多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件的配置項(xiàng)測(cè)試方法

文/樊茜 何雨昂 吳非 喬森 李東東

隨著軟件工程的發(fā)展以及軟件需求方的強(qiáng)烈要求，軟件的可靠性保證又推向了新的高度。國內(nèi)外專家均不斷探索軟件硬件結(jié)合的軟件測(cè)試方法，發(fā)現(xiàn)軟件潛在問題，從而提高軟件質(zhì)量。多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件是一種應(yīng)用在伺服控制驅(qū)動(dòng)器上的多時(shí)序指令軟件，廣泛適用于機(jī)電伺服系統(tǒng)。針對(duì)多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件，本文提出了多種測(cè)試技術(shù)，用于多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件功能、性能、可靠性和安全性的驗(yàn)證。

1 基于靜態(tài)分析測(cè)試技術(shù)的可靠性安全性測(cè)試方法

開發(fā)方測(cè)試用例設(shè)計(jì)和執(zhí)行的依據(jù)為軟件任務(wù)書、需求規(guī)格說明和設(shè)計(jì)說明文檔。部分可靠性安全性指標(biāo)完全可以通過靜態(tài)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。靜態(tài)測(cè)試是不執(zhí)行程序代碼而尋找程序代碼中可能存在的缺陷以及評(píng)估程序代碼的過程。該測(cè)試方法需要設(shè)定測(cè)試分析條件、執(zhí)行步驟、代碼編程規(guī)則。靜態(tài)測(cè)試可以手工進(jìn)行，也可以借助工具自動(dòng)進(jìn)行。目前有多類軟件安全漏洞檢測(cè)工具，對(duì)軟件的內(nèi)存泄露、數(shù)據(jù)越界等潛在安全性問題進(jìn)行深度分析。同時(shí)，再配合制定一份針對(duì)可靠性安全性問題排查的代碼審查單，在代碼走查中，結(jié)合專家人員的經(jīng)驗(yàn)對(duì)軟件代碼進(jìn)行逐行檢查，可以盡早發(fā)現(xiàn)軟件深層次的可靠性安全性問題。

目前完整的代碼審查單中有多達(dá)100項(xiàng)審查內(nèi)容，均是針對(duì)嵌入式C語言代碼、設(shè)計(jì)文檔、需求文檔制定，并通過多次實(shí)際審查進(jìn)行了修改和完善。依據(jù)制定好的代碼審查單對(duì)可靠性安全性進(jìn)行校驗(yàn)，在開發(fā)方測(cè)試初期對(duì)代碼與文檔、文檔與文檔之間的一致性進(jìn)行全面的驗(yàn)證。由于篇幅有限，列舉部分可靠性安全性代碼審查內(nèi)容如表1。

表1

依據(jù)軟件設(shè)計(jì)任務(wù)書中對(duì)安全性和可靠性設(shè)計(jì)要求，并使用靜態(tài)分析測(cè)試技術(shù)制定針對(duì)軟件安全漏洞以及可靠性指標(biāo)的代碼審查單，對(duì)代碼與文檔、文檔與文檔之間的一致性進(jìn)行全面的驗(yàn)證，對(duì)不一致內(nèi)容提出問題報(bào)告單，匯總后統(tǒng)一交由軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。審查單可以根據(jù)不同的代碼、文檔等不同對(duì)象進(jìn)行沿用和制定，并不斷的積累和豐富，進(jìn)一步增加代碼審查單的檢查深度，更易發(fā)現(xiàn)軟件的深層次問題。

2 多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件的高精度性能測(cè)試方法

針對(duì)過去使用示波器獲取伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件性能指標(biāo)的方式，存在軟件測(cè)試精度存在偏差和實(shí)時(shí)性差的問題，本文設(shè)計(jì)了強(qiáng)實(shí)時(shí)的伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件性能測(cè)試方法。

強(qiáng)實(shí)時(shí)的伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件性能測(cè)試環(huán)境利用LDRA 公司的嵌入式軟件測(cè)試工具TestBed,結(jié)合其配套的實(shí)時(shí)硬件數(shù)據(jù)采集工具RTInsight及測(cè)試結(jié)果分析和顯示軟件RTInsight Pro,將被測(cè)軟件軟件運(yùn)行于伺服控制驅(qū)動(dòng)器，對(duì)多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)性能測(cè)試。

TestBed是英國LDRA 公司的嵌入式軟件測(cè)試工具，它的功能包括編碼規(guī)則檢查、軟件度量分析、靜態(tài)數(shù)據(jù)流分析等靜態(tài)分析和軟件單元測(cè)試等功能。RTInsight是LDRA公司推出的和TestBed配套的實(shí)時(shí)硬件數(shù)據(jù)采集器，通過將RTInsight與被測(cè)系統(tǒng)的物理總線相連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)總線讀寫情況，并與軟件測(cè)試工具TestBed及RTInsigh配合使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)軟件的覆蓋率分析、時(shí)間性能分析等功能。

被測(cè)軟件由于實(shí)時(shí)性的要求和硬件資源的限制，必須要考慮插樁代碼對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的影響。過去的插樁方法常常會(huì)影響軟件的執(zhí)行效率，原因在于通常的插樁會(huì)造成源文件代碼和數(shù)據(jù)空間驟增。TestBed的插樁技術(shù)能夠解決這些問題,大大提高了執(zhí)行效率。同時(shí)，由于RTInsight采用高速虛擬端口技術(shù)，使得代碼插樁量可控制在函數(shù)入口、出口、程序分支點(diǎn)，僅使用一到兩條語句，大大減少了由于插樁代碼的增加而產(chǎn)生的對(duì)被測(cè)軟件的影響。

