近年來，隨著嵌入式系統(tǒng)的功能和復雜性不斷增加，其開發(fā)時間和成本也隨之不斷上升。對于安全關鍵領域的嵌入式系統(tǒng)和軟件來說，其穩(wěn)定性和可靠性往往需要通過大量的測試和驗證來保證。
一、一般軟件測試VS嵌入式軟件測試
嵌入式軟件測試針對嵌入式軟件進行，建立在一般軟件測試的基礎之上，大多數(shù)軟件的測試方法都可以直接或間接用于嵌入式軟件的測試。但由于嵌入式系統(tǒng)專用性強、實時性要求高，嵌入式軟件測試與一般軟件測試也存在一些不同之處。
表1：一般軟件測試與嵌入式軟件測試的區(qū)別
二、嵌入式軟件測試需求
根據(jù)測試階段和重點的不同，嵌入式軟件測試需要考慮多個層面的因素：
第一層：不同測試階段的測試需求。嵌入式軟件測試通常分為單元測試、軟件集成測試、系統(tǒng)測試及驗收維護四個階段。對不同的測試階段的測試需求分析往往是不同的，采取的測試方法及進行測試的程度也不相同。測試通常需要滿足“需求可追溯”：不同的測試階段會驗證不同的設計/編碼是否符合需求，以確保該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)預期的功能，并且僅構建了所需的功能。需求可分為低層級需求和高層級需求，各行各業(yè)存在的功能安全標準即為滿足高層級需求的存在，如汽車領域的ISO 26262，測試人員通常會以滿足本領域高層級需求的功能安全標準來分析測試需求，并通過簡單測試來解釋和測試所有未發(fā)現(xiàn)的測試案例。嵌入式軟件的開發(fā)通常遵循V模型，如下圖所示，測試貫穿整個開發(fā)過程中。
圖1：嵌入式軟件開發(fā)過程的V模型
第二層：待測軟件的特性。不同的嵌入式軟件應用背景不同，所要求的特性也不相同，測試的側重點自然也不同。航空、航天領域的嵌入式軟件一般需要具備很強的實時性——飛行控制系統(tǒng)必須快速調(diào)整飛機姿態(tài)以確保飛行安全性。對航空、航天領域的嵌入式軟件進行測試時，需要格外關注輸入、運算、輸出的時效性。
第三層：測試需求的優(yōu)先級。根據(jù)所測的功能點進行分析、分解，從而得出哪些功能點為主要功能點、哪些為次要功能點。測試需求優(yōu)先級別的確定，需要測試人員清晰了解核心的功能、特性及測試流程，有利于測試工作有的放矢地展開。
第四層：測試需求的覆蓋程度。如果一個軟件的需求已經(jīng)與測試需求存在一對一或一對多的對應關系，可以說測試需求已經(jīng)覆蓋了該功能點，測試需求的覆蓋率達到100%，并不意味著測試需求的覆蓋程度高。測試需求的覆蓋率只計算了顯性因素，而隱性因素并未被計算在內(nèi)。因此，測試人員需要不斷了解系統(tǒng)的隱性需求，對測試需求進行補充和優(yōu)化。
第五層：不同的測試環(huán)境。由于執(zhí)行故障注入、覆蓋率分析等測試步驟需要在不同的測試環(huán)境中進行，在進行測試需求分析時就需要考慮到相應的搭建、數(shù)據(jù)準備及接口等變量。
第六層：測試工具的選擇。根據(jù)測試的要求和測試階段，選擇成熟且可靠的測試工具也非常重要。
三、嵌入式軟件測試工具
（一）靜態(tài)測試工具
單元測試階段作為完整測試過程的最初階段，需要確保各個組件都能夠正常工作。在此過程中，測試人員需要對較低級別的需求進行定義，以確保每個功能和功能集都能被正常使用并為系統(tǒng)其余部分提供合適的接口。第二層：待測軟件的特性。不同的嵌入式軟件應用背景不同，所要求的特性也不相同，測試的側重點自然也不同。航空、航天領域的嵌入式軟件一般需要具備很強的實時性——飛行控制系統(tǒng)必須快速調(diào)整飛機姿態(tài)以確保飛行安全性。對航空、航天領域的嵌入式軟件進行測試時，需要格外關注輸入、運算、輸出的時效性。
