嵌入式軟件運行剖面建模及測試用例生成

　　每一個(gè)運行經(jīng)算法作用后，都表示為一Markov鏈，根據算法，可以看出，該Markov鏈之包含了運行中的帶有輸入的節點(diǎn)以及其中的一些關(guān)鍵節點(diǎn)，該Markov鏈綜合了每個(gè)運行的運行圖以及其狀態(tài)細化圖，以下的程序處理都基于此Markov鏈。

　　3. 測試用例自動(dòng)生成

　　測試用例是根據運行剖面隨機生成的。在運行剖面中已經(jīng)規定了每個(gè)輸入變量的取值類(lèi)型以及取值范圍，并且認為變量在取值范圍內均勻分布或分段均勻分布（由于很難確定變量的具體分布，這里假設為均勻分布）。軟件可靠性測試是一種隨機測試，測試用例的選取方式是隨機選取。因此，根據隨機測試的原則，在運行剖面給定的輸入變量的取值區間內任意抽取一個(gè)變量的實(shí)際取值。將各個(gè)變量按順序組合起來(lái)便生成了測試用例。用于軟件可靠性測試的測試用例可以定義為：根據運行剖面生成的、完成對某一功能進(jìn)行測試的、按順序輸入到被測軟件的一系列輸入變量的有序組合。

　　嵌入式系統中，輸入可能為硬件信號或者人機接口，這就需要在標示測試輸入類(lèi)型時(shí)進(jìn)行特殊標記，這里，可采用兩種方法，一是軟件模擬硬件信號，即當需要硬件信號時(shí)，由軟件模擬此硬件信號，來(lái)保證測試的執行。二是對需要的硬件信號進(jìn)行標示，當需要硬件信號時(shí)，系統會(huì )提示需要某個(gè)硬件信號的觸發(fā)。

　　根據運行剖面生成測試用例的過(guò)程為：運行剖面由一系列變量的取值區間和該運行發(fā)生的概率組成。

　　首先，要隨機抽取一個(gè)運行來(lái)實(shí)現對某一功能的一次測試。抽取運行的過(guò)程如下：

　?、?將運行剖面｛OPi｜OPi=＜Oi,Pi＞，i=1,2,…，N｝中所有運行發(fā)生的概率Pi求前j項和，形成一個(gè)數列｛Sj｝，Sj=∑Pi，其中，i=1,…j，j=1,2,…，N；N為軟件運行剖面中運行總數，規定S0=0,并有S1=P1,Sn=1.0,Sj-Sj-1=Pj。這里運行相互獨立。

　?、?任給一個(gè)隨機數η∈(0,1.0)，觀(guān)察η落在哪個(gè)區間，若η滿(mǎn)足Sj-1＜η≤Sj，則該隨機數η與Pj這個(gè)概率值對應，那么這次隨機抽到的運行為Oj。

　?、?確定了抽到的運行為Oi后，就可以確定該運行的輸入情況，假設該運行有m個(gè)輸入，每個(gè)輸入的可選值分別為I1,I2…Im，將其排列為一個(gè)二進(jìn)制串，若I1有m1個(gè)可選輸入，I2有m2個(gè)可選輸入Im有mm個(gè)可選輸入，則二進(jìn)制串為(00…0) (00…0)……(00…0)，其中，第一個(gè)括號內的0有m1個(gè)，第二個(gè)括號中的0有m2個(gè)，第m個(gè)括號中的0有mm個(gè)，構造一個(gè)布爾類(lèi)型的數組，數組的大小為2(I1+I2+…+Im)，數組的初始值均為false，每次產(chǎn)生一個(gè)測試用例時(shí)，從m個(gè)輸入的I1,I2…Im中每一個(gè)輸入的可選值中各選一個(gè)，并把二進(jìn)制串中的相應位置1，m個(gè)輸入都選好后，把對應的標記數組置為true。生成一個(gè)測試用例后，首先判斷對應的標記數組，若為true，則需要重新生成一個(gè)用例。

