金成杰 ，俎 濤 ，張煥欣

(1.上海中廣核工程科技有限公司，上海 200241；2.北京火龍果網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京 100088)

0 引言

嵌入式軟件常用于汽車、飛機、工業(yè)控制等領(lǐng)域，很多與人身安全密切相關(guān)，為了保證軟件的質(zhì)量，會做盡可能多的測試：代碼檢查、單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試等。 這些測試都有相應(yīng)的測試對象、工具、質(zhì)量報告，而且不同的嵌入式軟件常常具有不同的運行環(huán)境。 以上因素造成了嵌入式軟件測試的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性。 下面就對嵌入式軟件測試存在的問題進行解讀，并提出相應(yīng)的解決方案。

1 嵌入式軟件測試存在的問題

為建立完整的嵌入式軟件測試工具方案，應(yīng)全面分析其過程、角色、工具、數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)存在的問題[1]。 目前嵌入式軟件測試過程中存在以下問題：

(1)測試工作效率低：涉及多種測試工作，主要靠人工。

(2) 測試工具匱乏： 嵌入式軟件的測試工具與測試環(huán)境密切相關(guān)，經(jīng)常找不到特定的測試工具。

(3)難以獲得完整的質(zhì)量視圖：不同測試工具輸出的報告各不相同，沒有一個綜合的質(zhì)量報告。

(4)測試工件缺乏管理：各種測試對象、測試環(huán)境、測試工具、測試腳本、測試報告，缺乏集中管理。

(5)復(fù)用率低：不同的測試項目具有類似的測試流程、工具、工件，但是需要重復(fù)搭建。

2 嵌入式軟件測試解決方案

嵌入式軟件測試的5 大問題是密切相關(guān)的，應(yīng)該提供一個完整的嵌入式軟件測試平臺，目標(biāo)如下：

(1)全周期流程建模：代碼檢查、單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試[2]；

(2)提供完整工具鏈：代碼檢查工具、單元測試工具、集成測試工具、系統(tǒng)測試工具；

(3)自動化執(zhí)行全周期測試流程[3]；

(4)把各測試工具輸出的報告合成完整質(zhì)量報告；

(5)建立測試工程倉庫，集中管理各種被測程序、環(huán)境配置、測試用例、測試腳本、測試報告；

(6)提供項目級的整體測試資源復(fù)用能力。

嵌入式軟件測試平臺的方案概覽如圖1 所示。

圖1 嵌入式軟件測試平臺的解決方案概覽圖

本研究項目在當(dāng)前已有的嵌入式軟件測試工具基礎(chǔ)上，研發(fā)嵌入式軟件測試平臺，為測試工作提供集成解決方案。

3 嵌入式軟件測試平臺的架構(gòu)設(shè)計

為將上述的方案轉(zhuǎn)化并形成最終的產(chǎn)品，需進行完整的架構(gòu)設(shè)計，嵌入式軟件測試平臺的架構(gòu)設(shè)計包括功能架構(gòu)和軟件開發(fā)架構(gòu)。

3.1 功能架構(gòu)

嵌入式軟件測試平臺采用客戶端和服務(wù)端的部署方式， 服務(wù)器分為管理服務(wù)器和測試服務(wù)器，相應(yīng)的功能分配到各個部署節(jié)點，系統(tǒng)功能部署圖如圖 2 所示。

圖2 嵌入式軟件測試平臺功能分配圖

對應(yīng)的子系統(tǒng)和功能分配如表1 所示。

表1 嵌入式軟件測試平臺的子系統(tǒng)和功能描述

3.2 軟件開發(fā)架構(gòu)

為了實現(xiàn)開發(fā)的復(fù)用和擴展，平臺采用了基于組件和面向服務(wù)的架構(gòu)模式。 根據(jù)可復(fù)用、可擴展的原則，把公共部分提煉為應(yīng)用框架和公共組件、公共服務(wù)，并提供了定制部分的接口和配置參數(shù)文件。 如下是開發(fā)架構(gòu)的簡要說明：

(1)采用可擴展的應(yīng)用框架，可以通過配置擴展功能；

(2)客戶端和服務(wù)端的接口采用 Restful 微服務(wù)技術(shù)；

(3)基于GDI+開發(fā)工作流建模，支持工作流復(fù)用；

(4)工作流配置用XML 格式文件存儲，易于維護。

下面詳細列出了各個子系統(tǒng)的組件設(shè)計和功能說明。 客戶端子系統(tǒng)的組件模型如圖3 所示，組件說明如表2 所示。

表2 客戶端子系統(tǒng)的組件說明

圖3 客戶端子系統(tǒng)的組件圖

管理服務(wù)子系統(tǒng)的組件模型如圖4 所示，組件說明如表 3 所示。

表3 管理服務(wù)子系統(tǒng)的組件說明

圖4 管理服務(wù)子系統(tǒng)的組件圖

測試服務(wù)子系統(tǒng)的組件模型如圖5 所示，組件說明如表 4 所示。

表4 測試服務(wù)子系統(tǒng)的組件說明

圖5 測試服務(wù)子系統(tǒng)的組件圖

4 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計及實現(xiàn)

