嵌入式软件动态运行时错误的检测
刘艳会
1 概述
嵌入式软件是世界上重要应用软件的核心，目前已经广泛应用于国防、航空航天、医疗等重要行业中，确保它的稳定可靠是极为重要的任务。随着当前应用系统规模的增大和复杂度的增加，嵌入式软件测试的成本也直线上升，同时也突出了当前所用测试工具和测试方法的局限性。
和桌面系统不同，对于嵌入式软件系统，软件测试主要是发现以下类型的错误：
功能错误
主要依靠测试人员依据项目需求说明，编写功能测试用例并运行测试用例，从而验
证软件的功能
性能错误
一般需要放到真实的环境中，借助于硬件级别的工具，来衡量软件的性能是否达到
要求
运行时错误（Run-Time Error）
以前没有有效的检测技术，一般不会专门做运行时错误的检查
对于嵌入式系统软件来说，这些错误中，运行时错误是最难发现、又最具风险的错误。欧洲航天局阿里亚纳501号火箭在升空后不到20秒就发生爆炸，其原因就是因为控制飞行姿态的一段代码蕴含有一个变量溢出的运行错误，发生了溢出的变量控制着火箭急速转向而过载。
那么到底什么是软件运行时错误呢？运行时错误都包括什么类型呢？
1 什么是软件运行时错误？（Run-time Errors）
运行时错误（Run-time Errors）就是软件在动态运行时出现的错误，是所有的软件错误中最具风险的。相信熟悉Windows应用系统的人来说，一定经历过以下的情形：
图1.1 Windows 2000操作系统上发生运行时错误的现象
图1.2 Windows XP操作系统上发生运行时错误的现象
图1.3 UNIX操作系统上发生运行时错误的现象
这种情况下，不管我们做什么选择，应用程序都会退出。可能对于一般的软件来说，出现这样的错误没关系，但对于航空航天、汽车以及医疗设备等安全级别要求非常高的系统来说，一旦出现这样的运行错误，损失就是不可估量的。
运行时错误由ANSI C定义，是指那些能导致预定义之外的不正确结果或者处理器停机的错误，它是所有的软件错误中最具风险的，其后果包括：处理器停机，数据崩溃、安全保密受到破坏等。
典型的运行时错误有以下几种：
?企图读未初始的变量
?对空指针和越界指针的引用
?对超界数组的访问
?非法类型转换(long to short, float to integer)
?非法的算数运算(例，除零错误，负数开方)
?整数和浮点数的上溢出/下溢出
?多线程应用中未保护数据的访问冲突
?不可达到的代码
运行时错误属于潜在的威胁，广泛的存在各种软件中。根据Berkeley大学与 IBM Watson的研究报道指出所有IBM大型软件的漏洞中，30%-40%是运行时错误引起的。既然运行时错误如此广泛存在，那么我们应该怎样检测运行时错误呢？
2 普通软件测试技术的限制
传统的软件测试技术一般分成静态测试和动态测试，这两种测试方法在检测软件动态运行时错误方面有着很多的限制，如图2。
图2 普通测试技术的限制
静态测试技术可以检查软件代码的编程规范，分析程序的静态结构，对软件的质量进行度量。借助于静态测试技术，可以使代码更加规范，结构更加清晰，但由于静态测试技术不分析代码的动态行为，不分析各个变量之间的关系，因此普通的静态测试技术不能有效的检查出只有动态运行才会出现的错误，即运行时错误。
动态测试技术需要将被测的程序运行起来，最好能放到实际的软硬件环境中。动态测试技术主要有以下的特点：
z不完全：测试的步骤一般是：测试计划——测试用例——测试执行——发现并提交
BUG。这种方法只能发现一部分运行时错误，即测试用例所能覆盖到的错误，但
是完全的测试是不可能的（软件测试的原则之一），即不可能穷尽所有的输入，所
以依赖于测试用例的测试最终只能保证测试过的输入不会导致运行时错误，不敢保
证其他大部分的输入也能正常工作。
z效率低：动态测试技术能发现一部分运行时错误，但它发现的只是现象，类似于图1这样的现象，而不是问题的根源。测试人员提交BUG后，开发人员还需要重现
BUG，然后使用传统的调试工具来定位问题所在。对于一般的错误，定位并修复
一个错误大约需要10个小时，而对于偶尔死机这样的错误，则需要更多的时间去
调试。
3 PolySpace的语义分析技术
PolySpace使用的是目前最新的语义分析技术，它依靠大量的数学定理提供的规则去分析软件的动态行为。语义分析技术没有使用简单的穷举法，却有能力在更普通的模式下去表达程序的状态，还能提供规则巧妙的去处理它。
在以前的软硬件环境下，这个问题会非常复杂，很难去解决。随着计算机处理能力的不断增强，在当前的硬件条件下，语义分析技术已经完全可以高效的实现。当应用在运行时错误的检测时，语义分析技术会对所有危险的操作，执行一个详细的分析，在程序动态运行之前，最早在编码阶段，就能够发现其中的运行时错误。
举例说明，一个程序P，使用了两个变量：x和y。检查语句X = X / ( X-Y )的运行时错误。
z第1步：为了保证穷尽，先列举该语句可能存在的所有运行时错误。
X和Y可能没有初始化
X – Y 可能会溢出
X和Y可能会相等，从而导致除数为0
X / ( X – Y )可能会溢出
下面以第3个为例，详细介绍一下语义分析如何检查除数为0
z第2步：为了更好的理解语义分析，可以在二维的坐标系中表示X和Y所有可能的取值。红线表示能够导致除数为0的X和Y的集合。
图3.1 建立二维的坐标系
z第3步：根据这个图，我们如何去判断是否会出现除数为零的状态？
最直观的方法就是穷举X和Y的每一个状态，检查它是否在红线上，这个活动称为“测试”，并且我们能够很快了解该原理的局限性：
因为在实际的程序里肯定不只两个变量，所以将会有无数个状态。如果要穷举所有的状态，花费的时间将会无限长
穷举法不能查出一些运行时错误，包括读取未初始化的变量
语义分析的方法是建立自己的规则来熟练处理所有的状态。如何对程序进行抽象，可以检测程序的特性呢。如下是一个简单的例子：
间隔分析：根据坐标系中X，Y的坐标，得到X和Y的最小值和最大值，画出一个相应的矩形图。这个矩形有以下特性：它包括X和Y所有可能的取值，
用四个数据表示（X的最小值，X的最大值，Y的最小值，Y的最大值）。什
么特性是最让人关心的？显然矩形和红线的交集是我们最关心的，就是说，如
果交集是空集的话，就说明除数不可能为0。
图3.2 矩形中包含了X和Y的所有可能的取值，通过X和Y的最大和最小值绘制。这种类型的抽象，也叫做间隔分析。编译器、链接器和一般的静态分析工具已经在使用这种技术。
z第4步：根据语义分析的概念，我们怎样才能高效的用来进行运行时错误的检测呢？第3步表现了一个从程序中得到的非常简单的抽象（一个矩形），该抽象采用的是间隔分析的技术，目前大多数的编译器、链接器和一般的静态分析工具都已经在使用这种技术。这种方法的问题是抽象出来的矩形不是一个很好的形状，因为它包含了海量的不实际的X、Y的值，运行时错误的检测结果包含了大量的警告信息，不适合实际的分析。
