引言
軟件質量即業務生命。軟件測試項目已經變得比以往任何時候都復雜和困難。1979年，Glenford Myers在《The Art of Software Testing》一書中提出“測試的目的是證偽”這一概念，推翻了過去“為表明軟件正確而進行測試”的錯誤認識，為軟件測試的發展指出了方向，軟件測試的理論、方法在之后得到了長足的發展。但是，目前中國許多軟件企業仍存在著“重開發、輕測試”的傾向，從而造成軟件產品的質量問題日漸突出。因此，如何制定有效的軟件測試過程、保障軟件業的健康化發展，已成為當務之急。
嵌入式軟件作為軟件家族中重要的分支，在當今人民生活和國防事業中得到越來越廣泛的應用，由于嵌入式軟件自身軟硬件結合的復雜性、其質量的重要性，也造就了其軟件測試的特殊性，那就是在執行正常軟件測試的單元測試、集成測試、配置項測試、系統測試的過程中，還要考慮到軟件與硬件的兼容問題，即需要進行軟、硬件集成測試。本文將重點研究嵌入式軟件與硬件集成時的測試過程。
根據筆者在嵌入式軟件測試工作過程中的經驗，歸納提出了軟硬件集成測試過程，同時結合當前軟件測試理論前沿知識，把該測試過程進行重組和改進，并給出了測試模型，以期嵌入式軟件與硬件集成測試過程能夠在實際中廣泛應用。
1 、嵌入式軟件測試基本概念
1.1 嵌入式軟件
和普通計算機系統一樣，嵌入式系統除了需要硬件結構和配置外，還需要相應軟件的支持才能完整地實現系統的功能。目前，嵌入式系統的軟件體系結構通常都采用以實時內核為基礎的分層體系結構。組成嵌入式系統的軟件大致可分為如下幾層：
驅動層（硬件抽象層）：驅動層是最靠近硬件的一層，它屬于最底層的軟件，直接和硬件打交道，它為操作系統內核和應用提供使用硬件的接口即驅動的支持。
操作系統層（實時內核層）：該層的主要功能是協助最頂層的應用層更好地進行任務的調度、消息管理和異常處理等工作，由于該層的支持，特別是實時內核的作用，大大地減輕了嵌入式軟件開發人員開發嵌入式軟件的難度，同時也縮短了嵌入式軟件的開發周期。
應用軟件實現支持層：嵌入式應用軟件的實現需要編程語言的支持。目前，應用于嵌入式軟件編程語言主要有面向過程的語言C和面向對象的編程語言C++、ADA等，應用這些語言開發的應用程序在嵌入式系統中運行時都需要相應的編譯器或解釋器的支持，轉換成相應的機器碼，才能在嵌入式系統中實現應用程序對應的功能。
應用層：應用層軟件主要由多個相對獨立的應用任務組成，每個應用任務完成特定的工作，如計算任務和通信任務等，各個任務的運行由操作系統進行調度。
1.2 測試用語
嵌入式軟件(Embedded Software)：嵌入式計算機系統中的軟件，其與硬件聯系緊密，并且通常要求強實時性。
測試環境(TeST EnvirONment)：執行測試程序所需要的硬件平臺和軟件資源構成的環境。
測試用例(Test Case)：為測試項規定輸入、預期結果和一組執行條件的文檔。
測試程序(Test Procedure)：執行測試用例的程序形式，其執行需要相應測試環境的支持。
問題描述報告(Problem DescripTIon Report)：對軟件測試過程中發現問題的簡要描述。
更改的判定條件覆蓋(Modified Condition/Decision Coverage, MC/DC)：對設計足夠多的測試用例，使得判定中每個條件的所有可能結果至少出現一次，每個判定本身的所有可能結果也至少出現一次，每個入口點和出口點至少要喚醒一次，并且每個條件都顯示能單獨影響判定結果。
圖1 嵌入式軟件軟硬件集成測試過程
2 、 軟硬件集成測試過程
軟硬件集成測試應該在嵌入式軟件集成測試完成的基礎上進行。此時軟件已按照功能模塊組裝成子系統，為了有效驗證該子系統軟件與硬件功能的協調性，保證軟件在特定的硬件平臺上能夠按照設計的要求進行工作，完成其要求的功能、性能指標，就必須進行嵌入式軟件的軟硬件集成測試。
2.1 嵌入式軟件測試過程
軟件開發人員在開發過程中，一般遵循如下步驟：
① 系統軟硬件功能劃分，形成軟、硬件研制任務書。
② 系統軟件需求分析。
