什么是在環(huán)測(cè)試

嵌入式系統(tǒng)軟件是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。軟件可以使得已經(jīng)舒適的乘坐更具吸引力，比競(jìng)爭(zhēng)性交通工具更好。它還可減少駕駛室噪音，或降低燃油消耗?？奢p松地配置嵌入式軟件，以符合用戶的喜好 – 只需按一下開(kāi)關(guān)便可將舒適的公路汽車變?yōu)楦哌\(yùn)動(dòng)特色的交通工具。

當(dāng)然也可在硬件中實(shí)現(xiàn)那些可以通過(guò)軟件獲得的功能，但是這樣做會(huì)相應(yīng)地增加制造成本和產(chǎn)品價(jià)格。嵌入式軟件還可實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，并且可更加頻繁地更新，以滿足不斷增長(zhǎng)的需求。

圖1，在環(huán)測(cè)試示意圖

所有這些以及其他更多原因造成了嵌入式軟件應(yīng)用的復(fù)雜性。很難測(cè)試和驗(yàn)證復(fù)雜嵌入式軟件的功能。驗(yàn)證和確認(rèn)費(fèi)用、解決缺陷的成本以及沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)的缺陷問(wèn)題會(huì)抹殺掉軟件功能具有的所有優(yōu)勢(shì)。

嵌入式軟件開(kāi)發(fā)行業(yè)意識(shí)到這一點(diǎn)，并基于圖形化模型進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，以應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的復(fù)雜性。圖形化的產(chǎn)品功能還具有仿真能力，可提高驗(yàn)證和確認(rèn)方法。本文簡(jiǎn)要概述通過(guò)基于模型的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵軟件測(cè)試方法。

1 通過(guò)模型開(kāi)發(fā)和測(cè)試嵌入式軟件

建模是設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要步驟，它發(fā)生在收集高層需求之后以及進(jìn)行任何實(shí)現(xiàn)之前。模型還允許在開(kāi)發(fā)的同時(shí)，進(jìn)行持續(xù)地進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。

圖2，建模是設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要步驟

在早期的設(shè)計(jì)階段，開(kāi)發(fā)者可開(kāi)發(fā)純粹的行為模型，以闡明并定義軟件的詳細(xì)要求。

雖然此類模型已經(jīng)具備了基本解決方案的輪廓，但是它們依然獨(dú)立于目標(biāo)平臺(tái)。這些目標(biāo)獨(dú)立的行為模型將用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證和早期的需求確認(rèn)。

用于捕獲關(guān)鍵需求、在仿真中展示正確行為以及展示對(duì)高層需求可追溯性的模型通常被稱為“可執(zhí)行規(guī)范”。

對(duì)可執(zhí)行規(guī)范的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和具體實(shí)現(xiàn)可產(chǎn)生代表最終實(shí)現(xiàn)的模型的定義。這就是用于產(chǎn)品代碼生成的模型。通常，這些模型會(huì)對(duì)代碼生成做優(yōu)化;它將從數(shù)據(jù)類型、目標(biāo)架構(gòu)以及要求的代碼風(fēng)格。所有這些變更需要一個(gè)驗(yàn)證過(guò)程，確保產(chǎn)品代碼生成模型中引入的變更不會(huì)改變軟件的行為。確認(rèn)生產(chǎn)代碼生成模型以及生成代碼的正確行為的測(cè)試為代碼驗(yàn)證。

把驗(yàn)證分布在設(shè)計(jì)驗(yàn)證和代碼驗(yàn)證階段允許我們更早地開(kāi)始驗(yàn)證工作，更多的關(guān)注在測(cè)試上和更短的時(shí)間去修復(fù)在測(cè)試中檢測(cè)到的錯(cuò)誤。在本文的其余部分，我將介紹兩個(gè)設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法：

·模型在環(huán)測(cè)試

·軟件在環(huán)測(cè)試

以及用于代碼驗(yàn)證的兩個(gè)方法：

·處理器在環(huán)測(cè)試

·硬件在環(huán)測(cè)試

2 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

設(shè)計(jì)驗(yàn)證的主要目的是確認(rèn)所有關(guān)鍵要求和設(shè)計(jì)概念是否已正確體現(xiàn)在設(shè)計(jì)模型中。

·模型在環(huán)測(cè)試

與“靜態(tài)”的書(shū)面設(shè)計(jì)不同，可在仿真過(guò)程中評(píng)估可執(zhí)行規(guī)范。通常，通過(guò)改變一組模型參數(shù)或輸入信號(hào)，或通過(guò)查看輸出結(jié)果或模型的響應(yīng)，來(lái)完成這一操作。依據(jù)模型執(zhí)行的仿真順序也稱為模型在環(huán)測(cè)試。

模型在環(huán)測(cè)試的測(cè)試數(shù)據(jù)可來(lái)自測(cè)試矢量數(shù)據(jù)庫(kù)，或來(lái)自實(shí)際系統(tǒng)的模型，在后一種情況下，我們討論閉環(huán)控制系統(tǒng)。

可執(zhí)行規(guī)范通常不僅僅包含功能設(shè)計(jì)模型和軟件邏輯，還包括設(shè)備和環(huán)境模型、高層需求的鏈接以及其他文件。它通常還包括用于自動(dòng)化仿真結(jié)果評(píng)估的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

模型在環(huán)測(cè)試的結(jié)果可用于驗(yàn)證軟件行為是否正確，并確認(rèn)開(kāi)發(fā)流程的初始需求。通過(guò)仿真收集的信息會(huì)成為代碼驗(yàn)證的基準(zhǔn)。