语义分析技术能够依据自己的规则，建立非常精确的形状，包括网格或者多个多边形，基于变量（X,Y）之间的关系，程序的控制结构(if-then-else, for, while loops, switch)，内部过程之间的关系（函数调用），多任务分析，进行运行时错误的检测。
语义分析的技术原理不仅仅是计算数据类型和常量的值，象编译器和一般的静态分析工具那样，语义分析包括很多方面。它起源于这些包括在程序里面的每一个操作的相关的语义和操作数据的关系，并以此作为基础去详细审查源代码和细微的运行时错误，举例如下：
传递给函数的参数不再是一个变量或者常量，而是一个用来约束函数内部局部变量的集合
在多任务的程序中，全部共享变量的值随时都会改变，除非使用了保护机制 变量不仅仅是有一定取值范围的类型，还是用一套包括控制流关系去表示的方程式
最后，由于使用了变量的方程式，语义分析能够解决运行时错误的检测
图3.3 语义分析技术可以验证控制结构、内部过程和多任务的分析，从而可以测试程序的动态属性，高效的检测运行时错误。
4 例子
以下的例子是由语义分析测试的结果，标成红色的代码表示错误。以下的例子请仔细的思考，这里不再做详细的说明。
4．1 控制结构分析：for循环结束后指针访问越界
借助于语义分析，以上指针访问越界（Out of Bounds pointer de-referencing）的错误被自动检测到，而其他的操作都是安全没有错误的。如果不修复，该错误将导致内存冲突，需要大量的调试时间。程序员对这种错误非常熟悉。语义分析是唯一能够在编译时就能发现这些错误的解决方法。
4．2 控制结构分析：在嵌套的for循环中数组访问越界
借助于语义分析，数组访问越界（Out of Bounds array access）被自动检测到，而其他的操作都是安全没有错误的。
这个例子表现了语义分析对控制结构分析的能力。如果不修复，该错误将导致数据冲突，需要大量的调试时间。
4．3 内部过程分析：除数为0
借助于语义分析，函数foo中的除数可能为0的错误被自动检测到，而其他的操作都是安全没有错误的。这个例子表现了语义分析对内部过程分析的能力，能够明确的标示出错误的函数调用和正确的函数调用。如果不修复，除数为0的错误可能导致处理器宕机，同时由于递归的使用，要调试解决该错误，需要大量的调试时间。
5为什么PolySpace可以取代传统的代码覆盖率的测试？
传统的测试理论中，测试结果一般都对代码覆盖率作了要求，要求必须达到90%或者更高。让我举一个简单的例子来说明代码覆盖率的局限。
static void Recursion (int* depth)
97 /* if depth<0, recursion will lead to division by zero */
98 { float advance;
99
100 *depth = *depth + 1;
101 advance = 1.0/(float)(*depth - 6); /* potential division by zero */ 102……………..
}
在做代码覆盖率测试时，只需要一个测试用例
*depth = 10;
就可以使以上的代码覆盖率达到100%。如果只是追求高覆盖率尽快达到要求的话，就很可能漏过*depth = 5 会导致除数为0这样的致命的错误。
当然实际的代码可能会更复杂，不会那么简单。假如GlobalFlag是一个被多个任务使用的全局变量，*depth = 10这一个测试用例可能也会让代码覆盖达到100%，但这个100%能保证下面代码中的除数不为0吗？
static void Recursion (int* depth)
97 /* if depth<0, recursion will lead to division by zero */
98 { float advance;
99
100 *depth = *depth + 1;
101 advance = 1.0/(float)(*depth - GlobalFlag); /* potential division by zero */ 103……………..
}
我认为覆盖应该分为两种，一是传统意义上说的结构覆盖，即逻辑覆盖（语句覆盖、分支覆盖等）和以及基本路径覆盖，第二是数据输入覆盖。
什么是数据输入覆盖呢？就是测试用例的输入占软件所能接受的全部输入的百分比。还用以上例子来说，
int *depth能接受的全部输入为65536个（-32768到+32767）
当前测试用例输入的个数为1（*depth = 10）
这样的结果是：
语句覆盖率为100%
但输入覆盖率仅仅为1/65536（接近于0）
其实这个问题也就是软件测试的完全性的讨论。软件测试原则之一就是不可能做完全的测试。由于工作量、时间、以及资金等等的限制，传统的覆盖率测试方法无法做到完全的测
试，所以就有了测试用例的优化方法，比如只使用基本路径覆盖，循环当作一次判断选择等等，采用这些方法很容易漏掉一些致命的问题。
有了PolySpace以后，情况完全不一样了。前面我们提到PolySpace采用类似于穷举的语义分析技术，它可以将所有可能的情况都做一遍检查，只要有一个输入存在问题，PolySpace结果中就会有提示这里可能存在问题。
仔细想想，一个用例都能让代码覆盖达到100%，那么PolySpace所有可能的输入都做了，它的代码覆盖能低于一个用例的覆盖率吗？
希望用下图对PolySpace的覆盖情况和传统的覆盖情况作一个简单的总结。
由此从技术上来讲，PolySpace完全可以取代传统的覆盖率测试。
6 语义分析的优势
使用了语义分析技术的PolySpace有很多优势。
z完全自动化分析，只需要源代码
——不需要测试用例，
——不需要代码插装
——不需要运行程序
因此传统的测试活动可以完全省略
图6.1 有了PolySpace，传统的测试活动完全可以省略
z代码写完就可以分析，无论处在任何软件开发的阶段
用PolySpace分析只需要代码，不会改变软件开发的过程。如图4
图6.2 PolySpace可以用在软件开发的任何阶段
z直接找到错误的根源，而不是错误的现象，排错更快
图6.3 PolySpace的测试结果：用不同的颜色提示不同的含义
图6.4 PolySpace直接找到错误的根源，不需要调试
图6.5 PolySpace分析结果中的多任务共享变量访问关系图z分析所有变量组合，比普通的技术找到更多的运行时错误
图6.6 PolySpace能够找到更多的运行时错误
7 PolySpace的价值
使用PolySpace来检查运行时错误，不仅能节省大量的时间成本，还能够节省大量的财