③ 系統軟件概要設計。
④ 系統軟件詳細設計。
⑤ 軟件編碼。
測試人員恰恰以相反的步驟實現測試過程：
① 單元測試。軟件單元測試的目的是檢測程序模塊是否符合《詳細設計說明書》的要求。通常會采用白盒測試技術，如基于路徑覆蓋原理等。
② 集成測試（配置項測試）。軟件集成測試的目的是檢測程序是否符合《概要設計說明書》的要求。通常采用黑盒測試技術，但有時為了確保主要控制路徑的覆蓋測試，也會采用一定的白盒測試技術。
③ 軟硬件集成測試。軟硬件集成測試的目的是為了檢測系統劃分軟硬件功能后，在軟件集成測試完成的基礎上，測試模塊軟件在硬件平臺上的運行情況，主要是對嵌入式軟件的實時性、嵌入性及功能性能指標的測試。
④ 系統測試。關注所設計的系統，在模塊與模塊集成之后構成完整系統時所表現出的質量指標，包括正確性、可擴性等。
⑤ 確認測試。針對確認標準的測試。確認標準由需求分析產生，所以實際上就是指規格化的需求，通常采用黑盒測試技術。
2.2 軟硬件集成測試過程
由圖1可以看到，軟硬件集成測試主要是在軟件集成測試完成后，形成獨立的配置項，加載到相應的硬件平臺上進行測試，以確定軟硬件是否能夠協同工作，實現系統既定的功能。
具體分為以下幾個步驟：
① 系統測試組負責與系統工程組共同完成制定《軟硬件集成測試計劃》和《軟硬件集成測試計劃測試說明》的編寫。
② 按軟件*審管理辦法，對《軟硬件集成測試計劃》和《軟硬件集成測試說明》進行同行*審。
③ 根據*審意見，對《軟硬件集成測試計劃》和《軟硬件集成測試說明》修改完善，履行審批手續后歸檔、入庫。
④ 系統測試組按《軟硬件集成測試計劃》、《軟硬件集成測試說明》，實施軟硬件集成測試。
⑤ 系統工程組組織軟件、硬件項目組協助確定和定位軟件中存在的缺陷和錯誤。
⑥ 軟件工程組對發現的軟件缺陷和錯誤進行確認和更改。
⑦ 測試人員對更改后的軟件配置項進行回歸測試。
⑧ 軟件設計人員將通過回歸測試的軟件入庫。
⑨ 測試人員編制測試報告。
2.3 軟硬件集成測試模型
綜上所述，嵌入式軟件的軟硬件集成測試過程主要是在需求規格說明完成的情況下，結合通用的標準、規范以及接口控制文件，與軟件設計同步，編寫軟硬件集成測試的《測試的計劃》和《測試的說明》，經過*審后，把被測試軟件加載到目標機上運行，以檢測嵌入式軟件與硬件配合完成系統功能、性能的質量。軟硬件集成測試模型如圖2所示。
圖2 軟硬件集成測試模型
3 、 過程的可行性驗證
為驗證上述過程的可行性及測試模型的有效性，某嵌入式軟件開發項目組在開發過程中按照此過程及模型進行了軟硬件集成測試。
3.1 軟硬件集成測試硬件平臺
① 目標機處理器：ARM核LPC2294單片機。
② 目標機外圍接口：ARINC429，RS422，離散量、模擬量等。
③ 目標機調試接口：JTAGH并口，RS232串口。
④ 宿主機調試環境：ADS1.2開發平臺。
⑤ 宿主機平臺：PC機（Windows XP系統）、并口、RS232串口。
3.2 軟硬件集成測試過程
① 目標機上電、宿主機打開調試環境。
② 加載經過集成測試的嵌入式軟件到目標機，并啟動運行軟件。
③ 根據*審完成的測試說明及測試計劃進行軟硬件集成測試。
④ 根據測試結果編寫測試報告。
3.3 測試
結論根據上述測試過程測試完成的軟件，在交付使用后，至今只收到用戶的3份輕微級缺陷報告，比沒有經過軟硬件集成測試即進行系統測試的軟件，質量有較大提高，節省了大量的缺陷修正時間，提高了企業效益。
4、結論
軟硬件集成測試是保證嵌入式軟件質量的關鍵一步，嵌入式軟件測試已成為目前嵌入式應用領域的重要研究方向。從國內外對嵌入式軟件測試的研究中，可以發現其大多著重關注嵌入式軟件的調試工作，而鮮見系統的對軟硬件集成測試的研究。隨著嵌入式軟件規模應用的加大、質量保證要求的提高，對嵌入式軟件的測試要求顯然已經不能停留于僅僅通過調試就可以了，必然需要有更加全面的、系統化的測試過程。論文根據軟硬件集成測試方面的經驗，總結提出了軟硬件集成測試的流程及模型，希望能夠對嵌入式軟件測試的研究提供幫助。