

所謂的動(dòng)態(tài)測(cè)試具體是指在真實(shí)或是仿真模擬環(huán)境中，使被測(cè)試的軟件程序代碼正常運(yùn)行，通過觀察的方法，對(duì)程序運(yùn)行過程中表現(xiàn)出來的各種情況進(jìn)行分析，如功能、邏輯、行為等等，從中找出錯(cuò)誤，達(dá)到測(cè)試的目的。

2.2.2 動(dòng)態(tài)測(cè)試方法

目前，動(dòng)態(tài)測(cè)試比較常用的方法有以下兩種，一種是黑盒測(cè)試，另一種是白盒測(cè)試。前者是以軟件的具體用途及其外部特征作為主要依據(jù)，對(duì)其中存在的缺陷進(jìn)行查找，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要對(duì)軟件程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，從軟件使用的角度出發(fā)進(jìn)行測(cè)試，與軟件的應(yīng)用需求密切結(jié)合。采用黑盒測(cè)試對(duì)基于DSP的嵌入式軟件進(jìn)行測(cè)試的過程中，為判斷軟件是否達(dá)到預(yù)期中的應(yīng)用要求，應(yīng)當(dāng)對(duì)如下幾個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試：負(fù)載、性能、定時(shí)等等。后者以軟件程序的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)為依據(jù)進(jìn)行測(cè)試，利用源代碼，對(duì)軟件中存在的缺陷進(jìn)行查找，從而達(dá)到測(cè)試的目的。對(duì)于白盒測(cè)試而言，其效果主要與代碼覆蓋率有關(guān)，是評(píng)價(jià)該方法的重要指標(biāo)。白盒測(cè)試的覆蓋分析工具能夠提供如下信息：語句覆蓋率、分支覆蓋率以及條件覆蓋率等等。

2.2.3 動(dòng)態(tài)測(cè)試的具體應(yīng)用

在運(yùn)用動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)對(duì)基于DSP的嵌入式軟件進(jìn)行測(cè)試的過程中，可使用相關(guān)的測(cè)試工具，對(duì)軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況進(jìn)行記錄，據(jù)此生成覆蓋率報(bào)告，然后按照可度量覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)軟件已執(zhí)行的語句行數(shù)進(jìn)行確定，通過覆蓋率判斷，確定引起變化的條件數(shù)量。具體測(cè)試時(shí)，需要用到編譯器和仿真模擬器，并以聯(lián)協(xié)的方式搭建測(cè)試環(huán)境，選擇開發(fā)板，將下載的測(cè)試程序?qū)肽M器中，從而使測(cè)試環(huán)境無限接近于真實(shí)的目標(biāo)機(jī)，在此基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)試程序進(jìn)行執(zhí)行，進(jìn)而獲得測(cè)試結(jié)果。當(dāng)測(cè)試環(huán)境搭建完畢后，程序設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)按照測(cè)試需求，對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行配置，執(zhí)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，檢測(cè)程序代碼，確定覆蓋率，根據(jù)測(cè)試結(jié)果找出軟件中存在的缺陷，據(jù)此進(jìn)行修補(bǔ)和優(yōu)化。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著基于DSP的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，對(duì)其核心部分的嵌入式軟件進(jìn)行測(cè)試顯得尤為必要。在具體測(cè)試的過程中，既可以采用靜態(tài)測(cè)試技術(shù)，也可以采用動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)，如果系統(tǒng)對(duì)嵌入式軟件的整體質(zhì)量要求較高，可將兩種技術(shù)聯(lián)合使用，由此能夠提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。未來一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)嵌入式軟件測(cè)試技術(shù)的研究力度，除對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行不斷改進(jìn)和完善之外，還應(yīng)開發(fā)一些新的技術(shù)，從而更好地為嵌入式軟件測(cè)試服務(wù)。