力成本。
图7.1 PolySpace可以节省的时间成本
在软件开发的不同阶段修复一个错误需要的成本如图10。
图7.2 修复一个错误的经济成本
根据马里兰州大学与南加州大学的研究报道，每千行代码中至少有一个错误。以一个5万行的程序为例，50千行代码×1个错误/千行代码 = 50 错误。
图7.3 PolySpace可以节省的经济成本
8 总结
z PolySpace使用语义分析技术，通过静态验证的方法，专注于发现动态运行时才会出现的错误
z不需要写测试用例，不需要将代码执行起来，需要的只是自动的数学建模
z使用PolySpace时，只需要提供符合ANSI语法的代码，大约30分钟的配置，其他的全部是完全自动化的分析
z PolySpace运行只会占用大约30分钟的人力时间，其他占用的全部是机器时间z PolySpace主要检查代码中的逻辑运算是否会有运行时错误，对重要的编程规则做检查，而一般的静态规则检查工具只检查表面的编程规则，而不检查动态的运行时
错误
9 参考资料
1.奥索公司（https://www.doczj.com/doc/2e17011315.html,）PolySpace技术白皮书
2.PolySpace公司网站https://www.doczj.com/doc/2e17011315.html,
10作者其他文章
LoadRunner中文使用手册ACT、WAS的使用说明
Web测试方法
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软件（内部）测试报告 XXX系统 测试分析报告评审 V1.0 编写人: 编写日期: 审核人: 审核日期:
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目录 目录 (1) 软件测试报告(内部) (2) 安装及使用测试 (3) 运行环境 (3) 安装易用性 (3) XXX测试 (4) 安装、使用问题及建议 (4) 功能单元测试 (5) 串口指令响应功能测试 (5) 1.测试方法及工具 (5) 2.功能测试 (5) 3.性能测试 (6) 4.稳定及安全性测试 (6) 5.BUG及建议 (6) xxx功能测试 (7) 整机测试 (8) 长时间工作稳定性整机测试 (8) 1.测试方法及工具 (8) 2.测试步骤及结果 (8) xxx整机测试 (8) 整机测试问题及建议 (8) 安装及使用测试附件 (10) 功能单元测试附件 (11) 整机测试附件 (12)
软件测试报告(内部) CRABXLAB-0628-15 TA/0001 软件测试报告编写：首先做对产品的安装及使用测试，如从运行环境、软件安装、故障指示、用户可操作性、界面友好性等方面来检测是否合理可靠；其次从功能完整性上测试，并对每个功能单元进行功能测试、性能测试、安全及稳定性测试，保证每个功能单元都稳定可靠；最后做整机测试，整机测试主要从长时间工作稳定性、异常处理（如网络、电量异常）合理可靠性等方面检查整机稳定可靠性。
安装及使用测试 开发出来的软件要基于对客户或者量生产上考虑产品的使用及安装环境的易用、安全、可操作性、友好性等。 运行环境 安装易用性
XXX测试 章节同安装及使用测试范例，由开发人员完善其他需要的测试项安装、使用问题及建议
嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。
1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。
一、嵌入式系统与嵌入式操作系统 1、嵌入式系统 嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品、面向应用，软硬件可裁减的；适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。 嵌人式系统应具有的特点是：高可靠性；在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；许多嵌人式应用要求实时性，这就要求嵌入式操作系统具有实时处理能力；嵌入式系统和具体应用有机地结台在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行；嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性；一般都固化在只读存储器中或间存中，也就是说软件要求固态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。 2、嵌入式操作系统 嵌入式操作系统EOS（Embedded Operating System）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌人系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制。 协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌人式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。EOS是相对于一般操作系统而言的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外，还有以下特点： (1)可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。 (2)强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。 (3)统一的接口。提供各种设备驱动接日。 (4)操作方便、简单、提供友好的图形GUI，图形界面，追求易学易用。 (5)提供强大的网络功能，支持TCP门P协议及其它协议，提供TCP／UDP／IP／PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。 (6)强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，这就要负责系统管理的EOS臭有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接日一般不提供操作命令，它通过系统调用命令向用户程序提供服务。 (7)固化代码。在嵌入系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统。 (8)更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。 二、三种常用的嵌入式操作系统 1. PALM OS Palm是3Corn公司的产品，其操作系统为Palm OS。Palm OS是一种32位的嵌入式操作系统。Palm提供了串行通信接口和红外线传输接口；利用它可以方便地与其它外部设备通信、传输数据；拥有开放的OS应用程序接口，开发商可根据需要自行开发所需的应用程序。Palm OS是一套具有极强开放性的系统，现在有大约数千种专门为Palm OS编写的应用程序，从程序内容上看，小到个人管理、游戏，大到行业解决方案，Palm OS无所不包。在丰富的软件支持下，基干Palm OS的掌上电脑功能得以不断扩展。 Palm OS是一套专门为掌上电脑开发的OS。在编写程序时，Palm OS充分考虑了掌上电脑内存相对较小的情况，因此它只占有非常小的内存。由于基干Palm OS编写的应用程序占用的空间也非常小（通常只有几十KB），所以，基于Palm OS的掌上电脑（虽然只有几MB的RAM）可以运行众多应用程序。 由于Palm产品的最大特点是使用简便、机体轻巧；因此决定了Palm OS应具有以下特点。 (1)操作系统的节能功能。由于掌上电脑要求使用电源尽可能小，因此在Palm OS的应用程序中，如果没有事件运行，则系统设备进人半休眠（doze）的状态；如果应用程序停止活动一段时间，则系统自动进人休眠（sleep）状态。 (2)合理的内存管理。Palm的存储器全部是可读写的快速RAM，动态RAM（Dynamic RAM）类似于PC机上的RAM，它为全局变量和其它不需永久保存的数据提供临时的存储空间；存储RAM（Storage RAM）类似于PC机上的硬盘，可以永久保存应用程序和数据。 (3)Palm OS的数据是以数据库（database）的格式来存储的。数据库是由一组记录（records）和一些数据库头信息组成的。为保证程序处理速度和存储器空间，在处理数据的时候，Palm OS不是把数据从存储堆（Storage Heap）拷贝到动态堆（Dynamic Heap）后再进行处理，而是在存储堆中直接处理。为避免错误地调用存储器地址，Palm OS规定，这一切都必须调用其内存管理器里的API来实现。 Palm OS与同步软件（Hotsync）结合可以使掌上电脑与PC机上的信息实现同步，把台式机的功能扩展到了掌上电脑。Palm应用范围相当广泛，如：联络及工作表管理、电子邮件及互联网通信。 销售人员及组别自动化等等。Palm外围硬件也十分丰富，有数码相机、GPS接收器、调制解调器、GSM无线电话、数码音频播放设备、便携键盘、语言记录器、条码扫描、无线寻呼接收器、探测仪。 其中Palm与GPS结合的应用，不但可以作导航定位，还可以结合GPS作气候的监测、地名调查等。 2. Windows CE
嵌入式底层软件开发方法 自从20世纪70年代单片机出现以来，嵌入式系统已获得了较为深入的研究， 提出了一些嵌入式软件的开发方法，但嵌入式系统仍处于发展阶段，嵌入式系统 已经显示出广阔的应用前景。 1.嵌入式系统的定义 嵌入式系统又称为嵌入式计算机系统，是指嵌入到对象体系中的专用计算机系统。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统，嵌入性、专用性与计算机系统 是嵌入式系统的三个基本要素。嵌入式系统通常被描述为：以应用为中心，以计 算机技术为基础，软硬件可剪裁，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和 功耗有严格要求的专业计算机系统。 2.嵌入式系统的发展历程 嵌入式系统是在硬件和软件交替发展的支撑下逐渐趋于稳定和成熟的，它有着 悠久的历史。从20世纪70年代单片机的出现到现在各种嵌入式微处理器、微控制 器的大规模应用，嵌入式系统己经有了30多年的发展历史。纵观嵌入式技术的发展，大致经历了以下几个发展阶段。 (1)无操作系统阶段：主要是以功能简单的专用计算机或单片机为核心的可编 程控制器形式存在的系统，具有监测、伺服、设备指示等功能，一般没有操作系统 的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制。主要特点是：系统结构和功能都 相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口，比较适合于各类专 用领域。 (2)以嵌入式处理器和嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统：主要特点是出现 了高可靠、低功耗的嵌入式处理器，嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处 理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；片上系统(System On Chip，SOC)使得嵌入系统越来越小，具有大量的应用程序接口，开发应用程序简单，应用软件丰富。 3.嵌入式系统的构成及其特点 1)嵌入式系统的组成 嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件 系统等组成，具有专用性、可嵌入性、实时性、可移植性和分布式等特点。其中， 嵌入式微处理器是嵌入式硬件系统的核心部分，它担负着控制、协调系统工作的重 要任务，通常具有实时多任务处理能力、中断处理能力、存储器保护能力和低功耗 能力；支撑硬件主要包括存储介质、通信部件和显示部件等；支撑硬件的驱动程 序、操作系统、应用软件等一起构成嵌入式软件。
第一章绪论 1．嵌入式系统的定义、特点和分类 2．嵌入式操作系统 3．嵌入式系统的选型 4．嵌入式系统的发展趋势 5．嵌入式系统的关键技术 6．嵌入式系统的应用 思考与练习 1．什么是嵌入式系统？嵌入式系统的特点是什么？ 2．请说出嵌入式系统与其它商用计算机系统的区别。 3．嵌入式系统的关键技术有哪些？ 4．请说明嵌入式系统技术发展及开发应用的趋势。 5．你知道嵌入式系统在我们日常生活中哪些设备中应用?说明其采用的处理器是什么？采用的哪一个嵌入式操作系统？ 6．开发嵌入式系统的计算机语言主要有哪几种？分别用在什么场合？7. 嵌入式系统和专用集成电路的关系是什么？ 第二章嵌入式系统设计方法 1. 需求分析与系统分析法 2．软硬件协同设计方法 3．嵌入式硬件开发方法 4．嵌入式软件开发方法 5．构件式开发方法 6．软件调试与软件测试方法 思考与练习 1．请说出嵌入式系统设计的主要方法及设计流程。在嵌入式系统开发的总体设计中，需要进行哪几方面的工作？ 2．嵌入式硬件调试的主要方法及技术手段有哪些？ 