RTInsight作為完成強(qiáng)實(shí)時(shí)功能的硬件設(shè)備，是通過并口和隔離板左側(cè)連接，隔離板的右側(cè)為雙列直插的排針，再通過飛線和目標(biāo)控制器相連。運(yùn)行測(cè)試工具RTInsight Pro后，使用測(cè)試代碼對(duì)硬件連接進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證是否能正確和完成采集到數(shù)據(jù)，測(cè)試代碼如下：

利用RTInsight進(jìn)行性能測(cè)試的步驟如下：

2.1 搭建測(cè)試運(yùn)行環(huán)境

測(cè)試主機(jī)通過網(wǎng)線和RTInsight硬件設(shè)備連接，RTInsight硬件設(shè)備通過飛線和伺服控制驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)線、地址線和讀寫信號(hào)線相連。

2.2 生成插樁文件

用TestBed對(duì)被測(cè)軟件源代碼進(jìn)行靜態(tài)分析和代碼插樁，即是向一個(gè)未被使用的指定RAM 地址寫入特定內(nèi)容，然后在測(cè)試主機(jī)上的編譯調(diào)試軟件對(duì)插樁后的源代碼進(jìn)行編譯，生成目標(biāo)控制器可運(yùn)行文件。

2.3 更新FLASH區(qū)

測(cè)試主機(jī)通過板卡（例如1553B總線板卡）和伺服控制驅(qū)動(dòng)器連接，通過測(cè)試主機(jī)上的程序燒寫軟件，將可運(yùn)行文件燒寫至伺服控制驅(qū)動(dòng)器的FLASH中。

2.4 顯示測(cè)試結(jié)果

伺服控制驅(qū)動(dòng)器上電，在測(cè)試主機(jī)上運(yùn)行測(cè)試結(jié)果分析軟件RTInsight Pro，RTInsight通過在被測(cè)程序的插樁地址采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳到測(cè)試主機(jī)，RTInsight Pro分析上傳的數(shù)據(jù)，以每3秒刷新的頻率，將結(jié)果顯示在測(cè)試軟件界面中，從而實(shí)時(shí)的得到軟件各個(gè)函數(shù)的執(zhí)行時(shí)間。

使用多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件的高精度性能測(cè)試方法，可以對(duì)被測(cè)軟件進(jìn)行強(qiáng)實(shí)時(shí)的性能測(cè)試，將測(cè)試精度提升到納秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟件的高精度測(cè)試，更好的評(píng)估軟件的性能特性。

3 多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件的故障注入技術(shù)

多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件功能測(cè)試，即根據(jù)需求規(guī)格說明進(jìn)行分析提煉測(cè)試用例，來驗(yàn)證程序在正常情況下能完成規(guī)格說明中預(yù)定的功能。但“軟件做了應(yīng)該做的”不能代表該軟件沒有隱藏錯(cuò)誤。軟件測(cè)試還需要從“軟件未做不應(yīng)該做的”的角度，來考察軟件的容錯(cuò)機(jī)制、邊界和異常數(shù)據(jù)處理的能力。

針對(duì)被測(cè)軟件，采用故障模擬注入技術(shù)，在測(cè)試需求分解過程中著重考慮無效等價(jià)類的測(cè)試用例設(shè)計(jì)。在程序中輸入任何可能的輸入條件，人為的添加軟件模擬運(yùn)行中可能出現(xiàn)的故障于軟件上，驗(yàn)證軟件對(duì)故障數(shù)據(jù)的處理、抵御誤操作的能力是否滿足軟件需求。多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件的測(cè)試主要采用三類故障模擬注入技術(shù)(即硬件故障、操作故障、數(shù)據(jù)故障)，對(duì)軟件的主要功能模塊進(jìn)行測(cè)試。

硬件故障的注入主要是利用高精可調(diào)直流電源實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D接口硬件的檢測(cè)和軟件處理的檢查。硬件檢測(cè)的內(nèi)容包括采樣精度、信號(hào)輸入有效范圍內(nèi)的線性度、超邊界采樣能力等，軟件檢查的內(nèi)容包括采樣數(shù)據(jù)一致性、濾波處理、符號(hào)位擴(kuò)展等。

數(shù)據(jù)故障的注入主要是模擬多總線下發(fā)一系列真實(shí)的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)值進(jìn)行測(cè)試，以測(cè)試軟件在超負(fù)荷、飽和及其他“最壞情況”下的結(jié)果，或者下發(fā)一些假想的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)值，測(cè)試軟件排斥不規(guī)則輸入的能力，或者下發(fā)一些非約定的數(shù)據(jù)值和錯(cuò)誤指令，考核軟件的響應(yīng)情況和容錯(cuò)的能力。

操作故障的注入主要是通過編譯調(diào)試軟件強(qiáng)大的在線調(diào)試功能，利用插樁技術(shù)，在源代碼中插入一些變量標(biāo)志，通過對(duì)變量標(biāo)志的判斷來改變程序的流向，或者在變量查看窗口中改變某些關(guān)鍵變量的值，以此來改變某些關(guān)鍵功能的操作順序，例如時(shí)序、同步等，考核軟件對(duì)誤操作的抵御能力。

4 結(jié)論

本文采用靜態(tài)分析測(cè)試技術(shù)、結(jié)合測(cè)試平臺(tái)和搭配嵌入式軟件測(cè)試工具，對(duì)多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件可靠性、安全性測(cè)試、性能測(cè)試和功能測(cè)試方法進(jìn)行詳細(xì)分解，高精度高效率的完成軟件配置項(xiàng)測(cè)試。該技術(shù)高效高可靠的特點(diǎn)能夠充分應(yīng)對(duì)測(cè)試任務(wù)繁重，研制周期緊張等特殊情況，同時(shí)提升多控制模塊伺服控制驅(qū)動(dòng)軟件的質(zhì)量。