一、引言

隨著數字化時代的到來，大量系統架構復雜、功能日益強大的嵌入式系統正不斷進入市場，應用也日趨復雜，這對嵌人式軟件的開發技術和測試技術提出了更高的要求。嵌人式系統的復雜性和集成度越來越高，其中的軟件部分也開始在整個嵌入式系統中占有越來越多的比例，并經常實現硬件的功能。

嵌入式系統的專用程度較高，所以對其可靠性的要求也比較高，為了保證系統的穩定性，避免由于其可能出現的失效而導致災難性的后果，要求對嵌人式系統，包括嵌入式軟件進行嚴格的測試、確認和驗證。

基于嵌入式軟件自身的特點，如實時性（Real-timing），內存不豐富，I/O通道少，開發工具昂貴，并且與硬件緊密相關，CPU種類繁多，其缺陷不像PC軟件的缺陷容易修補等等。傳統的軟件測試理論不能直接用于嵌入式軟件測試，因此，研究嵌入式軟件的測試方法和策略，對于提高和改善嵌入式軟件的質量有重要意義。

二、嵌入式軟件測試的基本方法

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可剪裁，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積及功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統的軟硬件功能界限模糊，測試比PC系統軟件測試要困難得多，嵌入式軟件系統測試具有如下特點：

（1）測試軟件功能依賴不需編碼的硬件功能，快速定位軟硬件錯誤困難；

（2）強壯性測試、可知性測試很難編碼實現；

（3）交叉測試平臺的測試用例、測試結果上載困難；

（4）基于消息系統測試的復雜性，包括線程、任務、子系統之間的交互，并發、容錯和對時間的要求；

（5）性能測試、確定性能瓶頸困難；

（6）實施測試自動化技術困難。

大量統計資料表明，軟件測試的工作量往往占軟件開發總工作量的40%以上，在極端情況，測試那種關系人的生命安全的重要的行業中的嵌入式軟件所花費的成本，可能相當于軟件工程其他開發步驟總成本的三倍到五倍。

在嵌入式軟件測試中，既要考慮軟件本身，還要考慮軟件同硬件平臺和操作系統的集成，同時還有條件苛刻的時間約束和實時要求，以及其他合性能相關的要求。

1、全數字模擬測試

全數字模擬測試是指采用數學平臺的方法，將嵌入式軟件從系統中剝離出來，通過開發CPU指令、常用芯片、I/O、中斷、時鐘等模擬器在開發主機平臺（Host）上實現嵌入式軟件的測試。該方法操作簡單，適用于功能測試，是一種可以借鑒的常規軟件測試方法。

但是全數字模擬測試有較大的局限性，使用不同語言編寫的嵌入式軟件需要不同的仿真程序來執行，通用性差，實時性與準確性難以反映出嵌入式軟件的真實情況，當并發事件要求一定的同步關系時，維護統一、精確地系統時鐘，理順時序關系相當困難。因此，設計一個能進行系統測試的環境代價太大，全數字模擬測試只能作為嵌入式軟件測試的輔助手段。

2、交叉測試（Host/Target測試）

自從出現高級語言，嵌入式系統的開發環境和運行環境通常是存在差異的，開發環境被認為是主機平臺（Host），軟件運行環境為目標平臺（Target），相應的測試為Host Target測試（交叉測試）。測試過程中，充分利用高級語言的可移植性，將系統中與目標環境無關的部分工作轉移到PC平臺上完成，在硬件環境未建好或調試工具缺乏時就可以開展，這時可以借鑒常規的軟件測試方法。

系統中與硬件密切相關的部分在Target上完成，用到的測試工具需要支持目標環境。最后，在目標環境中進行驗證確認。交叉測試適用于高級語言，操作方便，測試成本較低，但是實時性受調試環境的制約，在目標環境中測試時要占用一定的目標資源。

3、嵌入式軟件測試方法分類

嵌入式軟件測試或叫交叉測試（Cross-test），測試內容包括：1.單元測試；2.集成測試；3.確認測試；4.系統測試。

使用有效的交叉測試策略可極大地提高嵌入式軟件開發測試的水平和效率，下文給出各個階段的嵌入式軟件測試方案。

靜態測試

靜態測試不利用計算機運行被測程序，目的是度量程序靜態復雜度，檢查軟件是否符合編程標準。

1）靜態測試工具McCabeQA

McCabeQA是美國McCabe&Association公司的產品。它利用著名學者McCabe的軟件結構化測試理論，即使用V（G）圈復雜度=模塊內部獨立線性路徑數來度量軟件的復雜度。

