黑盒測試技術(shù)在嵌入式軟件測試中的融合應(yīng)用

王 楊

黑盒測試技術(shù)在嵌入式軟件測試中的融合應(yīng)用

王 楊

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

近些年來，嵌入式軟件的規(guī)模及復(fù)雜程度急劇增大，尤其在國防、軌道交通、汽車、民航以及工業(yè)控制等領(lǐng)域的用戶對(duì)嵌入式軟件質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，使用過程中對(duì)嵌入式軟件缺陷的容忍度越來越低。因此，如何有效提高嵌入式軟件的質(zhì)量成為目前迫切需要解決的問題。文章以某款新能源汽車整車控制策略中的空調(diào)控制模塊為例，分析了如何將等價(jià)類劃分法、邊界值分析法、因果圖分析法等黑盒測試技術(shù)有序高效地融合應(yīng)用在嵌入式軟件測試用例設(shè)計(jì)之中；文章闡明了使用不同類型的黑盒測試用例設(shè)計(jì)方法相互融合的嵌入式軟件測試思路，可以有效、有序地設(shè)計(jì)出一組可靠性高、執(zhí)行性強(qiáng)的功能測試用例，從而提高了測試的效率，保證了軟件測試的置信度和軟件質(zhì)量。

整車控制策略；嵌入式軟件測試；黑盒測試技術(shù)；融合應(yīng)用

前言

信息技術(shù)的迅猛發(fā)展使得人類加快進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，而伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的嵌入式技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，改變了人們的日常生活。嵌入式系統(tǒng)作為提高國民經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)力的有效手段被廣泛應(yīng)用于通信、高鐵、工業(yè)控制、汽車制造、航空航天等安全性和可靠性要求較高的領(lǐng)域。近些年來隨著應(yīng)用需求和領(lǐng)域的不斷激增，嵌入式軟件的規(guī)模及復(fù)雜程度也急劇增大，相應(yīng)的由嵌入式軟件失效而引起的故障比例也越來越大。因此，提高嵌入式軟件的質(zhì)量成為目前迫切需要解決的問題。眾所周知，軟件測試是保證高質(zhì)量、高可靠性軟件的重要手段，對(duì)嵌入式軟件更是如此。實(shí)踐證明，在軟件開發(fā)過程中，通過軟件測試來發(fā)現(xiàn)軟件本身的缺陷是提高軟件質(zhì)量和可靠性的一種非常有效的手段。

1 嵌入式軟件黑盒測試技術(shù)

嵌入式軟件測試常使用的測試技術(shù)包括：黑盒測試技術(shù)與白盒測試技術(shù)。黑盒測試又被稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測試或基于規(guī)格說明的測試，實(shí)際上站在最終用戶的立場，檢測輸入輸出信息及系統(tǒng)性能指標(biāo)是否符合規(guī)格說明書中有關(guān)功能需求及性能需求規(guī)定的測試方法[1]；黑盒測試在某些情況下也稱為功能測試；這類測試方法根據(jù)軟件的用途和外部特征查找軟件缺陷，不需要了解程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。[2]黑盒測試技術(shù)主要包括場景法、等價(jià)類劃分法、邊界值分析法、因果圖法等測試用例設(shè)計(jì)方法。本文以某款新能源汽車整車控制策略中的空調(diào)控制模塊為例，重點(diǎn)闡述了如圖1所示的將不同類型的黑盒測試技術(shù)有機(jī)融合地嵌入式軟件測試思路和具體方法。

圖1 黑盒測試技術(shù)融合應(yīng)用操作步驟圖

在設(shè)計(jì)空調(diào)模塊測試用例之前，首先需要梳理出如圖2所示的空調(diào)模塊的控制需求和如圖3所示的空調(diào)控制模塊輸入輸出關(guān)系；然后使用場景法規(guī)劃出測試的框架（測試路徑/場景），在完成基本測試路徑的設(shè)計(jì)后，面對(duì)各個(gè)測試路徑中具體的輸入輸出時(shí)，就需要使用等價(jià)類、邊界值和因果圖法進(jìn)行相應(yīng)的測試用例設(shè)計(jì)。

圖2 空調(diào)模塊控制需求思維導(dǎo)圖

圖3 空調(diào)模塊輸入輸出關(guān)系圖

1.1 場景法

場景法由基本流和備選流兩部分組成；場景法用來描述流經(jīng)測試用例的路徑，從用例開始到結(jié)束遍歷這條路徑上所有的基本流和備選流。以空調(diào)控制模塊中“放電模式空調(diào)使能”這一測試需求為例，對(duì)場景分析法設(shè)計(jì)空調(diào)控制模塊測試用例的過程做具體說明。根據(jù)對(duì)“放電模式空調(diào)使能”測試需求的分析，基本流與備選流如下所示：

基本流：空調(diào)關(guān)閉，滿足放電模式下空調(diào)使能條件。

備選流：不滿足放電模式下空調(diào)使能條件。

根據(jù)上述基本流與備選流生成不同的測試場景，如下所示：

場景1：空調(diào)關(guān)閉—滿足放電模式空調(diào)使能條件—空調(diào)使能。

場景2：空調(diào)關(guān)閉—不滿足放電模式空調(diào)使能條件—空調(diào)保持關(guān)閉。

1.2 等價(jià)類劃分法

等價(jià)類劃分法是把程序的輸入域劃分成若干部分，然后從每個(gè)部分中選取少數(shù)代表性數(shù)據(jù)當(dāng)做測試用例，等價(jià)類可以分為有效等價(jià)類和無效等價(jià)類[3]。通過使用場景法分析得到“放電模式空調(diào)使能”這一測試需求，分為使能與不使能兩條測試場景；對(duì)于其具體的輸入輸出關(guān)系使用等價(jià)類劃分法進(jìn)行梳理設(shè)計(jì)，得到如表1所示的放電模式空調(diào)使能等價(jià)類劃分表，其中各個(gè)輸入信號(hào)的有效等價(jià)類組成實(shí)現(xiàn)場景1的邏輯跳轉(zhuǎn)條件，各個(gè)輸入信號(hào)的無效等價(jià)類組成實(shí)現(xiàn)場景2的邏輯跳轉(zhuǎn)條件。

