基于測(cè)試儀器技術(shù)及UML的模型驗(yàn)證集成測(cè)試

探測(cè)故障的最佳時(shí)機(jī)是在開(kāi)發(fā)過(guò)程的早期。如果使用統(tǒng)一建模語(yǔ)言(UML)，甚至在分析和設(shè)計(jì)期間就可以發(fā)現(xiàn)故障。然而，軟件的集成和測(cè)試十分困難，嵌入式系統(tǒng)更困難，由于輸入和輸出少，系統(tǒng)的可操作性和可見(jiàn)性都很有限。反常的系統(tǒng)狀態(tài)尤其難以測(cè)試，因?yàn)樵诖_定系統(tǒng)在某一狀態(tài)下的行為前，必須使系統(tǒng)進(jìn)入該狀態(tài)。

本文提出將測(cè)試儀器(instrumentation)代碼注入U(xiǎn)ML模型實(shí)現(xiàn)中的觀點(diǎn)，目的是提升系統(tǒng)的可控性、可觀察性和易測(cè)性。測(cè)試儀器可應(yīng)用在開(kāi)發(fā)和目標(biāo)環(huán)境中，并可在模型級(jí)進(jìn)行交互式系統(tǒng)調(diào)試。在批處理模式下，測(cè)試儀器是數(shù)據(jù)采集、初始化和測(cè)試自動(dòng)化的基礎(chǔ)。本文旨在：簡(jiǎn)要介紹基于模型的軟件工程以及這些模型的實(shí)現(xiàn)；概述基于模型的軟件的集成測(cè)試方法；確定模型系統(tǒng)內(nèi)重要的運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)和執(zhí)行關(guān)鍵點(diǎn)；闡述在運(yùn)行時(shí)間采集和操作模型數(shù)據(jù)的幾種方案；使測(cè)試儀器能自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。

軟件故障是指程序中的錯(cuò)誤指令或計(jì)算，軟件故障的執(zhí)行將導(dǎo)致軟件狀態(tài)出錯(cuò)。當(dāng)錯(cuò)誤傳到輸出，并作為一個(gè)異常結(jié)果呈現(xiàn)在系統(tǒng)外時(shí)，故障就會(huì)發(fā)生。程序的可控性是指一套測(cè)試系統(tǒng)強(qiáng)迫被測(cè)程序遵循一個(gè)特定執(zhí)行路徑的能力，也有可能沿這條路徑的執(zhí)行出錯(cuò)。程序的可觀察性是指這套測(cè)試系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤狀態(tài)繼而指出故障所在的能力。

系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)對(duì)于確定測(cè)試的正確性至關(guān)重要。系統(tǒng)的輸出是由系統(tǒng)的初始狀態(tài)及其輸入決定的。初始狀態(tài)不同的系統(tǒng)，即便輸入相同，輸出也會(huì)不同。系統(tǒng)的最終狀態(tài)也必須作為評(píng)估測(cè)試正確性的一部分予以考慮，因?yàn)椴徽_的內(nèi)部狀態(tài)最終會(huì)傳到系統(tǒng)的輸出，并導(dǎo)致錯(cuò)誤。系統(tǒng)的復(fù)雜性也使得預(yù)測(cè)系統(tǒng)的正確輸出變得愈加困難。

初始狀態(tài)+輸入--->最終狀態(tài)+輸出

在“黑匣子”測(cè)試方法中，只有系統(tǒng)的外部輸入和輸出可知。需要用一個(gè)特殊的測(cè)試激勵(lì)序列將錯(cuò)誤傳給輸出，以便區(qū)分錯(cuò)誤和正確的程序。所需的特殊序列越長(zhǎng)，程序的可測(cè)性就越小。與“黑匣子”相似，嵌入式系統(tǒng)的可控性和可觀察性也較低。評(píng)估最終系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的結(jié)果能縮短檢測(cè)誤差所需的特殊輸入序列，從而產(chǎn)生更小、更易處理的測(cè)試案例。測(cè)試儀器力求同時(shí)提高軟件程序的可控性和可觀察性，以獲得更具可測(cè)性的程序。

在應(yīng)用代碼中使用測(cè)試支持儀器的技術(shù)是一種“玻璃匣”測(cè)試方法。在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的UML模型時(shí)，開(kāi)發(fā)者必須了解系統(tǒng)將要完成的任務(wù)?；跍y(cè)試儀器的錯(cuò)誤隔離策略可以將UML模型的知識(shí)運(yùn)用于集成測(cè)試。系統(tǒng)的操作和狀態(tài)在分析級(jí)比在編碼級(jí)更具可見(jiàn)性，因?yàn)楹笳呤艿綄?shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的影響。

僅從外部輸入設(shè)置測(cè)試的初始系統(tǒng)狀態(tài)需要特定的外部激勵(lì)序列。異常狀態(tài)下的系統(tǒng)操作是很多嵌入式應(yīng)用中驗(yàn)證的關(guān)鍵，但生成這些初始狀態(tài)并不簡(jiǎn)單。本文所描述的技術(shù)可利用測(cè)試手段，大大提高可控性和可觀察性。

集成測(cè)試的步驟

集成測(cè)試可分成兩個(gè)重要階段，即動(dòng)態(tài)驗(yàn)證和目標(biāo)集成。動(dòng)態(tài)驗(yàn)證是在開(kāi)發(fā)環(huán)境下運(yùn)行UML模型，其目的在于確定模型的正確性。目標(biāo)集成涉及到在目標(biāo)環(huán)境中集成軟件和硬件。動(dòng)態(tài)驗(yàn)證和目標(biāo)集成兩者都是在分析級(jí)上進(jìn)行的，均使用同樣的工具，即測(cè)試支持儀器。

要盡可能多地進(jìn)行動(dòng)態(tài)驗(yàn)證測(cè)試，其原因有很多：硬件的可用性、硬件/軟件的分離、更短的調(diào)試周期，以及工具的使用。如果在動(dòng)態(tài)驗(yàn)證的運(yùn)行測(cè)試后，可以確信模型沒(méi)有問(wèn)題，目標(biāo)集成的調(diào)試就可以集中在系統(tǒng)組件之間的接口上，或特定平臺(tái)問(wèn)題上。