3．什么是构件式开发方法？说明该方法对嵌入式系统开发具有什么意义，并举例说明。4．需求分析阶段分为哪几个步骤？每个步骤完成什么工作？ 5．在进行系统设计时，概要设计和详细设计的工作内容有什么不同？ 6．在嵌入式系统实现阶段，需要选择开发平台，通常开发平台的选择包括哪些内容？7．在当今IT 时代，为了使产品尽快进入市场，就产品开发阶段，你认为有哪些方法可以加快产品的开发速度? 8．什么是“黑盒”测试？什么是“白盒”测试？什么是“灰盒”测试？ 9．嵌入式系统开发中，使用软件组件技术有什么好处？ 10．什么是知识产权核(Intellectual Property Core,简称IP Core)？指出“软知识产权核(Soft IP Core)”、“硬知识产权核（Hard IP Core)”、“固知识产权核（Firm IP Core)”的意义和差别。 11．根据嵌入式软件开发的不同阶段，嵌入式开发工具有哪些种类？ 12．从底层硬件到上层应用，嵌入式软件的开发可以分为哪几种？ 13．什么是交叉开发环境？ 14．什么是OCD 调试方法？指出OCD 的主要形式JTAG 和BDM 的特点和区别？ 15．嵌入式软件的调试运行环境和固化运行环境主要区别是什么？
一、填空题:（10题,每题2分,共20分）1、嵌入式系统是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术,甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。 2、ARM 处理器当前主要有6个系列产品:ARM7、ARM9、ARM9E、 ARM10E SecurCore及最新的ARM11 系列。 3 、实时是嵌入式系统的主要特征, 根据截止时间的要求,可将实时分为硬实时和软实时。 4、嵌入式应用软件典型的开发方式是宿主机/ 目标机方式。 5、MISRA C已经被越来越多的企业接受，成为用于嵌入式系统的C语言标准, 特别是对安全性要求极高的嵌入式系统，其软件应完全符合MISRA标准。 6、插桩也称为打点,是在程序中插入额外的代码来获得程序在执行时有关行为信息的一种重要手段,属于动态测试的一种常用技术。 7、等价类划分的目的就是为了在有限的测试资源的情况下,用少量有代表性 的数据得到比较好的测试效果。 8、测试报告是把测试的过程和结果写成文档,并对发现的问题和缺陷进行分析,为纠正软件的存在的质量问题提供依据,同时为软件验收和交付打下基础。 9、TEmb作为一种全新的嵌入式软件结构化测试方法，覆盖了测试过程中的一些关键步骤,回答了“做什么、什么时候做、如何做、用什么方法做和谁去做”的问题。10、嵌入式软件测试自动化就是希望能够通过嵌入式软件测试自动化工具或其他的实现手段,按照测试人员预订的计划进行自动地嵌入式软件测试工 作。 二、选择题:（10题,每题2分,共20分） 1、嵌入式系统是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”主,要包括 ___ A___、__ B___、__C _ 、___D___。 A 嵌入式微处理器
C语言是嵌入式软件开发人员必须熟练掌握的编程语言。作为C语言的初学者重点掌握基本数据类型、复合数据类型、流程控制、数组、指针、函数这几方面的基本知识。本人建议通过观看视频教学的方式进行学习，这样既快速又通俗易懂，当然前提是必须找到优质的教学视频资源。此外，可以配合入门书籍谭浩强的《C语言程序设计》进行学习。如果想深入的学习可以参考美国人写的人民邮电出版社出版的《C Primer Plus》。 方法/步骤2: C语言的磨炼 掌握了基本的C语言语法以后并不代表我们就学会了C语言，关键是如何灵活的去运用。我们可以练习编写C语言学习书籍的课后习题或者在网站上搜索C语言笔试题库进行练习。也可以百度寻找经典的C 语言编程案例进行学习。总之，就是将C语言运用的越熟练越好。至于开发环境可以选择VC++ 6.0 或者linux。 方法/步骤3: 硬件电路基础
嵌入式软件工程师还必须懂一些硬件电路的基本知识。当然，对于刚入门的软件开发人员没必要非常精通电路技术，熟悉基本的电子元器件的功能即可。例如，电阻、电容、电感的作用以及符号，三极管、MOS管导通截止的条件，微处理器、晶振的基本概念等。至于，以上这些基本知识我们可以通过童诗白的第四版《模拟电子技术基础》和网上查阅的资料进行学习。 方法/步骤4: 如何看懂原理图 作为嵌入式软件开发人员我们经常会和硬件打交道，我们的程序最终会被烧录到微处理器内部运行。所以，我们必须要会看硬件原理图，看懂之后才知道如何写程序。首先，我们要知道嵌入式硬件最小系统的组成部分，包括电源电路、晶振、微处理器、复位电路。然后以微处理器为中心向四周查看，主要看我们可以操纵的外设资源。以上知识的学习我们不妨经常浏览一下某些知名IT网站其他人上传的经典原理图。 方法/步骤5: 基本外设知识
1、引言 随着经济的发展和科技的进步，信息技术的发展使人类进入数字时代，而伴随着计算机技术发展起来的嵌入式技术得到了巨大的发展，改变了人们的日常生活。随着对嵌入式产品对各方面的要求越来越高，对嵌入式产品的性能有着决定性影响的嵌入式软件的测试显得尤为重要。 嵌入式软件测试的目的是保证软件满足需求规格说明，与非嵌入式软件的测试目的是一样的。系统失效是系统没有满足—个或多个正式需求规范中所要求的需求项，嵌入式软件有其特殊的失效判定准则。 而且嵌入式软件对可靠性的要求比较高。安全性的缺陷往往会导致灾难性的后果，即使是非安全性系统，由于大批量生产也会导致严重的经济损失。这就要求对嵌入式系统，包括嵌入式软件、嵌入式硬件进行严格的测试、确认和验证。 一般来说，软件测试有7个基本阶段，即单元或模块测试、集成测试、外部功能测试、回归测试、系统测试、验收测试、安装测试。嵌入式软件测试在4个阶段上进行，即模块测试、集成测试、系统测试、硬件/软件集成测试。前3个阶段适用于任何软件的测试，硬件/软件集成测试阶段是嵌入式软件所特有的，目的是验证嵌入式软件与其所控制的硬件设备能否正确地交互。 2、嵌入式软件测试环境 嵌入式软件测试的测试环境主要有两种： 1）目标环境测试：基于目标的测试测试全面有效，但是消耗较多的经费和时间。 2）宿主环境测试：基于宿主的测试代价较小，但是有些对环境要求高的功能和性能宿主机无法模拟，测试无法实现。 目前的趋势是把更多的测试转移到宿主环境中进行，把宿主环境测试无法实现的复杂和独特功能放在目标环境测试。我们的工作重点是基于宿主环境的测试，基于目标环境的测试作为补充。 在两个环境中可以出现不同的软件缺陷，重要的是目标环境和宿主环境的测试内容有所选择。在宿主环境中，可以进行逻辑或界面的测试、以及与硬件无关的测试。