黃 犖 丁立冬

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

基于LDRA Testbed的民用機(jī)載軟件結(jié)構(gòu)覆蓋率分析流程研究

黃 犖 丁立冬

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

根據(jù)RTCA DO-178B中對于民用飛機(jī)機(jī)載軟件結(jié)構(gòu)覆蓋率的要求，從實(shí)踐出發(fā)，給出了使用DLRA Testbed工具進(jìn)行民用飛機(jī)機(jī)載軟件結(jié)構(gòu)覆蓋率分析的主要流程。

機(jī)載軟件； 結(jié)構(gòu)覆蓋率；分析流程

結(jié)構(gòu)覆蓋率分析（Structural Coverage Analysis, SCA），可以揭示在基于需求的測試過程中未被執(zhí)行的代碼結(jié)構(gòu)。由于基于需求的測試，可能無法覆蓋所有的代碼結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)完成結(jié)構(gòu)覆蓋率分析，并進(jìn)行附加驗(yàn)證，以達(dá)到軟件級別所要求的結(jié)構(gòu)覆蓋率。

基于LDRA Testbed的結(jié)構(gòu)覆蓋率分析，是使用LDRA Testbed對源代碼進(jìn)行插樁，然后在真實(shí)環(huán)境中執(zhí)行插樁后的代碼和選定的基于需求的測試程序，使用LDRA Testbed對通過串口傳送到宿主機(jī)上的歷史記錄文件進(jìn)行分析，進(jìn)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)覆蓋率分析的報(bào)告。

本文以DO-178B《機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備合格審定中的軟件考慮》標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，描述使用LDRA Testbed，對民用飛機(jī)機(jī)載軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)覆蓋率分析的活動(dòng)流程。

1 要求

DO-178B標(biāo)準(zhǔn)中定義軟件驗(yàn)證過程通過評審、分析活動(dòng)來驗(yàn)證需求、軟件構(gòu)架和代碼的準(zhǔn)確性、完全性和可測性；通過開發(fā)測試用例和測試程序來驗(yàn)證需求內(nèi)部的一致性和完整性；通過運(yùn)行測試程序來驗(yàn)證代碼滿足需求的要求。

1.1 結(jié)構(gòu)覆蓋率分析的必要性

進(jìn)行結(jié)構(gòu)覆蓋率分析，是為了確定哪些代碼結(jié)構(gòu)未被測試程序執(zhí)行。測試程序可能不會(huì)完全覆蓋代碼結(jié)構(gòu)，所以執(zhí)行結(jié)構(gòu)覆蓋率分析，并進(jìn)行附加驗(yàn)證，以彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)覆蓋的不足。

結(jié)構(gòu)覆蓋率分析通過鑒定軟件模塊來完成。軟件模塊貫徹軟件需求，而這些需求則由特定的測試程序來測試。使用插樁后的代碼，再次運(yùn)行測試程序來捕獲結(jié)構(gòu)覆蓋的結(jié)果。

結(jié)構(gòu)覆蓋率分析可以揭示測試過程中未被執(zhí)行的代碼結(jié)構(gòu)。如果有疏漏，則決定是否由其它特定的測試程序來執(zhí)行被測源代碼模塊。

不同安全級別的軟件對結(jié)構(gòu)覆蓋率的要求不同。如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)覆蓋率要求

1.2 軟件結(jié)構(gòu)覆蓋率分析過程概述

LDRA Testbed是通過了適航認(rèn)證的覆蓋率分析工具，有很高的可靠性，使用范圍也相當(dāng)廣泛。使用LDRA Testbed進(jìn)行結(jié)構(gòu)覆蓋率分析，工作可分為3個(gè)階段。

——插裝：拷貝源代碼，在源代碼的副本中根據(jù)靜態(tài)分析得出的結(jié)果插入探針，把插裝后的文件進(jìn)行編譯、鏈接、執(zhí)行。在執(zhí)行的過程中，插入的探針記錄程序執(zhí)行的信息，并保存在歷史數(shù)據(jù)文件中。

——?jiǎng)討B(tài)覆蓋率分析：分析歷史數(shù)據(jù)文件，并在靜態(tài)信息的基礎(chǔ)上繪制動(dòng)態(tài)覆蓋率圖。

——查看報(bào)告：查看動(dòng)態(tài)覆蓋率分析的結(jié)果，選擇執(zhí)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)覆蓋率分析解決方案。

結(jié)構(gòu)覆蓋率分析解決方案要求進(jìn)行附加驗(yàn)證。未執(zhí)行的代碼結(jié)構(gòu)可能由下列原因造成。

——基于需求的測試用例或程序的不足。這些測試用例應(yīng)加以補(bǔ)充或修改測試程序，以提供丟失的覆蓋范圍。用于完成需求覆蓋率分析的方法可能需要加以評審。

