近年來(lái)，隨著嵌入式系統(tǒng)的功能和復(fù)雜性不斷增加，其開發(fā)時(shí)間和成本也隨之不斷上升。對(duì)于安全關(guān)鍵領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)和軟件來(lái)說(shuō)，其穩(wěn)定性和可靠性往往需要通過(guò)大量的測(cè)試和驗(yàn)證來(lái)保證。

一、一般軟件測(cè)試VS嵌入式軟件測(cè)試

嵌入式軟件測(cè)試針對(duì)嵌入式軟件進(jìn)行，建立在一般軟件測(cè)試的基礎(chǔ)之上，大多數(shù)軟件的測(cè)試方法都可以直接或間接用于嵌入式軟件的測(cè)試。但由于嵌入式系統(tǒng)專用性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性要求高，嵌入式軟件測(cè)試與一般軟件測(cè)試也存在一些不同之處。

表1：一般軟件測(cè)試與嵌入式軟件測(cè)試的區(qū)別

二、嵌入式軟件測(cè)試需求

根據(jù)測(cè)試階段和重點(diǎn)的不同，嵌入式軟件測(cè)試需要考慮多個(gè)層面的因素：

第一層：不同測(cè)試階段的測(cè)試需求。嵌入式軟件測(cè)試通常分為單元測(cè)試、軟件集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試及驗(yàn)收維護(hù)四個(gè)階段。對(duì)不同的測(cè)試階段的測(cè)試需求分析往往是不同的，采取的測(cè)試方法及進(jìn)行測(cè)試的程度也不相同。測(cè)試通常需要滿足“需求可追溯”：不同的測(cè)試階段會(huì)驗(yàn)證不同的設(shè)計(jì)/編碼是否符合需求，以確保該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能，并且僅構(gòu)建了所需的功能。需求可分為低層級(jí)需求和高層級(jí)需求，各行各業(yè)存在的功能安全標(biāo)準(zhǔn)即為滿足高層級(jí)需求的存在，如汽車領(lǐng)域的ISO 26262，測(cè)試人員通常會(huì)以滿足本領(lǐng)域高層級(jí)需求的功能安全標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分析測(cè)試需求，并通過(guò)簡(jiǎn)單測(cè)試來(lái)解釋和測(cè)試所有未發(fā)現(xiàn)的測(cè)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(cè)試貫穿整個(gè)開發(fā)過(guò)程中。

圖1：嵌入式軟件開發(fā)過(guò)程的V模型

第二層：待測(cè)軟件的特性。不同的嵌入式軟件應(yīng)用背景不同，所要求的特性也不相同，測(cè)試的側(cè)重點(diǎn)自然也不同。航空、航天領(lǐng)域的嵌入式軟件一般需要具備很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性——飛行控制系統(tǒng)必須快速調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)以確保飛行安全性。對(duì)航空、航天領(lǐng)域的嵌入式軟件進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要格外關(guān)注輸入、運(yùn)算、輸出的時(shí)效性。
第三層：測(cè)試需求的優(yōu)先級(jí)。根據(jù)所測(cè)的功能點(diǎn)進(jìn)行分析、分解，從而得出哪些功能點(diǎn)為主要功能點(diǎn)、哪些為次要功能點(diǎn)。測(cè)試需求優(yōu)先級(jí)別的確定，需要測(cè)試人員清晰了解核心的功能、特性及測(cè)試流程，有利于測(cè)試工作有的放矢地展開。
第四層：測(cè)試需求的覆蓋程度。如果一個(gè)軟件的需求已經(jīng)與測(cè)試需求存在一對(duì)一或一對(duì)多的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以說(shuō)測(cè)試需求已經(jīng)覆蓋了該功能點(diǎn)，測(cè)試需求的覆蓋率達(dá)到100%，并不意味著測(cè)試需求的覆蓋程度高。測(cè)試需求的覆蓋率只計(jì)算了顯性因素，而隱性因素并未被計(jì)算在內(nèi)。因此，測(cè)試人員需要不斷了解系統(tǒng)的隱性需求，對(duì)測(cè)試需求進(jìn)行補(bǔ)充和優(yōu)化。
第五層：不同的測(cè)試環(huán)境。由于執(zhí)行故障注入、覆蓋率分析等測(cè)試步驟需要在不同的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行，在進(jìn)行測(cè)試需求分析時(shí)就需要考慮到相應(yīng)的搭建、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及接口等變量。
第六層：測(cè)試工具的選擇。根據(jù)測(cè)試的要求和測(cè)試階段，選擇成熟且可靠的測(cè)試工具也非常重要。

