夏雪剛，裴清福，薛美英

基于嵌入式軟件性能方法與工具設(shè)計(jì)的研究

夏雪剛，裴清福，薛美英

為了對(duì)嵌入式軟件性能進(jìn)行有效的測(cè)試，從而盡可能的提升嵌入式軟件的性能，故而對(duì)嵌入式軟件性能的分析方法和工具進(jìn)行進(jìn)一步的研究是非常有價(jià)值的。首先對(duì)軟件性能分析方法進(jìn)行了介紹，然后提出了一款FTC軟件性能分析工具，并對(duì)該分析工具的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，最后對(duì)軟件系統(tǒng)測(cè)試中的功能性測(cè)試用例進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，證明了該分析工具在嵌入式軟件性能分析上具有一定的實(shí)用價(jià)值和研究?jī)r(jià)值。

嵌入式軟件；性能；分析方法；工具設(shè)計(jì)

0　引言

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的進(jìn)步，嵌入式軟硬件系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用軟件性能的分析對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)起著至關(guān)重要的作用。目前硬件技術(shù)的發(fā)展日臻穩(wěn)定，而軟件質(zhì)量問(wèn)題卻逐漸暴露出來(lái)，嵌入軟件性能受到了越來(lái)越多專家學(xué)者的關(guān)注和重視。因此，本文所提出的課題十分具有研究?jī)r(jià)值。

1　嵌入式軟件性能分析方法

1.1硬件/軟件分析方法

通常情況下硬件分析方法采用專門的硬件機(jī)制，通過(guò)實(shí)時(shí)或者采樣檢測(cè)的方式分析所捕獲的總線數(shù)據(jù)信息。硬件性能分析方法的速度比較快，但是這種方法對(duì)硬件具有較強(qiáng)的依賴性，在很大程度上限制了分析功能的實(shí)現(xiàn)。除此之外，如果采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方式，那么系統(tǒng)負(fù)載過(guò)大；而如果采用采樣檢測(cè)方式的話，就無(wú)法確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

軟件分析方法通常采用的是插裝技術(shù)，其主要原理是將信息采集代碼插入到被檢測(cè)軟件的關(guān)鍵位置。軟件分析方法采用了數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)，其對(duì)硬件沒(méi)有依賴性，因此，該方法較硬件分析方法而言，就有較高的準(zhǔn)確性、可移植性和靈活性，并且成本也比較低。然而，采用這種分析方法就需要對(duì)目標(biāo)軟件的代碼進(jìn)行修改，致使被檢測(cè)程序的運(yùn)行環(huán)境缺乏真實(shí)性。

1.2動(dòng)態(tài)/靜態(tài)分析方法

動(dòng)態(tài)分析方法主要是指通過(guò)對(duì)被測(cè)程序性的狀態(tài)和行為進(jìn)行跟蹤，從而獲取程序運(yùn)行時(shí)性能的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而準(zhǔn)確地找到能夠?qū)Τ绦蛐阅艿玫接行嵘臒狳c(diǎn)代碼。動(dòng)態(tài)分析方法對(duì)額外開(kāi)銷的要求比較嚴(yán)格，同時(shí)所需要處理的信息量也比較大。軟件測(cè)試是動(dòng)態(tài)分析方法最主要的表現(xiàn)形式，如今已經(jīng)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

靜態(tài)分析方法指的是在不執(zhí)行目標(biāo)軟件的前提下對(duì)被測(cè)程序的語(yǔ)句關(guān)系和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，與動(dòng)態(tài)分析方法相比，這種方法所需要處理的信息量比較少。最早出現(xiàn)的軟件性能分析方法都屬于靜態(tài)分析方法，而目前，應(yīng)用范圍最廣的靜態(tài)分析方法是形式化方法。形式化方法是以數(shù)學(xué)化程序理論為基礎(chǔ)的，故而該方法的實(shí)際應(yīng)用往往會(huì)受到數(shù)學(xué)化程序理論發(fā)展的直接影響。

1.3源代碼/目標(biāo)碼分析方法

源代碼分析方法是現(xiàn)階段最常用的軟件性能分析方法，該方法的基本原理是從數(shù)據(jù)關(guān)系、控制結(jié)構(gòu)等方面對(duì)被測(cè)軟件源代碼進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件性能的檢測(cè)和評(píng)估。如今，源代碼分析方法的研究已經(jīng)比較成熟，工具應(yīng)用也比較普遍。

目標(biāo)碼分析方法主要是分析軟件目標(biāo)代碼的行為和結(jié)構(gòu)，且目標(biāo)碼和源代碼在行為和結(jié)構(gòu)上存在著差異，這就說(shuō)明對(duì)目標(biāo)碼級(jí)別的軟件進(jìn)行分析是非常有必要的?，F(xiàn)階段，目標(biāo)碼分析對(duì)生成目標(biāo)碼部分的分析工具比較少，而是側(cè)重于需求設(shè)計(jì)的理論分析證明。

2　FTC軟件性能分析工具的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1物理體系結(jié)構(gòu)

如圖1所示：

圖1　物理體系結(jié)構(gòu)

FTC軟件性能分析工具的物理設(shè)備主要包含了分析終端設(shè)備、WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、測(cè)試人員的終端電腦、ETM設(shè)備以及嵌入式移動(dòng)設(shè)備。其中，開(kāi)發(fā)人員和測(cè)試人員的終端服務(wù)器（電腦）所使用的操作系統(tǒng)可以是不相同的，WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器僅僅是虛擬服務(wù)器，在物理上屬于分布式服務(wù)器組。從而，用戶在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中就不用對(duì)其真正的物理限制進(jìn)行關(guān)注，能夠很容易的做到硬件性能的有效提升。