McCabe最大的特點就是可視化，以獨特的圖形技術表示代碼。軟件通過分析源碼，得到整個軟件系統的結構圖，同時得到了各種基于工業標準評估代碼復雜性，包括V（g）、EV（g）、DV（g）、Halstead等數十種靜態復雜度度量。

用不同的顏色表示軟件模塊的復雜性，測試人員的測試重點放在質量差的模塊上；提供各種質量模型深入評價軟件質量，紀錄軟件質量波動曲線和版本變化趨勢分析，從而控制軟件修改不同階段的質量。在單元級McCabe顯示模塊的流程圖，并且相對應地標出代碼的位置，視圖與代碼相互對應，可很快找出問題所在。分析最終得到可定制的符合工業標準的綜合報告。

2）代碼規則檢查工具QAC/C++

QAC/QAC++是用于代碼規則檢查的自動化工具。代碼審查主要檢查代碼和設計的一致性，代碼對標準的遵循、可讀性，代碼的邏輯表達的正確性，代碼結構的合理性等方面。發現違背程序編寫標準的問題，程序中不安全、不明確和模糊的部分，找出程序中不可移植部分、違背程序編程風格的問題，包括變量檢查、命名和類型審查、程序邏輯審查、程序語法檢查和程序結構檢查等內容。

4、動態測試

動態測試時軟件必須運行。動態測試方法分為黑盒法和白盒法。為了較快得到測試效果，通常先進行功能測試，達到所有功能后，為確定軟件的可靠性進行必要的覆蓋測試。

在軟件開發的不同時期進行動態測試，測試又分為單元測試、集成測試、確認測試、系統測試。

5、單元測試

單元測試方案之一采用IPL公司的Cantata++測試工具，它能夠滿足開發者進行高效的單元測試和集成測試要求，能夠提高測試效率，具有一整套包含測試、覆蓋率分析和靜態分析的功能。Cantata++含有以下幾個主要部分：

CTH測試功能庫，Cantata++通過CTH提供的測試函數執行測試，提供測試所需用例的輸入輸出，并檢查輸出結果是否符合要求，給出合格/不合格的確切結果。打樁、封裝和動態分析的執行也是利用CTH。

三、不把所有測試都放在目標上

目前在嵌入式領域，目標系統的應用系統日趨復雜，而由于競爭要求產品快速上市，開發技術日新月異，同時硬件發展的日益穩定，造成了軟件故障日益突出。由此，軟件的重要性越來越引起人們的重視，人們認識到嵌入式系統的測試勢在必行。

由于嵌入式系統的自身特點，如實時性、內存不豐富、I/O通道少、開發工具昂貴、并且與硬件緊密相關，CPU種類繁多等等。嵌入式軟件的開發和測試也就與一般商用軟件的開發和測試策略有了很大的不同，可以說嵌入式軟件是最難測試的一種軟件。

嵌入式軟件測試使用有效的測試策略是唯一的出路，它可以使開發的效率最大化，避免目標系統的瓶頸。自從出現高級語言，開發環境與最終運行環境通常都是存在差異的，嵌入式系統更是如此。開發環境被認為是主機平臺，軟件運行環境為目標平臺。相應的測試為主機-目標測試或交叉測試。

討論嵌入式軟件測試首先就會遇到一個問題：為什么不把所有測試都放在目標上進行呢？因為若所有測試都放在目標平臺上有很多不利的因素：例如測試軟件可能會造成與開發者爭奪時間的瓶頸；目標環境還不具備；比起主機平臺環境，目標環境通常是不精密的和不方便的等等。

從經濟上和開發效率上考慮，在開發周期中軟件應該盡可能多地工作在主機系統環境中，其中包括測試。

確定主機-目標（Host-target）測試環境后，開發測試人員又會遇到以下的問題：例如多少開發人員會卷入測試工作；多少軟件應該測試，花費多長時間測試；在主機環境和目標環境有哪些軟件工具，價格如何等等。

任何人或組織在測試嵌入式軟件時都應深入考慮以上問題，結合自身實際情況選定合理測試策略和方案。