2024年10月6日发(作者：洛白竹)
总第２７１期
２０１２年第５期
计算机与数字工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．５
１１７
一
种嵌入式软件的组合测试指标获取方案
张荣曹小鹏孙家泽
西安７１００６１） （西安邮电学院计算机学院
摘要为了获取组合测试中适应值函数所需要覆盖率、测试运行代价等信息，设计实现了基于嵌入式软件源代码插桩的指标获取方
案。该方案使用交叉开发环境，完成了对源代码语法、词法分析，插桩库和插桩策略的制定，目标机／宿主机通讯方式设计，获得了语句覆盖
率、分支覆盖率、运行时间、被测程序程序复杂度等关键指标，并以图表的方式提供统计结果，为组合测试设计适应值函数，进行测试用例约
减提供了依据。
关键词嵌入式系统软件；插桩；覆盖率；组合测试
ＴＰ３９１．９ 中图分类号
Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ
Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｏｆｔｗａｒｅ
ＺＨＡＮＧ Ｒｏｎｇ ＣＡＯ Ｘｉａｏｐｅｎｇ ＳＵＮ Ｊｉａｚｅ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｃｏｖｅｒａｇｅ，ｔｅｓｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｎｅｅｄｅｄ ｂｙ ｆｉｔｎｅｓｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｓｏ－
１ｕｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｄｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｕｓｅｓ ｃｒｏｓｓ－ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ。ｃｏｍ—
ｐｌｅｔｅ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｄｅ ｓｙｎｔａｘ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｌｅｘｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｒｅａｔｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｌｉｂｒａｒｙ，ｇｅｎｅｒａｔｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ，ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａ—
ｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ／ｈｏｓｔ ｍａｃｈｉｎｅ，ｇｅｔ ａｌ１ ｓｏｒｔｓ ｏｆ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ａｂｏｕｔ ｓｔａｔｅｍｅｎｔ ｃｏｖｅｒａｇｅ，ｂｒａｎｃｈ ｃｏｖｅｒａｇｅ，ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｉｍｅ，ｐｒｏｇｒａｍ
ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ｇｉｖｅ ａ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｅｓｔ ｃａｓｅ ｆｏｒ ｆｉｔｎｅｓｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｃｏｖｅｒａｇｅ ｒａｔｅ，ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ
Ｃｌａｓｓ Ｎｕｍｂｅｒ ＴＰ３９１．９
１ 引言
针对嵌人式系统软件测试，近年来学术界引入组合测
试的方法，但随着迭代过程中测试用例的急剧膨胀ｌ＿１］，必须
对测试用例进行约简。在约简的过程中建立的适应值函数
需要测试覆盖率、测试运行代价等信息来进行设计＿２］，获取
的数学模型，对测试用例集的运行代价、错误检测能力、对
需求的满足程度等多方面的性能进行综合考虑，建立的数
学模型将更能反映约简后的测试用例集有效性和实用性，
该数学模型往往是非连续的、多目标的、非线性的约束问
题。
随着软件开发过程中迭代、演化不断进行，回归测试会
频繁进行，测试用例库迅速扩大，在测试用例库中，往往存
在冗余的测试用例。由于测试用例的设计、执行、管理和维
护的开销相当大，而测试资源往往有限，因此，有必要进行
测试用例集约减。测试用例集约减的目的就是使用尽可能
少的测试用例，充分满足给定的测试目标，从而提高测试效
率、降低测试成本ｌ４］。
这些指标信息就是亟待解决的问题。本文所提出的方案采
用目标机一宿主机的方式，以及软件插桩技术对嵌入式系统
中智能算法生成的测试用例进行验证，获取测试用例结果
和源代码中的关键信息，提供智能算法进行约简、迭代的依
据。
２组合测试技术
组合测试是一种科学有效的软件测试方法，该方法旨
在使用较少的测试用例有效地检测软件系统中各个因素以
及之间的相互作用对系统产生的影响＿３］，通过大量的实践
目前市场上使用组合测试方法的测试工具比较少，如
ＡＥＴＧ、Ｐｒｏ－Ｔｅｓｔ ＳｉｇｍａＺｏｎｅ ＧＵＩ、ＲｅｄｕｃｅＡｒｒａｙ２ ＳＴＳＣ等，
主要还处于原型系统的研究阶段，均需要从用户提供的有
限的测试因子、测试范围，按照成对覆盖准则、三覆盖准则
已经证明组合测试具有较高的错误检测能力。
组合测试首先对软件的测试需求的内部关系进行挖
等，将测试数据组合数减少，而不能直接应用于实际被测系
统。同时，目前主流的嵌入式测试工具，种类众多，涵盖了
掘，对需求集进行一定程度的缩减，然后再建立测试用例集
测试的各个阶段，但均没有与组合测试技术结合，来对嵌入
收稿日期：２０１１年ｎ月５日，修回日期：２０１１年１２月２７日
基金项目：国家自然科学基金项目（编号：６１０５０００３）；西安市工业应用技术研发项目（编号：ｃｘｙ０９０１８）；陕西省教育厅自然专项项目
（编号：０９ＪＫ７１５）资助。
作者简介：张荣，男，硕士，讲师，研究方向：软件测试。曹小鹏，硕士，讲师，研究方向：ＧＰＵ。孙家泽，讲师，硕士，研究方向：ＧＰＵ。
１１８ 张荣等：一种嵌入式软件的组合测试指标获取方案 第４０卷
式软件进行测试。
将组合测试技术应用于嵌入式系统，当迭代过程中产
生的测试用例集膨胀，需要进行约减时，提供约减所需要的
指标、数据正是本文提出的方案解决的问题。
３方案的设计
基于嵌入式系统软件的组合测试是由智能算法对测试
用例集的生成、测试指标的获取和对测试用例集的约减三
部分循环执行，直到达到期望指标而终止的过程，该过程如
图１所示。本文提出的测试指标获取方案主要完成从对嵌
入式软件源代码的预处理、插桩，对生成的测试用例建立单
元测试验证程序，经过交叉编译下载到目标板运行，将产生
的桩信息通过目标机／宿主机之间的通讯返回到宿主机上，
进行数据分析，产生报表和适应值函数所需的信息。
ｉｌ
望竺堡．
：：：：
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壅 Ｉ
：
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垂 疆：
Ｉ叫壅里簟堡垦ｌ
：：：：：：：：
劂 ｌｌ
图１组合测试过程图
３．１应用环境
作为嵌入式系统应用，其应用软件的开发属于跨平台
开发，因此，提供了一个交叉开发环境，在宿主机上编译好
目标代码后，通过宿主机到目标机的调试通道将代码自动
下载到目标机，然后由运行于宿主机的调试软件控制代码
在目标机上进行调试ｌ＿５ 。
文中测试目标执行的硬件环境是基于ＡＲＭ处理器的
ＤｅｖＫｉｔ３２５０嵌入式系统，开发环境如图２所示，该开发版支