2.2軟件架構(gòu)

FTC軟件性能分析工具主要分為“基于WEB服務(wù)器的數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)”和“數(shù)據(jù)采集、解析與本地分析統(tǒng)計(jì)”兩大軟件功能。這兩大軟件功能部分只是在數(shù)據(jù)格式上存在依賴關(guān)系，而在其他方面不存在任何依賴關(guān)系，因此，這兩大軟件功能部分在軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上是能夠完全獨(dú)立的，實(shí)現(xiàn)了低耦合、高內(nèi)聚，下面本文就對(duì)這兩部分軟件的總體架構(gòu)分別進(jìn)行分析：

（1）基于WEB服務(wù)器的數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)該功能部分軟件的實(shí)現(xiàn)，如圖2所示：

圖2　“基于WEB服務(wù)器的數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)”軟件實(shí)現(xiàn)圖

圖中灰色的模塊部分指的是軟件實(shí)現(xiàn)的模塊。

其中，分析統(tǒng)計(jì)與顯示交互模塊通過(guò)jQuery框架來(lái)使用戶的視圖現(xiàn)實(shí)和交互功能得到實(shí)現(xiàn)；頁(yè)面生成模塊的功能是生成用戶使用時(shí)各種統(tǒng)計(jì)和分析視圖的頁(yè)面；文件數(shù)據(jù)模塊的功能是讀取和存放FTC工具解析過(guò)的trace文件。

（2）數(shù)據(jù)采集、解析與本地分析統(tǒng)計(jì)

該部分的軟件功能屬于整個(gè)軟件功能的核心，占到了整個(gè)軟件功能部分的90%以上，該功能部分軟件的總體軟件架構(gòu)如圖3所示：

圖3　“數(shù)據(jù)采集、解析與本地分析”總體軟件架構(gòu)圖

Log模塊的功能是對(duì)Bug進(jìn)行分析；調(diào)用與控制模塊的功能是對(duì)其他軟件進(jìn)行調(diào)用和控制，同時(shí)與其他軟件進(jìn)行通訊；信息解析與處理模塊的主要功能是對(duì)trace信息進(jìn)行解析；功能接口模塊的功能是實(shí)現(xiàn)各功能模塊的相互連接；用戶圖形界面模塊的功能是對(duì)有關(guān)的界面和圖形窗口進(jìn)行顯示。

3　測(cè)試與應(yīng)用

本文選取軟件系統(tǒng)測(cè)試中的功能性測(cè)試為研究對(duì)象，對(duì)嵌入式軟件的使用功能進(jìn)行測(cè)試，下面本文對(duì)其中的測(cè)試用例進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

測(cè)試用例1：正確加載用戶配置信息。

準(zhǔn)備數(shù)據(jù)：設(shè)定好的用戶profile文件，其中用戶的數(shù)量應(yīng)該在5個(gè)以上。

前提條件：FTC軟件性能分析工具能夠在用戶測(cè)試機(jī)器上正常運(yùn)行。

操作步驟：打開(kāi)FTC工具，利用下拉菜單對(duì)不同的永華profile進(jìn)行選擇。

希望結(jié)果：每個(gè)用戶profile的配置信息能夠通過(guò)FTC工具的用戶配置信息窗口正確的顯示出來(lái)。

測(cè)試結(jié)果：通過(guò)

測(cè)試用例2：查看全部trace信息列表

準(zhǔn)備數(shù)據(jù)：解析過(guò)的trace分析信息。

前提條件：測(cè)試數(shù)據(jù)已經(jīng)被上傳至服務(wù)端。

操作步驟：打開(kāi)電腦上安裝的火狐瀏覽器，輸入網(wǎng)址：http：//beftc01等待瀏覽器顯示結(jié)果。

希望結(jié)果：正確顯示每個(gè)trace的相關(guān)信息。

測(cè)試結(jié)構(gòu)：通過(guò)。

4　總結(jié)

總而言之，F(xiàn)TC不僅僅是一款軟件性能分析工具，更是基于TRACE32仿真調(diào)試工具、ETM模塊以及硬件設(shè)備，再加上WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)接卸、FTC控制面板而構(gòu)成的一個(gè)組件工具。本文通過(guò)實(shí)測(cè)用例證明了這款分析工具的有效性和實(shí)用性，對(duì)嵌入式軟件性能的分析起到了一定的幫助作用。

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Research on Performance Test Method and Tool Design of Embedded Software

Xia Xuegang， Pei Qingfu ， Xue Meiying
（Department of Electrical And Information Engineering， Shanxi Railway Institute， Weinan 714000， China）

In order to test the embedded software performance effectively， so as to enhance the performance of embedded software， it is valuable to further research the analysis methods and tools of the embedded software performance. Firstly， the software performance analysis methods are introduced， then a FTC analysis tool of software performance is proposed， and the system design of it is studied. Finally， a brief analysis is made to the functional test case in the software system test. It is proved that the analysis tool has some practical value and research value in the embedded software performance analysis.

Embedded Software； Performance； Analysis； Tool Design

TP399

A

1007-757X（2016）06-0053-02

2016.02.03）

夏雪剛（1979-），男（漢族），陜西渭南人，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，電氣與信息工程系，講師，碩士，研究方向：軟件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，渭南，714000

裴清福（1982-），男，渭南人，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，電氣與信息工程系，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件、網(wǎng)絡(luò)，渭南，714000

薛美英（1972-），大同人，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，電氣與信息工程系，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用，渭南，714000