MC/DC準(zhǔn)則基礎(chǔ)下的嵌入式軟件測試

閆曉艷

摘要：MC/DC準(zhǔn)則是現(xiàn)行軟件覆蓋率的驗證準(zhǔn)則，具有高安全性、實用性及有效性強的特點，被廣泛應(yīng)用于嵌入式軟件獨立測試當(dāng)中，應(yīng)用時可以結(jié)合該準(zhǔn)則及嵌入式軟件測試要求構(gòu)建測試技術(shù)方案，經(jīng)測試可知嵌入式軟件在MC/DC準(zhǔn)則中的覆蓋率，覆蓋率越高則代表軟件越優(yōu)秀，否則反之。本文將對嵌入式軟件測試要求與MC/DC準(zhǔn)則概念進行論述，并提出一種以MC/DC準(zhǔn)則為基礎(chǔ)的嵌入式軟件測試技術(shù)方案，驗證該方案的有效性。

關(guān)鍵詞：MC/DC準(zhǔn)則;嵌入式軟件;測試技術(shù)

引言

嵌入式軟件與嵌入主體本質(zhì)上是兩個個體，嵌入式軟件與嵌入主體不匹配，可能造成巨大的負(fù)面影響，導(dǎo)致系統(tǒng)主體的穩(wěn)定性大幅下降，因嵌入式軟件問題，使得系統(tǒng)主體出現(xiàn)可靠性、安全性上的問題，在嵌入式軟件嵌入系統(tǒng)主體之前，必須對軟件進行測試，確保軟件嵌入不會對系統(tǒng)造成負(fù)面影響。嵌入式軟件作為獨立開發(fā)軟件程序，其測試不能依照傳統(tǒng)方法來進行，必須在專門的準(zhǔn)則及環(huán)境中開展，這時MC/DC準(zhǔn)則（Modified Condition/Decision Coverage，修訂的條件/判定覆蓋）就提供了一種可用于嵌入式軟件測試的環(huán)境，對此進行研究可以利用該準(zhǔn)則對不同嵌入式軟件進行測試，此舉具有一定現(xiàn)實意義。

1 嵌入式軟件測試要求與MC/DC準(zhǔn)則概念

1.1嵌入式軟件測試要求

嵌入式軟件本身具有實時性、可移植性強，軟硬件可靈活調(diào)整，硬件平臺及操作系統(tǒng)多樣，缺陷不易修復(fù)，成本昂貴的特征，這些特征使得其在測試中對測試技術(shù)有較高的要求，一般不能采用單一技術(shù)進行測試，需要將整個測試流程分為不同階段，再針對各個階段設(shè)定測試技術(shù)，最終形成測試技術(shù)綜合方案來進行測試。根據(jù)嵌入式軟件本身特征及測試技術(shù)要求，通?？梢詫y試流程分為分析階段、設(shè)計階段、實現(xiàn)階段、驗證階段四個部分，以IV&V（Independent Verification and Validation，獨立驗證與確認(rèn)）為測試導(dǎo)向，采用靜態(tài)代碼分析/動態(tài)覆蓋測試技術(shù)方案，針對各階段采用相關(guān)方法進行覆蓋測試，具體如下。表1為靜態(tài)代碼分析/動態(tài)覆蓋測試技術(shù)方案概況。

1.1.1靜態(tài)代碼分析

靜態(tài)代碼分析是嵌入式軟件最基本的測試策略，主要目的是檢查嵌入式軟件源代碼是否正確、質(zhì)量如何，分析可以分為兩個步驟：①通過人工逐條觀察嵌入式軟件的源代碼，對照編碼規(guī)范進行檢查，確認(rèn)源代碼中沒有錯誤代碼（如果代碼編制存在語法等方法的基本錯誤也需要指出）;（2）在確認(rèn)源代碼正確的情況下，需要對代碼進行語義、數(shù)據(jù)流進行分析，若源代碼在這兩個層面存在誤差（如語義描述不準(zhǔn)確）則必須在需求、設(shè)計等階段盡快調(diào)整。

1.1.2動態(tài)覆蓋測試

與靜態(tài)代碼分析不同，動態(tài)覆蓋測試需要在嵌入式軟件運行的狀態(tài)下進行，主要涉及到兩種測試方法，分別為黑盒測試、白盒測試。黑盒測試主要用于嵌入式軟件的功能測試中，可知軟件功能的覆蓋率，若測試結(jié)果顯示軟件功能覆蓋率未達(dá)到100%就必須進行修補，若軟件功能覆蓋率達(dá)到100%則進行白盒測試。