第三層：測試需求的優(yōu)先級。根據(jù)所測的功能點進行分析、分解，從而得出哪些功能點為主要功能點、哪些為次要功能點。測試需求優(yōu)先級別的確定，需要測試人員清晰了解核心的功能、特性及測試流程，有利于測試工作有的放矢地展開。
第四層：測試需求的覆蓋程度。如果一個軟件的需求已經(jīng)與測試需求存在一對一或一對多的對應關系，可以說測試需求已經(jīng)覆蓋了該功能點，測試需求的覆蓋率達到100%，并不意味著測試需求的覆蓋程度高。測試需求的覆蓋率只計算了顯性因素，而隱性因素并未被計算在內(nèi)。因此，測試人員需要不斷了解系統(tǒng)的隱性需求，對測試需求進行補充和優(yōu)化。
第五層：不同的測試環(huán)境。由于執(zhí)行故障注入、覆蓋率分析等測試步驟需要在不同的測試環(huán)境中進行，在進行測試需求分析時就需要考慮到相應的搭建、數(shù)據(jù)準備及接口等變量。
第六層：測試工具的選擇。根據(jù)測試的要求和測試階段，選擇成熟且可靠的測試工具也非常重要。
（二）半實物仿真測試平臺
在系統(tǒng)級測試階段，半實物仿真測試平臺是目前常用的測試工具之一。
半實物仿真測試在目標機上測試軟件，用仿真器模擬外部環(huán)境，以提供激勵信息和接收反饋信息。該環(huán)境下測試接近實裝測試，可靠性強。具有較好地收集數(shù)據(jù)、更容易地進行故障重現(xiàn)、可控性強且能實現(xiàn)自動化測試，風險小，收益大。半實物仿真允許在系統(tǒng)中接入部分實物，意味著可以把部分實物放在系統(tǒng)中進行考察，從而使部件能在滿足系統(tǒng)整體性能指標的環(huán)境中得到檢驗，因此半實物仿真是提高系統(tǒng)設計的可靠性和研制質(zhì)量的必要手段。國內(nèi)半實物仿真技術在導彈制導、火箭控制、衛(wèi)星姿態(tài)控制等應用研究方面也達到了較高水平。
ETest，嵌入式系統(tǒng)半實物仿真測試集成開發(fā)環(huán)境，是首款符合ATML標準的國產(chǎn)自主可控的半實物仿真測試系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境，具有跨平臺的運行能力，可利用ETest開發(fā)出運行于國產(chǎn)計算平臺測試系統(tǒng)，廣泛應用于第三方測試機構的測試環(huán)境搭建、裝備研制部門的測試工裝開發(fā)以及檢測設備研發(fā)單位的產(chǎn)品研制。
圖2：ETest測試開發(fā)環(huán)境圖
ETest作為工業(yè)基礎軟件，填補了我國在通用半實物仿真測試系統(tǒng)方面的空白：
◆ 提出的ETL語言具有完善的工具鏈；
◆ 測試系統(tǒng)的設計與開發(fā)模式便捷靈活；
◆ 突破了領域語言定義與應用、異步事件循環(huán)調(diào)度、動態(tài)腳本實時處理、跨平臺的IDE架構設計與開發(fā)等多項關鍵技術；
◆ 顯著提高了測試系統(tǒng)的開發(fā)效率；
◆ ETest支持各種國產(chǎn)CPU 國產(chǎn)操作系統(tǒng)的部署方案，已在龍芯CPU和中標麒麟操作系統(tǒng)下完成適配，同時兼容Windows、linux、Mac等多種操作系統(tǒng)。
圖3：ETest系統(tǒng)架構圖
基于ETest完成的航空航天、兵器船舶領域的開發(fā)應用，試驗結果表明，ETest具有1ms級實時響應性能，為用戶提供異步操作的測試程序開發(fā)模式，顯著提高了各類仿真測試系統(tǒng)及檢測維修設備的開發(fā)效率，對于建立國產(chǎn)自主可控的測試系統(tǒng)研發(fā)生態(tài)具有重要的戰(zhàn)略意義。
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