——軟件需求的缺陷。應(yīng)修改軟件需求，開發(fā)額外的測試用例，執(zhí)行測試程序。

——死碼。應(yīng)消除這種代碼，完成分析以評定這種影響及是否需要重新驗(yàn)證。

——非激活碼。對于在航空器或發(fā)動(dòng)機(jī)中所用的任何配置中不打算執(zhí)行的非激活碼，可以通過分析和測試來表明防止、隔離或消除無意中執(zhí)行這種碼的方法。對僅在目標(biāo)機(jī)環(huán)境的某些配置中執(zhí)行的非激活碼，要確定正常執(zhí)行這種代碼要求的操作配置，并且要開發(fā)附加的一些測試用例和測試程序，以滿足要求的覆蓋率的目標(biāo)。

本文將要說明的，是針對民用飛機(jī)機(jī)載軟件，使用LDRA Testbed對源代碼進(jìn)行插樁，然后在真實(shí)環(huán)境下執(zhí)行插樁后的代碼及選定的基于需求的測試程序，接著再次使用LDRA Testbed對傳送到宿主機(jī)上的歷史記錄文件進(jìn)行分析，查看分析報(bào)告選擇相應(yīng)的解決方案，進(jìn)而達(dá)到期望的軟件結(jié)構(gòu)覆蓋級別。

2 轉(zhuǎn)換準(zhǔn)則

結(jié)構(gòu)覆蓋率分析活動(dòng)，在基于需求的測試完成，源代碼及其相關(guān)的測試程序經(jīng)過評審并且進(jìn)入配置庫之后就可以開始。

3 輸入數(shù)據(jù)

輸入數(shù)據(jù)有：待分析的源代碼、軟件需求、測試用例/程序。

4 過程處理

結(jié)構(gòu)覆蓋率分析流程如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)覆蓋率分析流程圖

執(zhí)行結(jié)構(gòu)覆蓋率分析，包含以下活動(dòng)：

——選擇要分析的代碼；

——源代碼進(jìn)行插樁；

——構(gòu)建插樁后的代碼；

——運(yùn)行插樁后的代碼；

——運(yùn)行選定的基于需求的測試用例程序；

——收集和分析歷史數(shù)據(jù)文件；

——如果發(fā)現(xiàn)代碼覆蓋率不足，選擇必要的SCA解決方案；

——重復(fù)相應(yīng)步驟直到達(dá)到期望的覆蓋級別。

4.1 基于單個(gè)文件分析

4.1.1 運(yùn)行Testbed

通過“開始”→“所有程序”“C/C++ LDRA Testbed”來運(yùn)行Testbed。

4.1.2 選擇源文件

在File菜單下選擇Select File選項(xiàng)，選擇要分析的文件。

4.1.3 設(shè)置向?qū)υ捒?/p>

當(dāng)新的文件或一個(gè)set被調(diào)入Testbed時(shí)，向?qū)Т翱趯⒈患せ?。這個(gè)對話窗口允許測試人員修改和當(dāng)前文件相關(guān)的Sysppvar.dat文件和Sysearch.dat文件。如圖2所示。

圖2 設(shè)置向?qū)υ捒?/p>

4.1.4 檢查分析范圍設(shè)置

點(diǎn)擊菜單欄中的Configure，在下拉菜單中點(diǎn)擊Static Options選項(xiàng)，將會(huì)出現(xiàn)圖3所示窗口。

這個(gè)窗口用來設(shè)置和靜態(tài)分析相關(guān)的選項(xiàng)：

a) 是否分析include文件；

b) 通過Sysearch.dat添加搜索路徑；

c) 通過Sysppvar.dat添加宏（只針對C/ C++）。

圖3 靜態(tài)配置項(xiàng)窗口

4.1.5 選擇分析選項(xiàng)

測試人員能夠通過對話窗口來選擇Testbed進(jìn)行哪些分析。點(diǎn)擊Analysis下拉菜單，選擇Select Analysis。

測試人員通過選擇確認(rèn)框來選擇進(jìn)行哪些分析，然后選擇Start Analysis按鈕開始進(jìn)行分析。

如果僅僅是給文件插樁，選擇Main Static Analysis和Generate Instrumented Program（s）即可。

4.1.5.1 主要靜態(tài)分析（Main Static Analysis）

Main Static Analysis是進(jìn)行其它分析的必要條件，所以在進(jìn)行其它的靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)分析之前，一定要執(zhí)行主要靜態(tài)分析。在選擇Main Static Analysis之后，會(huì)出現(xiàn)帶下劃線的“configure”選項(xiàng)，可根據(jù)需要對Main Static Analysis中的一些選項(xiàng)進(jìn)行配置。

而選擇Generate Instrumented Program（s）之后，同樣會(huì)在其后出現(xiàn)帶下劃線的“configure”選項(xiàng)，可根據(jù)需要設(shè)置生成插樁后文件的名稱、指定生成插樁文件的存放路徑、選擇插樁模板等。