4.1 嵌入式軟件測試工具鏈與運行環(huán)境

嵌入式軟件主要是基于 C、C++進行開發(fā)，運行在嵌入式操作系統(tǒng)環(huán)境之上，而嵌入式操作系統(tǒng)類型眾多，包括嵌入式 Linux、VxWorks、Android、RTOS等。 這就需要構(gòu)建一套能夠滿足各種嵌入式軟件運行環(huán)境的測試工具[4-5]。 為此，本文提供了如下工具鏈：

(1)源代碼相關(guān)的檢查與測試選擇了支持C/C++的工具：代碼對比工具Beyond Compare，代碼檢查工具 CppCheck，單元測試工具 Gtest、C++Test。

(2)運行環(huán)境有關(guān)的工具提供 2 種支持[6-8]：

①針對不同的操作系統(tǒng)，提供對應(yīng)的運行容器。例如，對于 VxWorks 操作系統(tǒng)，提供 Simics 運行容器，虛擬軟件運行環(huán)境。

②在操作系統(tǒng)之上，構(gòu)建一個數(shù)據(jù)總線。 在測試的時候，模擬各種通信的數(shù)據(jù)，屏蔽運行環(huán)境。數(shù)據(jù)總線采用了DDS 技術(shù)框架，如圖 6 所示。

圖6 軟件運行容器和數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)總線（DDS）

根據(jù)實際工作需要，收集、整理并集成嵌入式軟件測試工具鏈，如表 5 所示[9-11]。

表5 完整的嵌入式軟件測試工具鏈

4.2 可擴展的工具適配接口

嵌入式軟件測試平臺需要集成各種測試工具：代碼檢查工具、單元測試工具、集成測試工具、系統(tǒng)測試工具，這就需要可擴展的適配接口，通過配置參數(shù)快速引入新的測試工具[12-13]。 測試平臺的接口關(guān)系如圖 7 所示。

圖7 嵌入式軟件測試平臺接口關(guān)系圖

各種測試工具有不同的工作界面、命令、參數(shù)和報告樣式。平臺為不同的接口建立一個統(tǒng)一的配置參數(shù)結(jié)構(gòu)。 當(dāng)出現(xiàn)新的工具的時候，用戶只需為該工具配置對應(yīng)的接口參數(shù)[14]。

工具的基本描述信息屬于基本屬性，各個工具的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是相同的，而輸入輸出參數(shù)具體到不同的工具會有所不同，用戶可以根據(jù)工具類型自定義輸入輸出參數(shù)。輸入和輸出參數(shù)的定義采用自定義結(jié)構(gòu)的XML 數(shù)據(jù)格式，每個job 的配置信息獨立存儲為一個job 的 XML 文件。

4.3 統(tǒng)一的質(zhì)量報告

將各個測試工具輸出的報告集成到一個質(zhì)量報告需要具備 2 個功能[15]：

(1)配置報告：建立各個測試工具輸出的測試報告到綜合質(zhì)量報告的映射關(guān)系；

(2)報告生成：能夠根據(jù)配置文件，讀取各工具的測試報告，解析其中的數(shù)據(jù)，根據(jù)配置生成質(zhì)量報告。

質(zhì)量報告的配置參數(shù)包含：

(1)來源報告：來源報告名稱和來源URL；

(2)目標(biāo)報告：目標(biāo)報告名稱和輸出的URL；

(3)報告構(gòu)造器：不同的質(zhì)量報告需要不同的報告構(gòu)造器，為此抽象一個構(gòu)造器基類，實現(xiàn)可擴展框架。

統(tǒng)一的質(zhì)量報告生成流程圖如圖8 所示。

圖8 綜合質(zhì)量報告生成原理示意圖

5 平臺實現(xiàn)與驗證

本測試平臺軟件開發(fā)完成后進行了多個嵌入式軟件測試項目的驗證。 用戶在測試平臺操作界面上建立測試工作流，配置各個job 的工具、質(zhì)量報告的組合關(guān)系，然后啟動工作流，依次調(diào)用各個job 的工具、執(zhí)行測試、輸出測試報告，當(dāng)所有測試都完成后，合成一個綜合質(zhì)量報告。 用戶可以對測試過程的狀態(tài)進行監(jiān)控， 瀏覽最終的質(zhì)量測試報告。 各個測試工作的執(zhí)行記錄如表 6 所示。 表7是平臺使用前后的工作效果對比。

表6 嵌入式軟件測試平臺應(yīng)用實例

表7 嵌入式軟件測試平臺應(yīng)用效果表

6 結(jié)論

嵌入式軟件測試平臺解決了嵌入式軟件測試散亂的問題，提供了完整嵌入式軟件測試方案：全周期測試過程建模、測試工具鏈、測試流程自動執(zhí)行、合成質(zhì)量報告，在嵌入式軟件測試領(lǐng)域具有先進性和示范作用。 本測試平臺經(jīng)過多家企業(yè)的實際應(yīng)用，有效地提升了嵌入式軟件測試的效率和質(zhì)量。同時本平臺也發(fā)現(xiàn)存在下述待加強之處，例如：應(yīng)支持更多的嵌入式測試工具，應(yīng)能夠支持更多嵌入式系統(tǒng)的測試環(huán)境，能夠支持多個測試項目的并行執(zhí)行。 針對以上的改進需求，筆者增強了平臺的功能，部分需求已經(jīng)完成改進，并計劃持續(xù)提升完善，讓測試平臺具備更好的實用性和廣泛的適用性。