在模拟或宿主环境中的测试消耗时间通常相对较少，用调试工具可以更快地完成调试和测试任务。而与定时问题有关的白盒测试、中断测试、硬件接口测试只能在目标环境中进行。在软件测试周期中，基于目标的测试是在较晚的“硬件/软件集成测试”阶段开始的，如果不更早地在模拟环境中进行白盒测试，而是等到“硬件/软件集成测试”阶段进行全部的白盒测试，将耗费更多的财力和人力。 3、白盒测试与黑盒测试 白盒测试或基本代码的测试主要任务为检查程序的内部设计，或者在开发环境中进行硬件仿真，一般不必在目标硬件上进行。根据源代码的组织结构查找软件缺陷，要求测试人员对软件的结构和功能有详细深入的了解。白盒测试与代码覆盖率密切相关，可以在测试中计算出代码的覆盖率，保证测试的充分性。嵌入式软件测试通常要求有较高的代码覆盖率，要选择最重要的代码进行白盒测试。 黑盒测试在某些情况下也称为功能测试。这类测试方法根据软件的用途和外部特征查找软件缺陷，不需要了解程序的内部结构。黑盒测试不依赖代码，从实际使用的角度进行测试。黑盒测试与需求紧密相关，
* 本文由hquwgz贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 嵌入式系统及应用 第九章嵌入式系统软件的开发 主要内容 嵌入式软件开发工具嵌入式系统开发模式实时软件分析设计方法 第一节嵌入式软件开发工具 嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件的交叉开发环境嵌入式软件实现阶段的开发过程嵌入式软件开发工具的发展趋势 / 嵌入式软件开发工具 “工欲善其事，必先利其器”嵌入式软件开发工具的集成度和可用性将直接关系到嵌入式系统的开发效率。 嵌入式软件开发工具的分类 嵌入式软件开发阶段 嵌入式软件开发工具的分类 根据不同的阶段，嵌入式软件开发工具可以分为： 需求分析工具（Requirement Analysis Tools）软件设计工具(Software Design Tools) 编码、调试工具(Coding Tools) 测试工具(Testing Tools) 配置管理工具、维护工具等 Rational Rose RealTime ObjectGeode Rhapsody TAU Tornado LambdaTOOL pRISM+ Spectra Win CE Platform Builder CodeWarrior Xray Debugger Logiscope CodeTEST … Phases Requirement Analysis Software Design Coding Test Release 主要嵌入式软件开发工具产品 嵌入式软件开发工具的分类 嵌入式软件的开发可以分为以下几种： 编写简单的板级测试软件，主要是辅助硬件的调试开发基本的驱动程序开发特定嵌入式操作系统的驱动程序（板级支持包）开发嵌入式系统软件，如：嵌入式操作系统等开发应用软件 嵌入式软件开发工具的分类 从以上嵌入式软件开发分类来看，嵌入式软件开发工具可以分为： 与嵌入式OS相关的开发工具，用于开发： ` 基于嵌入式OS的应用部分驱动程序等 与嵌入式OS无关的开发工具，用于开发： 基本的驱动程序辅助硬件调试程序系统软件等 嵌入式软件的交叉开发环境 交叉开发环境是指用于嵌入式软件开发的所有工具软件的集合，一般包括： 文本编辑器交叉编译器交叉调试器仿真器下载器等 交叉开发环境由宿主机和目标机组成，宿主机与目标机之间在物理连接的基础上建立起逻辑连接。 运行平台Target ]
嵌入式软件测试工程师 一、嵌入式软件测试工程师任职条件 1、自动化、计算机、电子通信以及相关学科，硕士以上学历； 2、熟悉嵌入式Linux、Android、Windows CE或其它嵌入式操作系统下的开发和调试; 3、具有良好汇编语言和C语言的编程能力； 4、了解流行的处理器架构ARM/MIPS/POWERPC/ColdFire等；熟悉嵌入式系统的体系结构，熟悉嵌入式操作系统下的应用程序编写；熟练使用1种以上脚本开发,Lua。 5、3年以上嵌入式操作系统开发或测试经验； 有良好的编码习惯，能够按照代码规范进行编码及文档工作； 具有吃苦精神，能够承受较大的工作压力，自学能力强； 富于团队合作精神，工作责任心强；较强的英语阅读 5、熟悉测试基本理论、包括黑盒、白盒测试技术；熟悉功能测试和性能测试方法，熟悉软件测试流程和质量保证体系优先； 能力； 6、熟悉大型数据库，SQLSERVER、Oracle等。 .根据系统需求与设计能够编制测试方案，制定测试计划与测试用例；
7、具备系统测试环境的搭建与维护能力； 具备较强的设计文档的理解能力，口头和文字表达能力强； 8、熟悉C、C++ 编程，掌握gcc/make等相关开发工具；能够熟练掌握ADS、KeilC等嵌入式软件设计调试工具；熟悉TCP/IP网络协议，熟悉socket编程；掌握多种软件测试工具。 9、掌握常用的linux命令，熟悉数据库(SQL和Oracle)的基本操作; 10、.要有良好的组织沟通能力，具有团队协助精神； 二、嵌入式软件测试工程师职责 1、组建软件测试团队，制定相关测试流程及技术管理体系； 2、带领测试团队展开测试工作，负责产品的质量保证体系的建立； 3、规划测试策略，制定测试方案和计划，并负责计划的管理；负责按照测试计划组织实施软件测试；包括测试需求文档编写，测试用例设计，测试脚本执行；完整地记录测试结果，编写完整的测试报告等相关的技术文档； 4.对测试中发现的问题进行详细分析和准确定位，与开发人员讨论缺陷解决方案。 5.提出对产品的进一步改进的建议，并评估改进方案是否合理，对测试结果进行总结与统计分析，对测试进行跟踪，并提出反馈意见。 6.为业务部门提供相应技术支持，确保软件质量指标。 7、制定和实行测试相关的培训计划，提高测试团队的整体工作能； 8、做好测试和软硬件部门的沟通和协调工作。
.嵌入式软件开发流程
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嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成品，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。本书在4.1.5节对各种不同的嵌入式操作系统进行了比较，读者可以以此为依据进行相关的选择。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。 由于本书主要讨论嵌入式软件的应用开发，因此对硬件开发不做详细讲解，而主要讨论嵌入式软件开发的流程。
1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。