持Ｌｉｎｕｘ和ＷｉｎＣＥ操作系统，本文环境采用ＷｉｎＣＥ系统。
ＡＵＤ１０／ＭＩＣｌ ｌＵＡＲＴ１／２／３／５ｌｌＵＡＲＴ４／７／８／９Ｉ ｌ Ｒｊ４５ ｌ ｉＤＣＪＡＣＫ
图２嵌入式开发环境
３．２方案框架结构
组合测试中测试用例集的约减需要被测软件的相关的
指标，如测试用例集的正确率、语句覆盖率、分支覆盖率、被
测软件的复杂度等，获取如上指标的方法采用源代码代码
插桩技术。本文提出的方案由插桩库的生成、文件分析、源
代码插桩、测试用例验证程序生成、数据分析、以及目标机
与宿主机通讯等模块构成，结构图如图３所示。
３．２．１插桩库模块
插装库主要定义了桩函数的数据结构和桩函数的分
类，对代码中不包含分支语句的连续语句块称为顺序块，定
义了针对顺序块的起始桩函数、顺序块结束桩函数，分别记
录下语句所在函数编号、桩编号、该顺序块的起始行号、结
ｒ ‘ 百 ＿
甲 军 Ｉ 由
ｉ
甲ｌ翠
匦
圉 团 图ｌ圜
ｌ语句
ｌ覆盖率Ｉ
ｌ １分支
ｌ覆盖率ｌ
ｌ
Ｉ
ｌ正确性Ｉ
测试用例Ｉ ｌ
ｌ 显示
代码覆盖ｌ
Ｉ
ｌ函数
Ｉ执行效率Ｉ
Ｉ ｉ
ｉ
图３方案结构图
束行号、本桩点执行过的次数等信息，对代码中分支语句范
围内的语句段称为分支块（内部包含顺序块），针对分支块
定义了分支结构桩函数，记录语句所在函数的编号、桩编
号、以及各分支条件语句行号、定义分支编号、和该分支执
行的次数等信息，上述三个桩函数在执行过程中记录的数
据分别存入顺序信息和分支信息两个链表中，插桩库同时
定义了数据记录桩函数，将这两个链表中的数据在源代码
执行完成前写入到文件中。
３．２．２源文件分析模块
该模块首先对被测源代码进行语法分析、词法分析，将
代码中的头文件和宏进行展开；为了便于后续的插桩操作
时语句的定位，再将源代码内容进行格式化，格式化为标准
的ＧＮＵ或ＡＮＳＩ格式；随后对被测源代码以函数为单位，
记录其基本信息，如函数名称、函数的起始行号、函数的结
束行号、函数中包含的语句总数、条件总数，以及函数的复
杂度等，如上信息结合插桩后采集到的实际执行数据，可计
算出语句／分支覆盖率等指标。
３．２．３插桩处理模块
对预处理后经过格式化的源代码进行语法、词法分析，
在相关位置插入桩函数＿６］，插桩函数在执行的过程中会建
立两个链表，一个链表记录语句执行信息，用于统计语句覆
盖率、语句是否执行，执行次数等情况，一个链表记录分支
执行情况，用于统计分支覆盖率。插桩策略如下：
１）顺序块前插入顺序起始桩，顺序块后插入顺序结束
桩；
２）顺序块内如果存在ｃｏｎｔｉｎｕｅ、ｂｒｅａｋ、ｒｅｔｕｒｎ等语句，
则在此语句前插入顺序结束桩；
３）在ｄｏ、ｗｈｉｌｅ、ｆｏｒ、ｓｗｉｔｃｈ、ｉｆ、ｅｌｓｅ等条件块内第一条
语句前插入分支桩，由参数指明为真分支；
４）源代码中若只有ｉｆ语句没有ｅｌｓｅ语句，则添加一个
ｅｌｓｅ语句，并在该ｅｌｓｅ语句中插入分支桩，由参数指明为假
分支；
５）在ｄｏ、ｆｏｒ、ｗｈｉｌｅ等无假分支的条件语句块外，插入
分支桩，由参数指明为假分支；
６）源代码中ｓｗｉｔｃｈ语句若无ｄｅｆａｕｌｔ语句，则添加ｄｅ—
ｆａｕｌｔ语句，并在该ｄｅｆａｕｌｔ语句中插入分支桩，由参数指明
分支编号；
７）在表示函数结束的所有ｒｅｔｕｒｎ语句前，插入一个数
２０１２年第５期 计算机与数字工程 １１９
据记录桩，把实时运行中采集到的所有结果记录到信息文
试用例个数等指标作为适应值函数的依据¨】 ，由此再通过
件中。
３．２．４单元测试模块
利用图１中测试用例生成模块生成的测试用例集及期
望值，动态建立单元测试程序对插桩后的源代码进行测试。
处理过程为首先通过Ｃ语言的文件包含命令，将插桩
后的源文件包含到本测试文件中＿＿７］，再针对测试用例集中
的每个测试用例建立函数调用，即执行插过桩的函数，并将
其结果与期望值进行比对［８］，最后完成交叉编译、连接、部
署到目标机、在目标机运行一体化过程，整个过程均为自动
执行，不需要人工干预。桩函数在执行的过程中会将采集
到的原始数据信息记录到结果文件中，存于目标机上。
３．２．５ 目标机与宿主机通讯
单元测试产生的结果数据保存在嵌入式系统中，为了