1.2 MC/DC準(zhǔn)則概念

根據(jù)靜態(tài)代碼分析/動態(tài)覆蓋測試技術(shù)方案可知，通過這種方案單獨對嵌入式軟件進行測試，可知嵌入式軟件在IV&V中的需求覆蓋、結(jié)構(gòu)覆蓋表現(xiàn)，前者代表軟件內(nèi)所有目標(biāo)函數(shù)是否被正確執(zhí)行，則代表軟件源代碼是否充分及可實現(xiàn)性如何，在測試當(dāng)中存在相輔相成關(guān)系，通過完整測試可判斷嵌入式軟件是否嚴(yán)格、是否完整?？梢妰蓚€覆蓋測試步驟是分開的，說明靜態(tài)代碼分析/動態(tài)覆蓋測試技術(shù)方案在單獨應(yīng)用中會忽略條件覆蓋與判定覆蓋相組合的情況，代表該測試方法有缺陷。這一條件下MC/DC準(zhǔn)則就對此進行了優(yōu)化，即MC/DC準(zhǔn)則的核心在于條件/判定覆蓋，主要以條件覆蓋結(jié)果為基礎(chǔ)，以優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)為目的提出結(jié)構(gòu)覆蓋準(zhǔn)則，受該準(zhǔn)則影響，測試中需要對嵌入式軟件代碼內(nèi)的所有可能都進行至少一次的輸入/輸出取值，所有覆蓋條件都進行輸出，輸出結(jié)果應(yīng)當(dāng)覆蓋所有可能，若輸出結(jié)果中沒有某個可能的結(jié)果，則說明軟件覆蓋率不足100%，存在缺陷。

2 以MC/DC準(zhǔn)則為基礎(chǔ)的嵌入式軟件測試技術(shù)方案

2.1基本原理

關(guān)于MC/DC準(zhǔn)則原理，首先要設(shè)定條件判定語句，通常使用布爾操作符構(gòu)成布爾表達(dá)式，通過多個布爾表達(dá)式可構(gòu)成條件判定語句，隨之將每個判定中的條件均視為不同條件（即使是相同條件多次出現(xiàn)于相同判定中，所有條件也被視為不同條件），由此進行判定。其次根據(jù)條件判定語句，對布爾表達(dá)式進行調(diào)整，比較常見的A and B就是邏輯布爾表達(dá)式，其中A、B均為布爾變量，可取值為{0，1}，整體可輸出結(jié)果C，結(jié)果C代表A and B的完備測試用例集。表2為MC/DC準(zhǔn)則條件判定語句A and B邏輯與測試集。

根據(jù)表2，組別1-2測試中可取條件A的所有取值，要求所有取值均出現(xiàn)一次，在條件B不變的情況下，條件A要具備獨立影響對應(yīng)判定結(jié)果的能力;組別1-3測試中可取條件B的所有取值，要求所有取值均出現(xiàn)一次，且在條件A不變的情況下，條件B要具備獨立影響對應(yīng)判定結(jié)果的能力，由此取得組別1-2-3交集生成邏輯、最小測試用例集。組別7-8測試中可取條件A的所有取值，要求所有取值均出現(xiàn)一次，在條件B不變的情況下，條件A要具備獨立影響對應(yīng)判定結(jié)果的能力;組別6-8測試中可取條件B的所有取值，要求所有取值均出現(xiàn)一次，在條件A不變的情況下，條件B要具備獨立影響對應(yīng)判定結(jié)果的能力，由此取得組別6-7-8交集生成邏輯、最小測試用例集。

2.2測試技術(shù)方案

根據(jù)MC/DC準(zhǔn)則的基本原理，下文將提出MC/DC準(zhǔn)則嵌入式軟件測試方案，并接受方案測試流程。

2.2.1 MC/DC準(zhǔn)則嵌入式軟件測試方案

因為MC/DC準(zhǔn)則的泛用性較強，且測試性能優(yōu)異，所以經(jīng)過長期研究出現(xiàn)了很多支持MC/DC準(zhǔn)則測試的自動化測試工具，例如Cantata++、VectorCAST，兩者均可實現(xiàn)自動化MC/DC準(zhǔn)則度量。這一條件下，本文出于便捷性考慮選擇了VectorCAST（因VectorCAST可應(yīng)用于比較常見的Windows、Linux開發(fā)平臺，所以適用性更好，應(yīng)用更加便捷），使用該工具即可進行嵌入式軟件MC/DC準(zhǔn)則測試。