表1 放電模式空調(diào)使能等價(jià)類劃分表

輸入條件有效等價(jià)類無效等價(jià)類 動(dòng)力電池SOC大于3%小于等于3% 高低壓上下電狀態(tài)放電模式高壓其他狀態(tài) 互斥模塊空調(diào)轉(zhuǎn)速請(qǐng)求輸出大于0等于0 風(fēng)扇故障輸入信號(hào)（兩個(gè)風(fēng)扇）至少一個(gè)故障都故障

1.3 邊界值分析法

邊界值分析法是用于對(duì)輸入或輸出的邊界值進(jìn)行測試的一種典型、重要的測試方法。它是對(duì)等價(jià)類劃分法的補(bǔ)充，這種方法選擇輸入輸出的等價(jià)類邊界。以上文中分析得到的放電模式空調(diào)使能等價(jià)類劃分表為依據(jù)，對(duì)其中已經(jīng)劃分好的有效等價(jià)類和無效等價(jià)類進(jìn)行邊界值分析，得到如表2所示的“放電模式空調(diào)使能”邊界值分析表。

表2 放電模式空調(diào)使能邊界值分析表

輸入條件等價(jià)類型邊界范圍取值 動(dòng)力電池SOC有效[4、100]4、20、100 無效[0、3]0、3 高低壓上下電狀態(tài)有效[0、3]8 無效[0、7]或[10、16]2、10、16 互斥模塊空調(diào)轉(zhuǎn)速請(qǐng)求輸出有效（0、6 000]20、6 000 無效00 風(fēng)扇故障輸入信號(hào)（兩個(gè)風(fēng)扇）有效00 無效11

1.4 因果圖法

通過等價(jià)類與邊界值分析法，基本將“放電模式空調(diào)使能”測試項(xiàng)的各個(gè)輸入條件取值梳理清晰，但是并未考慮到各個(gè)輸入條件之間的各種組合、輸入條件組合之間的相互制約關(guān)系；此時(shí)就需要使用因果圖法對(duì)多個(gè)輸入條件之間的相互關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析。該方法主要是依據(jù)軟件需求找出各個(gè)輸入條件（即“因”）以及輸出條件的改變（即“果”），而后對(duì)各種輸入條件組合之間的相互關(guān)系（即“與（∧）”、“或（∨）”）使用圖解法予以有效分析[4]，如圖4、5所示分別為放電模式空調(diào)使能/不使能因果關(guān)系圖。

圖4 放電模式空調(diào)使能因果關(guān)系圖

圖5 放電模式空調(diào)不使能因果關(guān)系圖

2 嵌入式軟件黑盒測試用例

表3 放電模式空調(diào)使能的功能測試用例

通過對(duì)上述幾種黑盒測試技術(shù)的綜合分析和相互融合，得到“放電模式空調(diào)使能”的功能測試用例，如表3所示。

3 結(jié)束語

黑盒測試技術(shù)是一種非常有效且容易實(shí)際操作的測試用例設(shè)計(jì)。本文中，針對(duì)嵌入式軟件測試的特點(diǎn)，選取空調(diào)控制模塊的放電模式空調(diào)使能測試點(diǎn)為測試對(duì)象，選擇使用不同的黑盒測試方法相互融合，可以有效、有序地設(shè)計(jì)出一組可靠性高、執(zhí)行性強(qiáng)的功能測試用例，從而提高了測試的效率，保證了測試的置信度和軟件質(zhì)量。

[1] 趙國亮,葉東升,董麗,等.嵌入式軟件測試與實(shí)踐[M].北京:清華大學(xué)出版社,2018.

[2] 汪建芬.淺談軟件測試和嵌入式軟件測試[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2009:6437-6438

[3] 李龍,劉文貞.嵌入式軟件測試方法、案例與模板詳解[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2016.

[4] 滿薇薇.黑盒測試技術(shù)在指控分系統(tǒng)軟件測試中的應(yīng)用研究[J].電子世界,2014(010):203-204.

Application of Black Box Testing Technology in Embedded Software Testing

WANG Yang

( Shannxi Automobile Group Co., Ltd., Technical Center, Shaanxi Xi'an 710200 )

In recent years, the scale and complexity of embedded software have increased sharply. Espe- cially in the fields of national defense, rail transit, automobile, civil aviation and industrial control, users have stricter requirements on the quality of embedded software, and their tolerance for defects of embedded software has become lower and lower. Therefore, how to effectively improve the quality of embedded software becomes an urgent problem to be solved.Taking the air conditioning control module of a new energy vehicle control strategy as an example, this paper analyzes how the black box test technologies such as equivalence class partition method, boundary value analysis method and cause and effect diagram method are integrated and applied in the design of embedded software test cases; it expounds the organic integration of different black box test methods, which can effectively and orderly design a group of functional test cases with high reliability and strong execution, thus improving the test efficiency and ensuring the test confidence and software quality.

Vehicle control strategy; Embedded software testing; Black box testing technology; Fusion application

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1671-7988(2022)01-201-04

U495

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1671-7988(2022)01-201-04

CLC NO.:U495

王楊，就職于陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.046