　?、?其中，要進(jìn)行第二次抽樣來(lái)確定運行中每個(gè)輸入的取值區間將取到的實(shí)體（即具體取值）。實(shí)體的確定將按照輸入變量的屬性分兩種情況進(jìn)行：

　?、?對于連續型輸入變量，運行剖面給出的是該變量的取值區間的上下限［I.down,I.up］。抽樣時(shí)將根據輸入變量的數據類(lèi)型，在區間［I.down,I.up］內隨機抽取一個(gè)滿(mǎn)足輸入變量數據類(lèi)型的具體值，作為該輸入變量的實(shí)體。

　?、?對于可選離散型輸入變量，運行剖面給出的是一組離散點(diǎn)Ii,i=1,2,…,mi;mi為離散點(diǎn)的個(gè)數。抽樣時(shí)將在［1,mi］內隨機抽取一個(gè)整數j，以確定選哪一個(gè)離散點(diǎn)作為該輸入變量的實(shí)體，并將該實(shí)體轉化為該輸入變量的數據類(lèi)型。

　?、?通過(guò)對運行和各個(gè)實(shí)體兩個(gè)步驟的抽樣，完成一個(gè)測試用例的生成。

　　應用測試用例可以進(jìn)行軟件可靠性測試： 圖1 測試系統

　　系統負責根據以上算法策略等產(chǎn)生測試用例，輸入到整個(gè)測試系統中，執行可靠性測試，測試系統根據某種判斷策略，來(lái)決定此用例是否通過(guò)測試，若在規定的時(shí)間內，規定的輸入條件下，所有用例均通過(guò)測試，則測試完成，若其中有測試用例沒(méi)有通過(guò)測試，只需要對被測軟件進(jìn)行修改，消除其中的錯誤，再次進(jìn)行測試，而整個(gè)測試系統不需要任何改動(dòng)，大大的提高了測試的效率和靈活性。這種測試是統計測試，測試完全根據各個(gè)運行所發(fā)生的概率以及運行的權重來(lái)進(jìn)行的，在測試中, 優(yōu)先測試那些最重要或最頻繁使用的功能，釋放和緩解最高級別的風(fēng)險，有助于盡早發(fā)現那些對可靠性有最大影響的故障。

　　4．結束語(yǔ)

　　本文完全從工程應用的角度出發(fā)，根據被測軟件的需求規格說(shuō)明書(shū)，通過(guò)和軟件使用人員充分的交流，由測試人員構造出軟件的運行剖面，并用文中定義的運行圖來(lái)描述，經(jīng)過(guò)算法轉化為帶標記的 Markov鏈描述，依據該Markov鏈，可以自動(dòng)生成測試用例。配合相應的測試環(huán)境，進(jìn)行自動(dòng)化的可靠性測試，可以極大的提高測試的效率，被測嵌入式系統的可靠性也可以進(jìn)行更加充分的驗證。

　　今后的工作主要是輸入模型的提取與識別以及重組，從本文的前面，可以看出，系統的輸入還是比較繁瑣的，如果能夠直接讀取被測軟件的UML圖，從圖中提取各種信息，從而自動(dòng)構造軟件的運行剖面，則可以使整個(gè)過(guò)程更加高效，符合軟件測試的發(fā)展趨勢。此外，支撐測試環(huán)境的搭建，也需要認真的研究。

　　本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：

　　1．傳統的軟件測試都是根據軟件的源代碼進(jìn)行測試，本文則根據軟件的需求規格說(shuō)明書(shū)進(jìn)行測試，大大提高了測試的效率和靈活性。

　　2．用帶標記的Markov鏈對軟件運行剖面建模，為自動(dòng)產(chǎn)生測試用例打下了基礎。

　　3．能對產(chǎn)生的測試用例情況進(jìn)行標記，避免產(chǎn)生相同的測試用例，提高了測試的效率。