·軟件在環(huán) (SIL)

在許多情況下，在目標(biāo)環(huán)境中部署軟件之前，確保所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的軟件組件能夠按預(yù)期運(yùn)行，這一點(diǎn)非常重要。

圖3，軟件在環(huán)(軟件算法測(cè)試)

軟件算法的測(cè)試(在主機(jī)上的聯(lián)合仿真中評(píng)估生成的函數(shù)或手寫(xiě)的代碼)稱為“軟件在環(huán)”。與模型在環(huán)測(cè)試類似，輸入測(cè)試矢量可來(lái)自于測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)或來(lái)自設(shè)備模型，并且可與 MIL 測(cè)試共享。

當(dāng)軟件組件包含需要在目標(biāo)平臺(tái)上執(zhí)行的生成代碼(例如，更新控制器邏輯以滿足新要求)和手寫(xiě)代碼(例如，現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)適配器)的組合時(shí)，此類驗(yàn)證尤其有用。

通常利用軟件在環(huán)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證圖形化模型中現(xiàn)有算法的重新實(shí)現(xiàn)。可能很難或需要花費(fèi)較多成本來(lái)維護(hù)一些舊的但是正確的代碼，這對(duì)于在建模環(huán)境中重新實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證而言意義重大。在這種情

況下，仿真成為比較新模型實(shí)現(xiàn)和舊代碼中已有算法的輸出的環(huán)境。

3 代碼驗(yàn)證

驗(yàn)證設(shè)計(jì)質(zhì)量及其對(duì)現(xiàn)有的需求的兼容性之后，我們可專注于代碼驗(yàn)證。代碼驗(yàn)證的關(guān)鍵目標(biāo)是確保軟件行為匹配在仿真中捕獲的模型行為。

·處理器在環(huán) (PIL)

從概念上來(lái)說(shuō)，處理器在環(huán) (PIL) 測(cè)試類似于軟件在環(huán)測(cè)試。關(guān)鍵的差別在于 PIL 代碼在嵌入式處理器硬件或指令集仿真器上執(zhí)行，以便該驗(yàn)證可考慮在目標(biāo)處理器上執(zhí)行的算法的特定具體條件。在模型與部署的目標(biāo)代碼之間傳遞的數(shù)據(jù)通過(guò) CAN 或串行設(shè)備之間通過(guò)真正的輸入輸出來(lái)完成。

圖4，處理器在環(huán)

用于 MIL 和 PIL 的模型現(xiàn)在可用作處理器板的測(cè)試框架。通過(guò)處理器在環(huán)，我們?nèi)匀豢稍谥鳈C(jī)上運(yùn)行模型，并使用它對(duì)軟件組件輸入生成實(shí)際數(shù)據(jù)。除此之外，我們還可使用調(diào)試器分析代碼(已編譯的代碼)逐步說(shuō)明裝配級(jí)別說(shuō)明，就像在完全嵌入式系統(tǒng)中那樣進(jìn)行鏈接和部署。

通過(guò) PIL，我們還可查看代碼函數(shù)的執(zhí)行順序，并確認(rèn)操作系統(tǒng)函數(shù)的調(diào)用或在目標(biāo)上執(zhí)行時(shí)所需的其他庫(kù)，以及在執(zhí)行驗(yàn)證方案過(guò)程中監(jiān)控內(nèi)存容量。

在一些項(xiàng)目中，PIL 可在符合相同規(guī)范當(dāng)來(lái)自不同廠商的處理器板上比較算法行為。

正如 SIL 一樣，此驗(yàn)證方法并不用于非實(shí)時(shí)分析。

·硬件在環(huán) (HIL)

目前提到的所有測(cè)試方法不能用于實(shí)時(shí)地驗(yàn)證設(shè)計(jì)。仿真以及與目標(biāo)板通信的負(fù)荷不允許算法的實(shí)時(shí)測(cè)試。

圖5，硬件在環(huán)

為了重新利用為前面描述的測(cè)試方法創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，并繼續(xù)使用該結(jié)果作為實(shí)時(shí)測(cè)試的指導(dǎo)和基準(zhǔn)，我們?yōu)槟Ｐ蜕纱a并在實(shí)時(shí)環(huán)境中部署它。此類配置可降低在實(shí)際且通常較昂貴的設(shè)備上的測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)，但是它允許我們驗(yàn)證算法的實(shí)時(shí)方面。

此類型的驗(yàn)證要求尖端的信號(hào)調(diào)節(jié)和電力電子技術(shù)，以便正確地模擬輸入并接收目標(biāo)硬件的輸出。HIL通常在系統(tǒng)集成和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試之前，作為最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試步驟。

4 結(jié)論

嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)為提升驗(yàn)證和確認(rèn)方法提供了一次絕好的機(jī)會(huì)。通過(guò)仿真建模以及代碼生成使快速原型和更加系統(tǒng)的測(cè)試和早期驗(yàn)證成為可能。

上述的每個(gè)在環(huán)測(cè)試方法解決了特定類型的問(wèn)題，并且具有某些優(yōu)勢(shì)。本文中描述的不同方法在嚴(yán)格的開(kāi)發(fā)過(guò)程中均出現(xiàn)過(guò)，每個(gè)方法有助于將巨大的驗(yàn)證挑戰(zhàn)分為更小、更易管理的驗(yàn)證和確認(rèn)活動(dòng)。