什么是在環(huán)測試

嵌入式系統(tǒng)軟件是一個競爭優(yōu)勢。軟件可以使得已經(jīng)舒適的乘坐更具吸引力，比競爭性交通工具更好。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 – 只需按一下開關(guān)便可將舒適的公路汽車變?yōu)楦哌\(yùn)動特色的交通工具。

當(dāng)然也可在硬件中實(shí)現(xiàn)那些可以通過軟件獲得的功能，但是這樣做會相應(yīng)地增加制造成本和產(chǎn)品價格。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，以滿足不斷增長的需求。

圖1，在環(huán)測試示意圖

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有及時發(fā)現(xiàn)的缺陷問題會抹殺掉軟件功能具有的所有優(yōu)勢。

嵌入式軟件開發(fā)行業(yè)意識到這一點(diǎn)，并基于圖形化模型進(jìn)行軟件開發(fā)，以應(yīng)對不斷增長的復(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。本文簡要概述通過基于模型的設(shè)計的關(guān)鍵軟件測試方法。

1 通過模型開發(fā)和測試嵌入式軟件

建模是設(shè)計和開發(fā)中的一個重要步驟，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。模型還允許在開發(fā)的同時，進(jìn)行持續(xù)地進(jìn)行測試和驗(yàn)證。

圖2，建模是設(shè)計和開發(fā)中的一個重要步驟

在早期的設(shè)計階段，開發(fā)者可開發(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。這些目標(biāo)獨(dú)立的行為模型將用于設(shè)計驗(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高層需求可追溯性的模型通常被稱為“可執(zhí)行規(guī)范”。

對可執(zhí)行規(guī)范的進(jìn)一步開發(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，這些模型會對代碼生成做優(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驗(yàn)證過程，確保產(chǎn)品代碼生成模型中引入的變更不會改變軟件的行為。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試為代碼驗(yàn)證。

把驗(yàn)證分布在設(shè)計驗(yàn)證和代碼驗(yàn)證階段允許我們更早地開始驗(yàn)證工作，更多的關(guān)注在測試上和更短的時間去修復(fù)在測試中檢測到的錯誤。在本文的其余部分，我將介紹兩個設(shè)計驗(yàn)證方法：

·模型在環(huán)測試

·軟件在環(huán)測試

以及用于代碼驗(yàn)證的兩個方法：

·處理器在環(huán)測試

·硬件在環(huán)測試

2 設(shè)計驗(yàn)證

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

·模型在環(huán)測試

與“靜態(tài)”的書面設(shè)計不同，可在仿真過程中評估可執(zhí)行規(guī)范。通常，通過改變一組模型參數(shù)或輸入信號，或通過查看輸出結(jié)果或模型的響應(yīng)，來完成這一操作。依據(jù)模型執(zhí)行的仿真順序也稱為模型在環(huán)測試。

模型在環(huán)測試的測試數(shù)據(jù)可來自測試矢量數(shù)據(jù)庫，或來自實(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化仿真結(jié)果評估的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

模型在環(huán)測試的結(jié)果可用于驗(yàn)證軟件行為是否正確，并確認(rèn)開發(fā)流程的初始需求。通過仿真收集的信息會成為代碼驗(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)(軟件算法測試)

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

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

通常利用軟件在環(huán)測試來驗(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)較多成本來維護(hù)一些舊的但是正確的代碼，這對于在建模環(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)計質(zhì)量及其對現(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)

從概念上來說，處理器在環(huán) (PIL) 測試類似于軟件在環(huán)測試。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 CAN 或串行設(shè)備之間通過真正的輸入輸出來完成。

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試框架。通過處理器在環(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)逐步說明裝配級別說明，就像在完全嵌入式系統(tǒng)中那樣進(jìn)行鏈接和部署。

通過 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)行時所需的其他庫，以及在執(zhí)行驗(yàn)證方案過程中監(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)時分析。

·硬件在環(huán) (HIL)

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

圖5，硬件在環(huán)

為了重新利用為前面描述的測試方法創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，并繼續(xù)使用該結(jié)果作為實(shí)時測試的指導(dǎo)和基準(zhǔn)，我們?yōu)槟Ｐ蜕纱a并在實(shí)時環(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)備上的測試風(fēng)險，但是它允許我們驗(yàn)證算法的實(shí)時方面。

此類型的驗(yàn)證要求尖端的信號調(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)場測試之前，作為最后一個實(shí)驗(yàn)室測試步驟。

4 結(jié)論

嵌入式系統(tǒng)開發(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。通過仿真建模以及代碼生成使快速原型和更加系統(tǒng)的測試和早期驗(yàn)證成為可能。

上述的每個在環(huán)測試方法解決了特定類型的問題，并且具有某些優(yōu)勢。本文中描述的不同方法在嚴(yán)格的開發(fā)過程中均出現(xiàn)過，每個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。