2.2.2 MC/DC準(zhǔn)則嵌入式軟件方案測試流程

雖然利用VectorCAST即可進行測試，但測試之前必須做好流程規(guī)劃工作，對此在本文測試方案中測試流程可以分為四個步驟：①在VectorCAST基礎(chǔ)上創(chuàng)立工作環(huán)境，將待測試嵌入式軟件源代碼導(dǎo)入，實現(xiàn)條件判定語句及MC/DC插樁，并分離出具有獨立影響能力的布爾表達(dá)式;②確認(rèn)每個獨立影響布爾表達(dá)式的真值，可得每個表達(dá)式的最小測試集，根據(jù)測試需求將所有最小測試集集成，可得最小測試用例集;③腳本編寫后執(zhí)行最小測試用例集，對測試結(jié)果進行分析，可知軟件是否存在缺陷。

3 MC/DC準(zhǔn)則嵌入式軟件測試技術(shù)方案驗證

3.1測試案例

選擇某塑料光譜分選打包控制系統(tǒng)作為測試案例（該系統(tǒng)為嵌入式軟件），使用MC/DC準(zhǔn)則嵌入式軟件測試技術(shù)方案進行測試。該系統(tǒng)主控（包括光譜儲料倉A閥門、光譜儲料倉B閥門）及打包（大件打包C閥門、小件打包D閥門）系統(tǒng)控制配有狀態(tài)指示燈，根據(jù)指示燈顏色不同代表不同含義，藍(lán)色燈為閥門閉合狀態(tài)、綠色燈為閥門正常開啟狀態(tài)、紅色燈為物料阻塞狀態(tài)），系統(tǒng)需要根據(jù)閥門電路狀態(tài)對指示燈進行控制。依照系統(tǒng)設(shè)計，本文對其進行了剖析，獲取了電路狀態(tài)表達(dá)式，具體如下：

if（ValveA->SelectedⅡValveB->Selected）&&（ValveC->SelectedⅡValveD->Selected）then ValveSetStatus（Open）;else;ValveSetStatus（Close）

3.2測試驗證

該系統(tǒng)表達(dá)式本質(zhì)上不屬于布爾表達(dá)式，因此無法直接應(yīng)用于MC/DC準(zhǔn)則檢測當(dāng)中，必須先進行簡化，對此依照準(zhǔn)則原理本文將其簡化為相關(guān)布爾表達(dá)式，即if（A or B）and（C or D）then Statement1;else;Statement2，式中A、B、C、D分別代表了一種電路狀態(tài)，與相關(guān)提示等顏色對應(yīng)，隨后考慮到測試驗證的便捷性，需要對該表達(dá)式進行進一步簡化，再針對布爾表達(dá)式進一步簡化，可得Z=X and Y，式中X代表A or B、Y代表C or D。其次依照簡化后得布爾表達(dá)式，獲取系統(tǒng)中獨立影響結(jié)果的最小測試集（見表3）進行測試。

依照表3進行方案設(shè)置（詳見2.2測試技術(shù)方案-MC/DC準(zhǔn)則嵌入式軟件測試方案），完成后進行1-5、1-3、2-4、2-3四個組別的測試，要求1-5組別中條件A具有獨立影響判定結(jié)果的能力;1-3組別中條件B具有獨立影響判定結(jié)果的能力;2-4組別中條件C具有獨立影響判定結(jié)果的能力;2-3組別中條件D具有獨立影響判定結(jié)果的能力，這一基礎(chǔ)上可得組別1-2-3-4-5測試用例。結(jié)果顯示四組測試均可生成最小測試集，代表該系統(tǒng)MC/DC準(zhǔn)則下的覆蓋率達(dá)到100%，系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性良好。

4 結(jié)語

本文對基于MC/DC準(zhǔn)則的嵌入式軟件測試技術(shù)進行了研究，闡述了嵌入式軟件測試要求與MC/DC準(zhǔn)則概念，并以MC/DC準(zhǔn)則設(shè)計了測試技術(shù)方案，同時對方案進行了驗證。通過文中設(shè)計方式可得MC/DC準(zhǔn)則嵌入式軟件測試技術(shù)方案，該方案在驗證中具有完整性強、測試準(zhǔn)確率高的特點，可起到對嵌入式軟件進行全面測試，獲取其覆蓋率的作用。

參考文獻

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