能获取到该测试数据，需要目标机（即嵌入式系统）与宿主
机（ｗｉｎｄｏｗｓ系统）进行通讯。本方案在宿主机和目标机上
均设立一个监听器，当目标机生成测试数据后，则立即通过
以太网口，采用Ｓｏｃｋｅｔ通讯机制将结果发往宿主机。
３．２．６数据分析模块
宿主机对接收到的原始的测试数据进行统计分析，主
要完成以下的工作：
１）语句、分支覆盖率
原始的测试数据中包含各个阶段生成的信息记录，由
此可以计算出各个函数、各个测试用例的语句覆盖率和分
支覆盖率。
语句覆盖率ＳＣ（Ｓｔａｔｅｍｅｎｔ Ｃｏｖｅｒａｇｅ），如式（１）所示：
ｋ
ＳＣ一（＞：Ｓ ）／ｎ×１００ （１）
其中ｋ为语句覆盖信息中函数执行测试用例的语句块个
数，Ｓ 为每个块中记录的开始行号到结束行号之间的行数
（即已执行的行数）， 为该函数语句总数。
分支覆盖率ＢＣ（Ｂｒａｎｃｈ ｏＣｖｅｒａｇｅ），如式（２）所示：
ＢＣ＝ｂ／ｎＸ １００ （２）
其中ｂ为分支覆盖信息中，函数执行测试用例过程中实际
经历的分支数，ｍ为该函数分支总数，得出语句覆盖率ＢＣ。
２）单元测试结果
包含各函数、各测试用例执行结果是否与其期望值匹
配，以及整个测试用例集总体执行结果。
３）源代码复杂度
分析源代码，获取的各个函数复杂度。
４）语句覆盖信息图形化显示
通过记录的覆盖信息，获取各条语句、各个分支是否执
行，以绿色表示该语句已执行，红色表示未执行，黄色表示
该语句为判定语句，同时对语句的执行次数予以统计显示，
便于分析语句覆盖和执行情况，给手动干预适应值函数的
设计和调整提供了直观的数据支持。
３．３测试结果
桩数据以文件的形式记录，本方案对测试结果提供分
析工具，获取被测程序的复杂度，以及各函数针对每个测试
用例的执行情况，如行覆盖率、分支覆盖率、测试用例的正
确性，以及统计测试用例集整体的覆盖信息等¨９］，供图１中
第三步测试用例约减模块使用，其根据覆盖率的大小和测
智能算法产生下一批测试用例，反复进行，直到满足终止条
件得到最优用例集。
宿主机和目标机对测试结果分别以图表的形式提供，
鉴于嵌人式系统分辨率和屏幕尺寸的不足，仅以简单的表
格形式提供，而宿主机提供较为全面的分析结果，采用业界
通用的方法对源代码覆盖情况以不同的背景色予以强化显
示，并将每条语句的执行次数予以标注。
４结语
文中详细地介绍了基于组合测试技术，针对嵌入式系
统软件的指标数据获取的设计与实现方案，并成功的完成
了测试工具的开发。通过大量的例子可以表明，该工具能
够正确的分析统计出测试用例的语句覆盖率、分支覆盖率、
执行时间、复杂度和测试用例正确性等适应值函数需要的
信息，对测试用例集的约减提供了重要的数据依据。
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１２０ 张荣等：一种嵌入式软件的组合测试指标获取方案 第４Ｏ卷
（上接第４３页）
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2024年10月6日发(作者：洛白竹)
总第２７１期
２０１２年第５期
计算机与数字工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．５
１１７
一
种嵌入式软件的组合测试指标获取方案
张荣曹小鹏孙家泽
西安７１００６１） （西安邮电学院计算机学院
摘要为了获取组合测试中适应值函数所需要覆盖率、测试运行代价等信息，设计实现了基于嵌入式软件源代码插桩的指标获取方
案。该方案使用交叉开发环境，完成了对源代码语法、词法分析，插桩库和插桩策略的制定，目标机／宿主机通讯方式设计，获得了语句覆盖
率、分支覆盖率、运行时间、被测程序程序复杂度等关键指标，并以图表的方式提供统计结果，为组合测试设计适应值函数，进行测试用例约
减提供了依据。
关键词嵌入式系统软件；插桩；覆盖率；组合测试
ＴＰ３９１．９ 中图分类号
Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ
Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｏｆｔｗａｒｅ
ＺＨＡＮＧ Ｒｏｎｇ ＣＡＯ Ｘｉａｏｐｅｎｇ ＳＵＮ Ｊｉａｚｅ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｃｏｖｅｒａｇｅ，ｔｅｓｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｎｅｅｄｅｄ ｂｙ ｆｉｔｎｅｓｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｓｏ－
１ｕｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｄｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｕｓｅｓ ｃｒｏｓｓ－ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ。ｃｏｍ—
ｐｌｅｔｅ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｄｅ ｓｙｎｔａｘ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｌｅｘｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｒｅａｔｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｌｉｂｒａｒｙ，ｇｅｎｅｒａｔｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ，ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａ—
ｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ／ｈｏｓｔ ｍａｃｈｉｎｅ，ｇｅｔ ａｌ１ ｓｏｒｔｓ ｏｆ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ａｂｏｕｔ ｓｔａｔｅｍｅｎｔ ｃｏｖｅｒａｇｅ，ｂｒａｎｃｈ ｃｏｖｅｒａｇｅ，ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｉｍｅ，ｐｒｏｇｒａｍ
ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ｇｉｖｅ ａ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｅｓｔ ｃａｓｅ ｆｏｒ ｆｉｔｎｅｓｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｃｏｖｅｒａｇｅ ｒａｔｅ，ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ
Ｃｌａｓｓ Ｎｕｍｂｅｒ ＴＰ３９１．９
１ 引言
针对嵌人式系统软件测试，近年来学术界引入组合测
试的方法，但随着迭代过程中测试用例的急剧膨胀ｌ＿１］，必须
对测试用例进行约简。在约简的过程中建立的适应值函数
需要测试覆盖率、测试运行代价等信息来进行设计＿２］，获取
的数学模型，对测试用例集的运行代价、错误检测能力、对
需求的满足程度等多方面的性能进行综合考虑，建立的数
学模型将更能反映约简后的测试用例集有效性和实用性，
该数学模型往往是非连续的、多目标的、非线性的约束问
题。
随着软件开发过程中迭代、演化不断进行，回归测试会
频繁进行，测试用例库迅速扩大，在测试用例库中，往往存
在冗余的测试用例。由于测试用例的设计、执行、管理和维
护的开销相当大，而测试资源往往有限，因此，有必要进行
测试用例集约减。测试用例集约减的目的就是使用尽可能
少的测试用例，充分满足给定的测试目标，从而提高测试效
率、降低测试成本ｌ４］。
这些指标信息就是亟待解决的问题。本文所提出的方案采