三、嵌入式軟件測(cè)試工具

（一）靜態(tài)測(cè)試工具

單元測(cè)試階段作為完整測(cè)試過(guò)程的最初階段，需要確保各個(gè)組件都能夠正常工作。在此過(guò)程中，測(cè)試人員需要對(duì)較低級(jí)別的需求進(jìn)行定義，以確保每個(gè)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(cè)軟件的特性。不同的嵌入式軟件應(yīng)用背景不同，所要求的特性也不相同，測(cè)試的側(cè)重點(diǎn)自然也不同。航空、航天領(lǐng)域的嵌入式軟件一般需要具備很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性——飛行控制系統(tǒng)必須快速調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)以確保飛行安全性。對(duì)航空、航天領(lǐng)域的嵌入式軟件進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要格外關(guān)注輸入、運(yùn)算、輸出的時(shí)效性。
第三層：測(cè)試需求的優(yōu)先級(jí)。根據(jù)所測(cè)的功能點(diǎn)進(jìn)行分析、分解，從而得出哪些功能點(diǎn)為主要功能點(diǎn)、哪些為次要功能點(diǎn)。測(cè)試需求優(yōu)先級(jí)別的確定，需要測(cè)試人員清晰了解核心的功能、特性及測(cè)試流程，有利于測(cè)試工作有的放矢地展開。
第四層：測(cè)試需求的覆蓋程度。如果一個(gè)軟件的需求已經(jīng)與測(cè)試需求存在一對(duì)一或一對(duì)多的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以說(shuō)測(cè)試需求已經(jīng)覆蓋了該功能點(diǎn)，測(cè)試需求的覆蓋率達(dá)到100%，并不意味著測(cè)試需求的覆蓋程度高。測(cè)試需求的覆蓋率只計(jì)算了顯性因素，而隱性因素并未被計(jì)算在內(nèi)。因此，測(cè)試人員需要不斷了解系統(tǒng)的隱性需求，對(duì)測(cè)試需求進(jìn)行補(bǔ)充和優(yōu)化。
第五層：不同的測(cè)試環(huán)境。由于執(zhí)行故障注入、覆蓋率分析等測(cè)試步驟需要在不同的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行，在進(jìn)行測(cè)試需求分析時(shí)就需要考慮到相應(yīng)的搭建、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及接口等變量。
第六層：測(cè)試工具的選擇。根據(jù)測(cè)試的要求和測(cè)試階段，選擇成熟且可靠的測(cè)試工具也非常重要。

（二）半實(shí)物仿真測(cè)試平臺(tái)

在系統(tǒng)級(jí)測(cè)試階段，半實(shí)物仿真測(cè)試平臺(tái)是目前常用的測(cè)試工具之一。
半實(shí)物仿真測(cè)試在目標(biāo)機(jī)上測(cè)試軟件，用仿真器模擬外部環(huán)境，以提供激勵(lì)信息和接收反饋信息。該環(huán)境下測(cè)試接近實(shí)裝測(cè)試，可靠性強(qiáng)。具有較好地收集數(shù)據(jù)、更容易地進(jìn)行故障重現(xiàn)、可控性強(qiáng)且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，風(fēng)險(xiǎn)小，收益大。半實(shí)物仿真允許在系統(tǒng)中接入部分實(shí)物，意味著可以把部分實(shí)物放在系統(tǒng)中進(jìn)行考察，從而使部件能在滿足系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的環(huán)境中得到檢驗(yàn)，因此半實(shí)物仿真是提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和研制質(zhì)量的必要手段。國(guó)內(nèi)半實(shí)物仿真技術(shù)在導(dǎo)彈制導(dǎo)、火箭控制、衛(wèi)星姿態(tài)控制等應(yīng)用研究方面也達(dá)到了較高水平。

ETest，嵌入式系統(tǒng)半實(shí)物仿真測(cè)試集成開發(fā)環(huán)境，是首款符合ATML標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)產(chǎn)自主可控的半實(shí)物仿真測(cè)試系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境，具有跨平臺(tái)的運(yùn)行能力，可利用ETest開發(fā)出運(yùn)行于國(guó)產(chǎn)計(jì)算平臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)的測(cè)試環(huán)境搭建、裝備研制部門的測(cè)試工裝開發(fā)以及檢測(cè)設(shè)備研發(fā)單位的產(chǎn)品研制。

圖2：ETest測(cè)試開發(fā)環(huán)境圖

ETest作為工業(yè)基礎(chǔ)軟件，填補(bǔ)了我國(guó)在通用半實(shí)物仿真測(cè)試系統(tǒng)方面的空白：

◆ 提出的ETL語(yǔ)言具有完善的工具鏈；

◆ 測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)模式便捷靈活；

◆ 突破了領(lǐng)域語(yǔ)言定義與應(yīng)用、異步事件循環(huán)調(diào)度、動(dòng)態(tài)腳本實(shí)時(shí)處理、跨平臺(tái)的IDE架構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；

◆ 顯著提高了測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)效率；
◆ ETest支持各種國(guó)產(chǎn)CPU 國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)的部署方案，已在龍芯CPU和中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)下完成適配，同時(shí)兼容Windows、linux、Mac等多種操作系統(tǒng)。

圖3：ETest系統(tǒng)架構(gòu)圖

基于ETest完成的航空航天、兵器船舶領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果表明，ETest具有1ms級(jí)實(shí)時(shí)響應(yīng)性能，為用戶提供異步操作的測(cè)試程序開發(fā)模式，顯著提高了各類仿真測(cè)試系統(tǒng)及檢測(cè)維修設(shè)備的開發(fā)效率，對(duì)于建立國(guó)產(chǎn)自主可控的測(cè)試系統(tǒng)研發(fā)生態(tài)具有重要的戰(zhàn)略意義。