嵌入式软件测试与一般软件测试之异同研究 作者：网络转载发布时间：[ 2013/3/5 9:09:17 ]推荐标签： 摘要：随着计算机技术的普及，软件系统已经深入到生活的各个方面，从普通的计算机软件，到银行或超市的终端系统，甚至到手机的软件系统。对软件的质量要求也在不断提高，软件测试及其技术也有了飞速发展。在对软件测试技术相关基本概念研究解析的基础上，分析软件测试起源与发展，保证软件产品的质量、提高产品的可靠性。对于嵌入式软件系统，因其多样性，基于操作系统，使用的开发环境，微控制器都是日益繁多的，所以嵌入式软件测试与普通软件测试相比有其自身的特点。 关键字：软件测试；嵌入式测试；软件质量 1、引言 嵌入式软件的开发和测试也就与普通软件的开发和测试策略有了很大的不同，嵌入式软件系统是一种针对特殊任务、特殊环境而进行特殊设计的定制产品，有其专门的开发环境、软硬件紧密结合、严格的实时要求等特点。使得嵌入式软件测试与普通软件测试虽有相似之处，但有也有其自身独特的特点。 2、软件测试和嵌入式软件测试 2.1 软件测试的定义及目的 软件测试，即Software Testing。软件测试的定义有很多，在1979年出版的一本经典著作《软件测试艺术》（The art of software testing）中，GLEMFORD J.MYERS曾经对软件测试下过如下定义：软件测试就是为了发现错误而执行程序或系统的过程。虽然它不太完善，但放在当时的情况下是可以说的通的。 随着计算机和软件技术的发展，软件应用的复杂性和规模的不断扩大，软件测试技术的研究也取得了很大的突破。早期的定义已经不适用了，许多专家对软件测试提出了各种各样的定义。综合起来，我们可以定义“软件测试是由一个程序的行为在有限测试用例集合上，针对期望的行为的动态验证组成，测试用例是从通常的无限执行域中适当选取的”。
关于嵌入式系统软件的全过程质量保证 质量是产品的生命 当今随着软、硬件技术的发展，嵌入式系统广泛应用于航空航天、国防军事、电子通信等行业，其中软件也越来越复杂。而这些领域应用特点，决定了嵌入式系统往往是高安全、任务关键的系统，软件的微小瑕疵就可能严重威胁到生命和国家的安全、天文数字的巨额财产损失。这就使得保证嵌入式软件的质量和可靠性，变得至关重要。而在这些领域，对产品质量从来就保持着高度的重视，有将“质量视为产品的生命”的传统。这样，相关行业的高层管理人员和开发人员对于软件的质量也逐渐提高了重视程度。近年来，在组织上，建立了完善的软件测试体系；在开发和测试方法上，建立了中国的软件过程成熟度的评价体系GJB5OO0在自动化工具方面，投入了大量的经费和人员在测试设备的开发、购置和建设方面。应该说，软件作为嵌入式产品主要的组成部分之一，对其质量的重视是目前相关行业的一个共识。 IBM Rational多年来在软件工程和质量保证方面积累了丰富的方法和经验。本文依据部分嵌入式开发机构对软件质量保证工作的一些理解，分析相应开发机构工作中可能的问题，并提出以RUP为核心的全过程质量管理的思想和具体的实现方式，提出不同单位的过程改进方法，以一种渐进的方式，从简单的工作开始，逐渐深入地改进组织的软件质量管理水平。 定义质量 对于任何一个组织，定义共同的对质量的理解是重要的第一步。软件开发组织经常按照一种不精确的、概括的质量观念来运转。 在IBM Rational统一过程中，质量定义如下： 满足或超出认定的一组需求； 使用经过认可的评测方法和标准来评估； 使用认定的流程来生产。 在这个定义中，我们首先看需求，IBM Rati onal的软件质量在用户需求方面的定义分为五个方面：易用性、可靠性、性能、可支持和功能。 质量保证，归根结底就是为客户提供更高品质的产品，更好地满足客户的需求。另一方面，这个质量定义中明确指出，质量更体现在软件开发的整个过程和一个标准的评价方式上。 软件开发过程质量就是指为了生成工件而对可接受流程的实施和遵守程度，体现在三个层次： 产品本身和用来生产、组装软件产品的零部件质量； 在软件开发过程的标准化、流程化、自动化程度和团队基本协作平台的效率，各个过程对质量的承诺； 软件产品验收的评测手段应该是被业界广泛认可和接受的方法，所构筑的质量评价标准。 一个软件生产企业的过程质量一般可以用它的软件过程成熟度等级来评估。 RUP全过程质量保证 Rational Unified Process (RUP是一个可以通过Web来使用的软件工程过程。作为软件工业事实上的标准，它回答了我们以下问题：在整个软件开发的各个过程中，谁（角色）应该在什么时候（详细工作流程）做什么（任务）和产生什
嵌入式软件测试基础知识 测试是传统软件开发的最后一步。整个软件开发过程，需要收集要求、进行高层次的设计、详细设计、创建代码、进行部分单元测试，然后集成，最后才开始最终测试。最佳的开发实践应包含代码检查这个步骤。然而代码检查一般只能找出70%的系统错误，因此完美的测试环节绝对必不可少。测试就像个复式记帐系统，可以确保将缺陷扼杀在最终推出的产品之前。在所有其它的工程实践中，测试都被视为基本环节。比如，在美国，每一座联邦政府出资修建的桥都必须经过大量的风洞测试。而在软件领域，测试并没有很受重视。尽管测试是所有工程实践准则的关键部分，但编写测试程序却感觉是在浪费时间。好在嵌入式系统设计界内的许多领域已经将测试作为其工作的核心部分，他们认识到将这个关键步骤放在项目末期极不明智，因而主张同步地编写测试程序和应用程序。嵌入式系统软件测试在诸多方面都与应用软件测试一样。不过，应用测试与嵌入式系统测试之间还是存在一些重要差异。嵌入式开发人员一般会用到基于硬件的测试工具，而这类工具通常不会用于应用开发过程中。此外，嵌入式系统一般都有些独一无二的特性，这些特性应该在测试计划中得以体现。本文将介绍测试和测试案例开发的基础知识，并指出整个嵌入式系统测试工作的特有细节。何时测试以及如何测试从图1可以看出，在可行的条件下，测试应尽早展开。一般来讲，最早的测试是由最初的开发人员进行的模块或单元测试。遗憾的是，开发人员大多对如何建构一整套测试例程以进行测试所知不足。由于精心设计的测试例程通常直到集成测试时才能使用，因此许多在单元测试过程中就能找出的缺陷直到集成测试时才会被发现。比如，硅谷的一家大型网络设备厂商为找出其软件集成问题的关键原因，进行了一项研究。这家厂商发现，在项目集成阶段找出的缺陷中，有70%是由在集成之前从没被执行过的程序所产生的。 2012-3-16 11:05:05 上传 下载附件 (9.94 KB) 图1：改正问题的成本。单元测试：开发人员在单独进行模块级测试时一般是编写存根代码(stub code)取代余下的系统软硬件。在开发周期的这个环节，测试主要侧重于代码的逻辑性能。