嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試方法研究

楊 星

(淮南師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院,安徽 淮南 232038)

0 引言

采用嵌入式應(yīng)用軟件進(jìn)行信息處理和信息加工,提高信息處理的效率。在嵌入式應(yīng)用軟件的使用過(guò)程中,需要結(jié)合應(yīng)用軟件的應(yīng)用方向進(jìn)行可靠性測(cè)試和分析,建立嵌入式應(yīng)用軟件的可靠性測(cè)試模型,提高軟件的信息化服務(wù)水平,從而提升和改進(jìn)軟件的質(zhì)量。研究嵌入式應(yīng)用軟件的可靠性測(cè)試分析方法,在軟件的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)中具有重要意義,相關(guān)的應(yīng)用軟件可靠性測(cè)試方法研究受到人們的極大關(guān)注[1]。對(duì)嵌入式應(yīng)用軟件的可靠性測(cè)試是建立在對(duì)軟件的可靠性約束參量指標(biāo)分析基礎(chǔ)上,建立軟件的可靠性參數(shù)分析模型,采用智能分析方法,進(jìn)行軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試。

基于此,提出基于模糊度檢測(cè)的嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試方法,首先分析軟件可靠性測(cè)試的相關(guān)約束參量,然后采用多層指標(biāo)參量約束控制的方法進(jìn)行軟件的完備性及可操作性度量,結(jié)合軟件可靠性約束指標(biāo),實(shí)現(xiàn)軟件的可靠性自動(dòng)測(cè)試,最后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析,展示了本文方法在提高嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試能力方面的優(yōu)越性能。

圖1 嵌入式應(yīng)用軟件的產(chǎn)品適應(yīng)性指標(biāo)Fig.1 Product adaptability index of embedded application software

1 軟件可靠性約束指標(biāo)及特征分析

1.1 軟件可靠性約束指標(biāo)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試,需要結(jié)合應(yīng)用軟件可靠性約束指標(biāo)分析的方法進(jìn)行可靠性自動(dòng)測(cè)試過(guò)程中的來(lái)年規(guī)劃特征分析,根據(jù)嵌入式應(yīng)用軟件產(chǎn)品的屬性,分析軟件的可移植性和可復(fù)用性等指標(biāo),結(jié)合產(chǎn)品的通用性特征分析進(jìn)行軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試過(guò)程中的模塊性特征量化分析[2],得到嵌入式應(yīng)用軟件的產(chǎn)品適應(yīng)性指標(biāo)分布如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的嵌入式應(yīng)用軟件的產(chǎn)品適應(yīng)性指標(biāo)分布,結(jié)合軟件質(zhì)量和軟件產(chǎn)品的可操作性,進(jìn)行嵌入式應(yīng)用軟件可靠性測(cè)試,建立軟件可靠性自適應(yīng)特征檢測(cè)模型。結(jié)合產(chǎn)品適應(yīng)性指標(biāo)分布特征量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),建立軟件可靠性測(cè)試模型,提高嵌入式應(yīng)用軟件的通用性。采用軟件可靠性的量化分析方法進(jìn)行軟件質(zhì)量度量,對(duì)軟件的可靠性測(cè)試主要分為結(jié)構(gòu)性測(cè)試和對(duì)象性測(cè)試,結(jié)合軟件的復(fù)雜度和可靠性分布,進(jìn)行軟件可靠性測(cè)試[3],根據(jù)上述分析,建立軟件可靠性二級(jí)約束指標(biāo)參數(shù)體系如圖2所示。

圖2 軟件可靠性二級(jí)約束指標(biāo)參數(shù)體系Fig.2 The parameter system of the two-level constraint index of software reliability

根據(jù)圖2所示的嵌入式應(yīng)用軟件可靠性約束指標(biāo)參數(shù)體系,采用面向結(jié)構(gòu)和面向?qū)ο蟮目煽啃詼y(cè)試方法,進(jìn)行軟件可靠性度量[4],軟件的封裝性的量度約束指標(biāo)的計(jì)算公式為:

(1)

(2)

(3)

式中,TC為嵌入式應(yīng)用軟件的屬性分布總數(shù)目,Md(Ci)表示可靠性屬性種類Ci中的類別數(shù)。

采用多因素度量的方法,進(jìn)行嵌入式應(yīng)用軟件可靠性度量的回歸分析,結(jié)合底層設(shè)計(jì)和頂層封裝的方法,進(jìn)行嵌入式應(yīng)用軟件產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估[5],得到軟件可靠性測(cè)試的模糊度約束參數(shù)為:

(4)

(5)

(6)

式中,Ad(Ci)為Ci的屬性數(shù)目,根據(jù)上述分析,構(gòu)建了軟件可靠性測(cè)試的約束指標(biāo)參數(shù)模型,根據(jù)軟件的正確性、可靠性、運(yùn)行效率、完整性和可用性等指標(biāo),構(gòu)建軟件可靠性測(cè)試的約束參量指標(biāo)分布模型[6]。

1.2 軟件可靠性特征分析

設(shè)嵌入式應(yīng)用軟件可靠性的度量論域?yàn)閁,且U可用精確數(shù)值表示,采用線性規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行嵌入式應(yīng)用軟件可靠性特征分析,結(jié)合軟件可靠度的繼承性進(jìn)行來(lái)年規(guī)劃分析[7],建立嵌入式軟件的可靠度特征分析模型,得到嵌入式應(yīng)用軟件可靠性動(dòng)態(tài)衡量的輸出:SCi(Exi,Eni,Hei),i=1,2,3,…,n。嵌入式應(yīng)用軟件可靠性特征分布計(jì)算公式為:

(7)

Ma(Ci)=Md(Ci)+Mi(Ci)

(8)

式中,Mi(Ci)為類Ci(i=1,2,…,n)的可靠性測(cè)試因子,結(jié)合模糊聚類分析的方法進(jìn)行嵌入式應(yīng)用軟件可靠性設(shè)計(jì),嵌入式應(yīng)用軟件可靠性度量的刻度模型特性表示為:U→[0,1],?x∈U,x→SC(x)。采用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合特征分析的方法,進(jìn)行嵌入式軟件的可靠性特征分析,得到軟件綜合度量模型描述如下:

(9)

Aa(Ci)=Ad(Ci)+Ai(Ci)

(10)

式中,Ai(Ci)為軟件可靠性屬性類函數(shù),對(duì)屬性類為Ci(i=1,2,…,n)的可靠性測(cè)試的量化特征式為Eni=(Exi-Exi-1)/3Ad(Ci)為Ci(i=1,2,…,n)的屬性數(shù)。綜上分析,構(gòu)建軟件可靠性測(cè)試的約束參量指標(biāo)分布模型,建立軟件的可跟蹤性測(cè)試的模糊度因子,結(jié)合模糊動(dòng)態(tài)測(cè)試的方法,進(jìn)行嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試[8]。

2 軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 軟件的可跟蹤性測(cè)試及模糊度分析

在上述構(gòu)建了軟件可靠性測(cè)試的約束參量指標(biāo)分布模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)行軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試優(yōu)化設(shè)計(jì),本文提出基于模糊度檢測(cè)的嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試方法。建立軟件的可跟蹤性測(cè)試的模糊度因子,采用多層指標(biāo)參量約束控制的方法進(jìn)行軟件的完備性及可操作性度量,軟件可靠性測(cè)試的耦合因子計(jì)算公式為:

(11)

(12)

式中,TC2-TC為嵌入式應(yīng)用軟件的可靠性分布最大耦合度。

建立軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試的多層次模糊度量結(jié)構(gòu)模型,采用多態(tài)因子(POF)組合分析的方法[9],得到軟件的多因態(tài)組合測(cè)試指標(biāo)分布集為:

(13)

Md(Ci)=Mn(Ci)+Mo(Ci)

(14)

式中,Mo(Ci)為Ci(i=1,2,…,n)中的嵌入式應(yīng)用軟件可靠性分布的模糊度函數(shù),DC(Ci)為Ci(i=1,2,…,n)的可靠度空間格點(diǎn),Mn(Ci)為Ci(i=1,2,…,n)的軟件的安全屬性特征量。嵌入式應(yīng)用軟件可靠性衡量模型由5個(gè)狀態(tài)組成,即λ=(X,O,A,B,π),其中X為嵌入式應(yīng)用軟件可靠性衡量模型中的模糊耦合狀態(tài)因子,X={xi,i=1,2,3,…,N}。O為嵌入式應(yīng)用軟件安全評(píng)價(jià)模型觀測(cè)狀態(tài),O={oj,j=1,2,3,…,M}表示嵌入式應(yīng)用軟件的可靠性測(cè)試集,定義式如下:

maxF(X)=(F1(X),F2(X),…,Fn(X))

s.t.gj(X)≤0 (j=1,2,…,p)

hk(X)=0 (k=1,2,…,p)

(15)