在編譯插樁后的文件時(shí)，需要明白并不是被測系統(tǒng)的所有原文件都要被插樁。例如：一個(gè)有300個(gè)文件的系統(tǒng)，測試人員可以插樁其中的一個(gè)文件，也可以把300個(gè)文件都插樁。測試人員在第一個(gè)測試覆蓋率的實(shí)例中，應(yīng)該首先測試一小部分文件而不是整個(gè)系統(tǒng)。

在這個(gè)階段，插樁后的代碼的編譯和執(zhí)行不必在Testbed中進(jìn)行?？梢杂貌鍢逗蟮拇a代替原代碼，然后在開發(fā)的環(huán)境中編譯，在實(shí)際的環(huán)境中運(yùn)行。同時(shí)，LDRA Testbed可以很便利調(diào)用一個(gè)編譯器的命令行，或編譯命令文件。

被插樁后的文件在執(zhí)行時(shí)，會(huì)打開一個(gè)歷史文件并把分支執(zhí)行的信息寫入該文件，在執(zhí)行結(jié)束關(guān)閉該文件。在LDRA Testbed的動(dòng)態(tài)分析的選項(xiàng)中，指定執(zhí)行的歷史文件（sourcefilename.exh or history. exh）的路徑。

4.1.5.2 動(dòng)態(tài)覆蓋率分析（Dynamic Coverage Analysis）

Dynamic Coverage Analysis是對程序在運(yùn)行時(shí)生成的歷史信息，提供各種各樣的結(jié)果以及創(chuàng)建新的圖形示例和文本報(bào)告。同樣，在選擇Dynamic Coverage Analysis之后，會(huì)出現(xiàn)帶下劃線的“configure”選項(xiàng)，可根據(jù)需要進(jìn)行其他相關(guān)配置。

需要說明的是，在使用Testbed進(jìn)行動(dòng)態(tài)覆蓋率分析之前，有必要指定分析報(bào)告的級別。選擇configure下拉菜單中的Dynamic Coverage Report Options 選項(xiàng)，在彈出的窗中選擇級別。

4.1.6 查看結(jié)果

分析結(jié)束后，需要查看覆蓋率結(jié)果。LDRA Testbed可以生成含有覆蓋率信息的源代碼瀏覽文件（html/txt），可在Individual Results下拉菜單中選擇所需的覆蓋率報(bào)告類型。如圖4所示。

圖4 選擇報(bào)告類型窗口

4.2 基于多個(gè)文件的分析

除了能分析單個(gè)源文件外，Testbed還能以“集”（set）的方式對多個(gè)文件同時(shí)進(jìn)行分析。一個(gè)set可以有兩種模式：Group（default）和System。

Group這種模式下，Testbed對一個(gè)set中的文件進(jìn)行相互獨(dú)立的分析，這樣對于一批文件就可以一次分析完，而不需要一個(gè)個(gè)的導(dǎo)入工具來進(jìn)行分析。

System這種模式下，Testbed將這個(gè)set中的所有文件是作為一個(gè)整體來分析的，會(huì)給出這些文件內(nèi)函數(shù)相互間的調(diào)用關(guān)系，變量引用等等結(jié)果，也就是將這些文件作為一個(gè)工程來分析。

從Set菜單，選擇Select/Create/Delete Set選項(xiàng)。

然后被提示，往如下的對話框中輸入集的相應(yīng)的名稱，如圖5所示：

集的名字不能為空白，也不應(yīng)以空格開頭，還不可包含如下的字符：/:*?”<>|。用不被允許的字符給集命名會(huì)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)制集命名的錯(cuò)誤消息。如果往LDRA Testbed中輸入有效的命名，這個(gè)名稱會(huì)被確認(rèn)并登陸到數(shù)據(jù)庫。

圖5 設(shè)置集名稱窗口

4.2.1 設(shè)置集屬性

給新集命名后會(huì)彈出如下的對話框，并要求給一個(gè)屬性。選擇“System”，然后LDRA Testbed就會(huì)把新集的名字以及其屬性保存到它的內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫。

4.2.2 往集里添加文件

從Set菜單下選擇List/Add/Remove Files in Set，將彈出如下窗口，如圖6所示：

圖6 添加文件窗口

點(diǎn)擊Add按鈕添加要分析的程序。

4.2.3 集的分析及結(jié)果查看

對集的文件的分析和前面的單個(gè)文件的是一樣的。

不同的是集的方式在結(jié)果顯示上，System Results菜單下是一個(gè)集內(nèi)所以文件的分析結(jié)果的匯總。如果要單獨(dú)察看單個(gè)文件的結(jié)果，需要在如下的選擇框選擇想察看的文件，如圖7所示。

選定了要查看的文件后，相應(yīng)的結(jié)果查看的方式也和前面單個(gè)文件的方式一致。

V221+.91

C

1003–6660（2014）04–0026–05

10.13237/j.cnki.asq.2014.04.007

[收修訂稿日期] 2014-05-05