通常，开发人员会分别使用某些平均值、高值或低值、以及某些超出范围的值(以测试代码的异常处理功能)进行测试。但这些基于“黑匣子”的测试仅能对模块中整个代码的一部分进行测试。回归测试：测试不应是一劳永逸的。每次修改程序后都应该重新进行测试，以确保这些更改不会无意中“误伤”某些不相关的行为。称为回归测试的这类测试，一般是通过测试脚本自动进行的。比如，如果你设计了一组100个输入/输出(I/O)测试，回归测试脚本会自动执行这100个测试，然后将输出与一组“黄金标准”输出进行对比。每次对代码的任何部分进行修改时，都要对包含被修改代码的整个程序运行整套回归测试程序包，以确保修改过程中不会“误伤”其余代码。测试什么因为没有一个实际的测试集可以证明一个程序是正确的，因此关键问题变成了哪个测试子集最有可能检测到最多的错误。选择合适的测试例程的问题被称为测试例程设计。虽然存在数十种测试案例的设计方法，但它们通常可归为两种截然不同的方法：功能测试和覆盖测试。功能测试(也称为黑匣子测试)选择可评估实现与需求规格符合程度的测试。覆盖测试(也称为白匣子测试)选择可执行代码某些部分的测试例程。(过后，将详细讨论这两种方法。)这两种测试都是对嵌入式设计进行严格测试所必需的。其中，覆盖测试表示代码的稳定性，所以这种测试是用于已经完成或将近完成的产品的。另一方面，可在编写要求文档时，同时编写功能测试。事实上，从功能测试开始入手，可以最大限度地降低重复劳动和重写测试案例的工作。因此，在我看来，要先考虑功能测试。每个人都同意先编写功能测试这个观点，有人认为，功能测试在系统集成阶段(而不是在单元测试时)最有用。以下是整合功能测试和覆盖测试方
嵌入式软件的开发流程 嵌入式系统是指用于执行独立功能的专用计算机系统。它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以此满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。最简单的嵌入式系统仅有执行单一功能的控制能力，比如说单片机的应用，在唯一的ROM 中仅有实现单一功能控制程序，无微型操作系统。复杂的嵌入式系统，例如个人数字助理（PDA）、手持电脑（HPC）等，具有与PC几乎一样的功能。实质上与PC的区别仅仅是将微型操作系统与应用软件嵌入在ROM、RAM 和/或FLASH存储器中，而不是存贮于磁盘等载体中。很多复杂的嵌入式系统又是由若干个小型嵌入式系统组成的。 近些年来，随着以计算机技术，通讯技术为主的信息技术的快速发展和Internet 的广泛应用，传统的控制学科正在发生变革，出现了许多新的生长点。伴随而来的一个现象是控制专业的相当多的学生在毕业后进入了计算机，通讯行业，以致有人说学控制没有用，自动化专业可以取消了。这些情况的出现使我们控制教育工作者反复思考，传统的控制应如何拓宽它的领域？控制专业应该教什么才使学生感到有用？流行的嵌入式操作系统可以分为两类：一类是从运行在个人电脑上的操作系统向下移植到嵌入式系统中，形成的嵌入式操作系统，如微软公司的Windows CE及其新版本，SUN公司的Java操作系统，朗讯科技公司的Inferno，嵌入式Linux等。这类系统经过个人电脑或高性能计算机等产品的长期运行考验，技术日趋成熟，其相关的标准和软件开发方式已被用户普遍接受，同时积累了丰富的开发工具和应用软件资源。 另一类是实时操作系统，如WindRiver 公司的VxWorks，ISI 的pSOS，QNX系统软件公司的QNX，ATI 的Nucleus，中国科学院凯思集团的Hopen嵌入式操作系统等，这类产品在操作系统的结构和实现上都针对所面向的应用领域，对实时性高可靠性等进行了精巧的设计，而且提供了独立而完备的系统开发和测试工具，较多地应用在军用产品和工业控制等领域中。Linux 是90年代以来逐渐成熟的一个开放源代码的操作系统。PC机上的Linux 版本在全球数以百万计爱好者的合力开发下，得到了非常迅速的发展。90 年代末uClinux，RTLinux 等相继推出，在嵌入式领域得到了广泛的关注，它拥有大批的程序员和现成的应用程序，是研究开发工作的宝贵资源。 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。
一般来说，软件测试有7个基本阶段，即单元或模块测试、集成测试、外部功能测试、回归测试、系统测试、验收测试、安装测试。嵌入式软件测试在4个阶段上进行，即模块测试、集成测试、系统测试、硬件/软件集成测试。前3个阶段适用于任何软件的测试，硬件/软件集成测试阶段是嵌入式软件所特有的，目的是验证嵌入式软件与其所控制的硬件设备能否正确地交互。 1、白盒测试与黑盒测试 一般来说，软件测试有两种基本的方式，即白盒测试方法与黑盒测试方法，嵌入式软件测试也不例外。 白盒测试或基本代码的测试检查程序的内部设计。根据源代码的组织结构查找软件缺陷，一股要求测试人员对软件的结构和作用有详细的了解，白盒测试与代码 嵌入式测试 覆盖率密切相关，可以在白盒测试的同时计算出测试的代码的覆盖率，保证测试的充分性。把100％的代码都测试到几乎是不可能的，所以要选择最重要的代码进行白盒测试。由于严格的安全性和可靠性的要求，嵌入式软件测试同非嵌入式软件测试相比，通常要求有更高的代码覆盖率。对于嵌入式软件，白盒测试一般不必在目标硬件上
进行，更为实际的方式是在开发环境中通过硬件仿真进行，所以选取的测试工具应该支持在宿主环境中的测试。 黑盒测试在某些情况下也称为功能测试。这类测试方法根据软件的用途和外部特征查找软件缺陷，不需要了解程序的内部结构。黑盒测试最大的优势在于不依赖代码，而是从实际使用的角度进行测试，通过黑盒测试可以发现白盒测试发现不了的问题。因为黑盒测试与需求紧密相关，需求规格说明的质量会直接影响测试的结果，黑盒测试只能限制在需求的范围内进行。在进行嵌入式软件黑盒测试时，要把系统的预期用途作为重要依据，根据需求中对负载、定时、性能的要求，判断软件是否满足这些需求规范。为了保证正确地测试，还须要检验软硬件之间的接口。嵌入式软件黑盒测试的一个重要方面是极限测试。在使用环境中，通常要求嵌入式软件的失效过程要平稳，所以，黑盒测试不仪要检查软件工作过程，也要检查软件换效过程。 2、目标环境测试和宿主环境测试 在嵌入式软件测试中，常??折衷。基于目标的测试消耗较多的经费和时间，而基于宿主的测试代价较小，但毕竟是在模拟环境中进行的。目前的趋势是把更多的测试转移到宿主环境中进行，但是，目标环境的复杂性和独特性不可能完全模拟。 在两个环境中可以出现不同的软件缺陷，重要的是目标环境和宿主环境的测试内容有所选择。在宿主环境中，可以进行逻辑或界面的测试、以及与硬件无关的测试。在模拟或宿主环境中的测试消耗时间通常相