根據(jù)上述分析,建立軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試的多層次模糊度量結(jié)構(gòu)模型,結(jié)合可靠性合并和綜合度量方法,進(jìn)行嵌入式軟件的可使用性、兼容性以及可移植性等參數(shù)指標(biāo)分析,提高軟件的可跟蹤性測(cè)試能力和可靠性度量能力,根據(jù)上述分析,構(gòu)建了軟件質(zhì)量的量化評(píng)價(jià)和測(cè)試模型如圖3所示。

圖3 軟件質(zhì)量的量化評(píng)價(jià)和測(cè)試模型Fig.3 Quantitative evaluation and test model of software quality

2.2 軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試及優(yōu)化度量

采用多層指標(biāo)參量約束控制的方法進(jìn)行軟件的完備性及可操作性度量,建立軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試的多層次模糊度量結(jié)構(gòu)模型,設(shè)置嵌入式應(yīng)用軟件的數(shù)目是L個(gè),上述嵌入式應(yīng)用軟件之間并沒(méi)有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,采用關(guān)聯(lián)組合檢測(cè)的方法,進(jìn)行嵌入式應(yīng)用軟件的資源優(yōu)化分配,構(gòu)建嵌入式應(yīng)用軟件的優(yōu)化調(diào)度和自適應(yīng)控制模型,得到嵌入式應(yīng)用軟件的模糊隸屬度函數(shù)描述為:

(16)

Vk表示軟件可靠性非線性動(dòng)態(tài)測(cè)量函數(shù),對(duì)于第k個(gè)軟件可靠性屬性特征集,設(shè)置嵌入式應(yīng)用軟件的安全可靠度衡量特征分布集,將嵌入式應(yīng)用軟件的可靠性線性規(guī)劃特征集Lk通過(guò)空間規(guī)劃的方法映射到目標(biāo)測(cè)試集Rl上,計(jì)算軟件的可靠性度量的非線性特征量,描述如下:

(17)

基于綜合度量模型得到軟件可靠性測(cè)試的量化特征分布集,用SC(Ex,En,He)表示軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試的主成分特征量,根據(jù)上述分析,構(gòu)建了軟件可靠性測(cè)試的統(tǒng)計(jì)分析模型,得到統(tǒng)計(jì)特征分布矩陣為:

(18)

采用量化回歸分析的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試,得到優(yōu)化的測(cè)試集函數(shù)表示為:

(19)

綜上分析,實(shí)現(xiàn)了嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文方法在實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試中的應(yīng)用性能,進(jìn)行仿真測(cè)試,結(jié)合Matlab和C++進(jìn)行嵌入式應(yīng)用軟件可靠性測(cè)試分析,對(duì)嵌入式應(yīng)用軟件可靠性約束指標(biāo)參數(shù)采樣的分布區(qū)間設(shè)定為[0,0.6][0.6,0.8][0.8,1],各級(jí)測(cè)試指標(biāo)分布見(jiàn)表1。

表1 嵌入式軟件的各級(jí)測(cè)試指標(biāo)分布Table 1 All levels of embedded software test index distribution.

根據(jù)上述指標(biāo)參數(shù)測(cè)試結(jié)果,進(jìn)行嵌入式應(yīng)用軟件可靠性測(cè)試,得到各個(gè)軟件系統(tǒng)的可靠性測(cè)試輸出如圖4所示。

圖4 軟件系統(tǒng)的可靠性測(cè)試輸出Fig.4 The reliability test output of the software system

分析圖4得知,采用本文方法能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試,對(duì)比軟件的可靠性,得到對(duì)比結(jié)果如圖5所示。

圖5 軟件的可靠性對(duì)比結(jié)果Fig.5 Reliability comparison results for software

分析圖5得知,通過(guò)對(duì)嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試,提高了軟件的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

嵌入式應(yīng)用軟件打破了學(xué)科之間的界限,受到相關(guān)學(xué)者的關(guān)注,提出基于模糊度檢測(cè)的嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試方法。建立嵌入式應(yīng)用軟件的可靠性參數(shù)分析模型,運(yùn)用智能分析方法進(jìn)行軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試,并根據(jù)軟件的正確性、可靠性和運(yùn)行效率分析得知,采用本文方法能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式應(yīng)用軟件可靠性自動(dòng)測(cè)試,提高了軟件的可靠性。但由于時(shí)間有限,此次實(shí)驗(yàn)仍有提升的空間,在軟件測(cè)試時(shí)長(zhǎng)方面需要進(jìn)行測(cè)試,這也是我未來(lái)的研究方向。