嵌入式軟件運行剖面建模及測試用例生成

　　每一個運行經算法作用后，都表示為一Markov鏈，根據(jù)算法，可以看出，該Markov鏈之包含了運行中的帶有輸入的節(jié)點以及其中的一些關鍵節(jié)點，該Markov鏈綜合了每個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. 測試用例自動生成

　　測試用例是根據(jù)運行剖面隨機生成的。在運行剖面中已經規(guī)定了每個輸入變量的取值類型以及取值范圍，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(jù)隨機測試的原則，在運行剖面給定的輸入變量的取值區(qū)間內任意抽取一個變量的實際取值。將各個變量按順序組合起來便生成了測試用例。用于軟件可靠性測試的測試用例可以定義為：根據(jù)運行剖面生成的、完成對某一功能進行測試的、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(tǒng)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型時進行特殊標記，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，由軟件模擬此硬件信號，來保證測試的執(zhí)行。二是對需要的硬件信號進行標示，當需要硬件信號時，系統(tǒng)會提示需要某個硬件信號的觸發(fā)。

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

　　首先，要隨機抽取一個運行來實現(xiàn)對某一功能的一次測試。抽取運行的過程如下：

　　① 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，形成一個數(shù)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(shù)，規(guī)定S0=0,并有S1=P1,Sn=1.0,Sj-Sj-1=Pj。這里運行相互獨立。

　?、?任給一個隨機數(shù)η∈(0,1.0)，觀察η落在哪個區(qū)間，若η滿足Sj-1＜η≤Sj，則該隨機數(shù)η與Pj這個概率值對應，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個輸入，每個輸入的可選值分別為I1,I2…Im，將其排列為一個二進制串，若I1有m1個可選輸入，I2有m2個可選輸入Im有mm個可選輸入，則二進制串為(00…0) (00…0)……(00…0)，其中，第一個括號內的0有m1個，第二個括號中的0有m2個，第m個括號中的0有mm個，構造一個布爾類型的數(shù)組，數(shù)組的大小為2(I1+I2+…+Im)，數(shù)組的初始值均為false，每次產生一個測試用例時，從m個輸入的I1,I2…Im中每一個輸入的可選值中各選一個，并把二進制串中的相應位置1，m個輸入都選好后，把對應的標記數(shù)組置為true。生成一個測試用例后，首先判斷對應的標記數(shù)組，若為true，則需要重新生成一個用例。

　?、?其中，要進行第二次抽樣來確定運行中每個輸入的取值區(qū)間將取到的實體（即具體取值）。實體的確定將按照輸入變量的屬性分兩種情況進行：

　　① 對于連續(xù)型輸入變量，運行剖面給出的是該變量的取值區(qū)間的上下限［I.down,I.up］。抽樣時將根據(jù)輸入變量的數(shù)據(jù)類型，在區(qū)間［I.down,I.up］內隨機抽取一個滿足輸入變量數(shù)據(jù)類型的具體值，作為該輸入變量的實體。

　　② 對于可選離散型輸入變量，運行剖面給出的是一組離散點Ii,i=1,2,…,mi;mi為離散點的個數(shù)。抽樣時將在［1,mi］內隨機抽取一個整數(shù)j，以確定選哪一個離散點作為該輸入變量的實體，并將該實體轉化為該輸入變量的數(shù)據(jù)類型。

　?、?通過對運行和各個實體兩個步驟的抽樣，完成一個測試用例的生成。

　　應用測試用例可以進行軟件可靠性測試： 圖1 測試系統(tǒng)

　　系統(tǒng)負責根據(jù)以上算法策略等產生測試用例，輸入到整個測試系統(tǒng)中，執(zhí)行可靠性測試，測試系統(tǒng)根據(jù)某種判斷策略，來決定此用例是否通過測試，若在規(guī)定的時間內，規(guī)定的輸入條件下，所有用例均通過測試，則測試完成，若其中有測試用例沒有通過測試，只需要對被測軟件進行修改，消除其中的錯誤，再次進行測試，而整個測試系統(tǒng)不需要任何改動，大大的提高了測試的效率和靈活性。這種測試是統(tǒng)計測試，測試完全根據(jù)各個運行所發(fā)生的概率以及運行的權重來進行的，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險，有助于盡早發(fā)現(xiàn)那些對可靠性有最大影響的故障。

　　4．結束語

　　本文完全從工程應用的角度出發(fā)，根據(jù)被測軟件的需求規(guī)格說明書，通過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描述，經過算法轉化為帶標記的 Markov鏈描述，依據(jù)該Markov鏈，可以自動生成測試用例。配合相應的測試環(huán)境，進行自動化的可靠性測試，可以極大的提高測試的效率，被測嵌入式系統(tǒng)的可靠性也可以進行更加充分的驗證。

　　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(tǒng)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，從而自動構造軟件的運行剖面，則可以使整個過程更加高效，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：

　　1．傳統(tǒng)的軟件測試都是根據(jù)軟件的源代碼進行測試，本文則根據(jù)軟件的需求規(guī)格說明書進行測試，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，為自動產生測試用例打下了基礎。

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