用目标机一宿主机的方式，以及软件插桩技术对嵌入式系统
中智能算法生成的测试用例进行验证，获取测试用例结果
和源代码中的关键信息，提供智能算法进行约简、迭代的依
据。
２组合测试技术
组合测试是一种科学有效的软件测试方法，该方法旨
在使用较少的测试用例有效地检测软件系统中各个因素以
及之间的相互作用对系统产生的影响＿３］，通过大量的实践
目前市场上使用组合测试方法的测试工具比较少，如
ＡＥＴＧ、Ｐｒｏ－Ｔｅｓｔ ＳｉｇｍａＺｏｎｅ ＧＵＩ、ＲｅｄｕｃｅＡｒｒａｙ２ ＳＴＳＣ等，
主要还处于原型系统的研究阶段，均需要从用户提供的有
限的测试因子、测试范围，按照成对覆盖准则、三覆盖准则
已经证明组合测试具有较高的错误检测能力。
组合测试首先对软件的测试需求的内部关系进行挖
等，将测试数据组合数减少，而不能直接应用于实际被测系
统。同时，目前主流的嵌入式测试工具，种类众多，涵盖了
掘，对需求集进行一定程度的缩减，然后再建立测试用例集
测试的各个阶段，但均没有与组合测试技术结合，来对嵌入
收稿日期：２０１１年ｎ月５日，修回日期：２０１１年１２月２７日
基金项目：国家自然科学基金项目（编号：６１０５０００３）；西安市工业应用技术研发项目（编号：ｃｘｙ０９０１８）；陕西省教育厅自然专项项目
（编号：０９ＪＫ７１５）资助。
作者简介：张荣，男，硕士，讲师，研究方向：软件测试。曹小鹏，硕士，讲师，研究方向：ＧＰＵ。孙家泽，讲师，硕士，研究方向：ＧＰＵ。
１１８ 张荣等：一种嵌入式软件的组合测试指标获取方案 第４０卷
式软件进行测试。
将组合测试技术应用于嵌入式系统，当迭代过程中产
生的测试用例集膨胀，需要进行约减时，提供约减所需要的
指标、数据正是本文提出的方案解决的问题。
３方案的设计
基于嵌入式系统软件的组合测试是由智能算法对测试
用例集的生成、测试指标的获取和对测试用例集的约减三
部分循环执行，直到达到期望指标而终止的过程，该过程如
图１所示。本文提出的测试指标获取方案主要完成从对嵌
入式软件源代码的预处理、插桩，对生成的测试用例建立单
元测试验证程序，经过交叉编译下载到目标板运行，将产生
的桩信息通过目标机／宿主机之间的通讯返回到宿主机上，
进行数据分析，产生报表和适应值函数所需的信息。
ｉｌ
望竺堡．
：：：：
：：
壅 Ｉ
：
一奎差塑堡ｌ
垂 疆：
Ｉ叫壅里簟堡垦ｌ
：：：：：：：：
劂 ｌｌ
图１组合测试过程图
３．１应用环境
作为嵌入式系统应用，其应用软件的开发属于跨平台
开发，因此，提供了一个交叉开发环境，在宿主机上编译好
目标代码后，通过宿主机到目标机的调试通道将代码自动
下载到目标机，然后由运行于宿主机的调试软件控制代码
在目标机上进行调试ｌ＿５ 。
文中测试目标执行的硬件环境是基于ＡＲＭ处理器的
ＤｅｖＫｉｔ３２５０嵌入式系统，开发环境如图２所示，该开发版支
持Ｌｉｎｕｘ和ＷｉｎＣＥ操作系统，本文环境采用ＷｉｎＣＥ系统。
ＡＵＤ１０／ＭＩＣｌ ｌＵＡＲＴ１／２／３／５ｌｌＵＡＲＴ４／７／８／９Ｉ ｌ Ｒｊ４５ ｌ ｉＤＣＪＡＣＫ
图２嵌入式开发环境
３．２方案框架结构
组合测试中测试用例集的约减需要被测软件的相关的
指标，如测试用例集的正确率、语句覆盖率、分支覆盖率、被
测软件的复杂度等，获取如上指标的方法采用源代码代码
插桩技术。本文提出的方案由插桩库的生成、文件分析、源
代码插桩、测试用例验证程序生成、数据分析、以及目标机
与宿主机通讯等模块构成，结构图如图３所示。
３．２．１插桩库模块
插装库主要定义了桩函数的数据结构和桩函数的分
类，对代码中不包含分支语句的连续语句块称为顺序块，定
义了针对顺序块的起始桩函数、顺序块结束桩函数，分别记
录下语句所在函数编号、桩编号、该顺序块的起始行号、结
ｒ ‘ 百 ＿
甲 军 Ｉ 由
ｉ
甲ｌ翠
匦
圉 团 图ｌ圜
ｌ语句
ｌ覆盖率Ｉ
ｌ １分支
ｌ覆盖率ｌ
ｌ
Ｉ
ｌ正确性Ｉ
测试用例Ｉ ｌ
ｌ 显示
代码覆盖ｌ
Ｉ
ｌ函数
Ｉ执行效率Ｉ
Ｉ ｉ
ｉ
图３方案结构图
束行号、本桩点执行过的次数等信息，对代码中分支语句范
围内的语句段称为分支块（内部包含顺序块），针对分支块
定义了分支结构桩函数，记录语句所在函数的编号、桩编
