嵌入式软件可靠性仿真测试环境

【摘 要】嵌入式软件的可靠性同软件开发和测试息息相关,同人的生命财产安全息息相关.本文从软件可靠性测试的特点和具体测试过程入手,立足于嵌入式软件的特点,对嵌入式软件可靠性测试仿真测试环境进行了分析研究.

【关 键 词】嵌入式软件,可靠性,测试

1.引言

近年来,嵌入式软件多使用于国防、航空航天、核电能源、交通运输和医疗等诸多领域中,嵌入式系统对软件安全系数要求较高,软件一旦失效,会直接关系到人的生命财产安全,但是实时嵌入式软件较高的失效率,不仅困扰着使用人员,同时也对软件的设计、开发、测评人员也提出了更高的要求.随着计算机技术发展的日新月异,应用领域的迅速延伸,人们对软件的依赖程度日益增加,嵌入式系统存在较大的潜力开发需求空间,因此,本文将主要探讨嵌入式软件的可靠性测试技术.但是,传统的软件开发过程周期长,开发语言种类多,嵌入式软件运行环境又同硬件紧密相关,使得嵌入式软件测试过程相比普通软件测试要复杂的多,在整个开发、测试周期中通常占用着大部分时间.目前,对安全可靠性要求较高的嵌入式软件来说,满足任务使用要求是软件测试开发的重中之重,所以研究一种更有效的针对实时软件的可靠性测试环境,为当前可靠性工程指明了一个研究方向.

2.软件可靠性测试的基本概念和流程

2.1基本概念

软件可靠性[1]可以定义为：

（1）软件在规定的条件和规定的时间内不发生失效的概率,

（2）在所述条件下,在指定的时间周期内,程序执行完成规定功能的能力.

软件可靠性测试是在实际的软件的使用环境或接近实际的使用环境下对软件实施的一种可靠性评估方法,软件可靠性测试是从用户的角度,面向软件失效对软件进行的一种测试[2].它是基于实验室仿真环境或现场使用环境下,按照用户实际使用操作概图进行随机操作的黑盒测试方法,发现影响可靠性的缺陷,实现可靠性增长,验证可靠性要求,评估可靠性水平的测试,一般在系统测试,软件交付阶段进行.软件可靠性测试是保证软件质量,评价软件可靠性水平、验证软件是否满足要求的有效手段.

2.2软件可靠性测试活动

软件可靠性测试活动主要有以下几个方面：

a.构建软件运行剖面：软件的运行剖面“是指对系统使用条件的定义.即系统的输入值用其按时间的分布或按它们在可能输入范围内的出现概率的分布来定义”[3].软件可靠性测试的过程必须以某种方式近似地反映软件的实际使用情况.测试的基本过程是首先确定一个以概率方式定量描述软件系统使用过程的统计模型,然后由模型自动生成测试用例,以便能合理有效的反映软件使用的统计规律,通过对使用信息的分析,按照被测软件的层次结构和实际使用,自顶向下构造软件剖面.

b.生成测试用例：测试组基于上述构造的软件剖面,根据测试模型,分析层次结构,将测试项进行分解,针对分解后的每种情况选取和设计测试用例.测试人员获取现有的测试数据和生成新的测试数据,并按照要求在已构建的真实测试环境或仿真测试环境进行可靠性测试,验证所有的测试数据.

c.建立测试环境：构建的测试环境应尽量在真实的环境下进行,当采用仿真测试环境技术时,应详细说明仿真测试环境与实际运行环境之间的差异,并获得委托方的确认,通过测试就绪评审.

d.测试执行：测试人员必须在真实环境或仿真测试环境下执行可靠性测试用例,测试和开发人员承诺在测试过程中不对软件和环境进行任何的修改,以保证软件得到的失效率不变,测试结果真实准确.

e.收集分析可靠性测试数据：测试人员应如实记录收集到的输入输出数据、执行时间数据、失效数据、失效间隔、失效时间等测试过程数据和结果,填写测试记录.测试人员对测试情况进行记录,监测人员对现场操作进行监督,以提高测试的可信性、完整性和准确性.

f.分析结果,失效纠正：测试人员应根据每个测试用例的期望测试结果,测试执行结果和评判准则判定该用例是否通过,以达到对软件可靠性指标实施结果与软件需求规格说明的预期指标进行验证.如果不通过,根据失效次数和时间,分析原因,制定相应的纠正措施,对失效进行监控,并给出相应措施的建议内容,直到测试终止为止.

3.嵌入式软件可靠性仿真测试环境构建

嵌入式软件可靠性测试具有以下几个方面显著特点：被测软件是基于运行环境（宿主机）/开发环境（目标机）方法进行开发的,与硬件密不可分,对运行环境有特殊要求,系统庞大,配套设备多,技术密集,新技术含量高,生产测试周期长,软件时间、空间效率要求较高等.因此,构建一个自动的,软、硬的,实时、非实时的集中式仿真测试环境是十分关键的,仿真测试环境如图1所示：

图1仿真测试环境

该系统能实现以下功能：提供集成的、可视化的开发环境供测试人员建立测试脚本,生成测试用例,提供可视化的集成开发环境供用户对被测系统交联环境建立仿真模型,根据被测系统的需要方便的配置I/O设备,测试运行被测系统,对测试过程实施监控,实时记录被测系统运行结果,实施分析测试结果,自动判断系统的实效,对测试过程进行数据回放,分析测试结果,确定实效数据,对失效数据进行处理,对可靠性进行评估.在嵌入式软件生命周期内,可靠性测试是软件可靠性工程中的一项重要工作.本文通过对嵌入式软件仿真测试环境特点的研究,采用多台计算机协同处理的低成本、易实践的集中架构体系,提高了系统的通用性、灵活性可扩展性,节约了系统测试的硬件成本,缩短了测试周期,使之更加满足任务要求,保障了安全关键领域的安全可靠.