号、以及各分支条件语句行号、定义分支编号、和该分支执
行的次数等信息，上述三个桩函数在执行过程中记录的数
据分别存入顺序信息和分支信息两个链表中，插桩库同时
定义了数据记录桩函数，将这两个链表中的数据在源代码
执行完成前写入到文件中。
３．２．２源文件分析模块
该模块首先对被测源代码进行语法分析、词法分析，将
代码中的头文件和宏进行展开；为了便于后续的插桩操作
时语句的定位，再将源代码内容进行格式化，格式化为标准
的ＧＮＵ或ＡＮＳＩ格式；随后对被测源代码以函数为单位，
记录其基本信息，如函数名称、函数的起始行号、函数的结
束行号、函数中包含的语句总数、条件总数，以及函数的复
杂度等，如上信息结合插桩后采集到的实际执行数据，可计
算出语句／分支覆盖率等指标。
３．２．３插桩处理模块
对预处理后经过格式化的源代码进行语法、词法分析，
在相关位置插入桩函数＿６］，插桩函数在执行的过程中会建
立两个链表，一个链表记录语句执行信息，用于统计语句覆
盖率、语句是否执行，执行次数等情况，一个链表记录分支
执行情况，用于统计分支覆盖率。插桩策略如下：
１）顺序块前插入顺序起始桩，顺序块后插入顺序结束
桩；
２）顺序块内如果存在ｃｏｎｔｉｎｕｅ、ｂｒｅａｋ、ｒｅｔｕｒｎ等语句，
则在此语句前插入顺序结束桩；
３）在ｄｏ、ｗｈｉｌｅ、ｆｏｒ、ｓｗｉｔｃｈ、ｉｆ、ｅｌｓｅ等条件块内第一条
语句前插入分支桩，由参数指明为真分支；
４）源代码中若只有ｉｆ语句没有ｅｌｓｅ语句，则添加一个
ｅｌｓｅ语句，并在该ｅｌｓｅ语句中插入分支桩，由参数指明为假
分支；
５）在ｄｏ、ｆｏｒ、ｗｈｉｌｅ等无假分支的条件语句块外，插入
分支桩，由参数指明为假分支；
６）源代码中ｓｗｉｔｃｈ语句若无ｄｅｆａｕｌｔ语句，则添加ｄｅ—
ｆａｕｌｔ语句，并在该ｄｅｆａｕｌｔ语句中插入分支桩，由参数指明
分支编号；
７）在表示函数结束的所有ｒｅｔｕｒｎ语句前，插入一个数
２０１２年第５期 计算机与数字工程 １１９
据记录桩，把实时运行中采集到的所有结果记录到信息文
试用例个数等指标作为适应值函数的依据¨】 ，由此再通过
件中。
３．２．４单元测试模块
利用图１中测试用例生成模块生成的测试用例集及期
望值，动态建立单元测试程序对插桩后的源代码进行测试。
处理过程为首先通过Ｃ语言的文件包含命令，将插桩
后的源文件包含到本测试文件中＿＿７］，再针对测试用例集中
的每个测试用例建立函数调用，即执行插过桩的函数，并将
其结果与期望值进行比对［８］，最后完成交叉编译、连接、部
署到目标机、在目标机运行一体化过程，整个过程均为自动
执行，不需要人工干预。桩函数在执行的过程中会将采集
到的原始数据信息记录到结果文件中，存于目标机上。
３．２．５ 目标机与宿主机通讯
单元测试产生的结果数据保存在嵌入式系统中，为了
能获取到该测试数据，需要目标机（即嵌入式系统）与宿主
机（ｗｉｎｄｏｗｓ系统）进行通讯。本方案在宿主机和目标机上
均设立一个监听器，当目标机生成测试数据后，则立即通过
以太网口，采用Ｓｏｃｋｅｔ通讯机制将结果发往宿主机。
３．２．６数据分析模块
宿主机对接收到的原始的测试数据进行统计分析，主
要完成以下的工作：
１）语句、分支覆盖率
原始的测试数据中包含各个阶段生成的信息记录，由
此可以计算出各个函数、各个测试用例的语句覆盖率和分
支覆盖率。
语句覆盖率ＳＣ（Ｓｔａｔｅｍｅｎｔ Ｃｏｖｅｒａｇｅ），如式（１）所示：
ｋ
ＳＣ一（＞：Ｓ ）／ｎ×１００ （１）
其中ｋ为语句覆盖信息中函数执行测试用例的语句块个
数，Ｓ 为每个块中记录的开始行号到结束行号之间的行数
（即已执行的行数）， 为该函数语句总数。
分支覆盖率ＢＣ（Ｂｒａｎｃｈ ｏＣｖｅｒａｇｅ），如式（２）所示：
ＢＣ＝ｂ／ｎＸ １００ （２）
其中ｂ为分支覆盖信息中，函数执行测试用例过程中实际
经历的分支数，ｍ为该函数分支总数，得出语句覆盖率ＢＣ。
２）单元测试结果
包含各函数、各测试用例执行结果是否与其期望值匹
配，以及整个测试用例集总体执行结果。
３）源代码复杂度
分析源代码，获取的各个函数复杂度。
４）语句覆盖信息图形化显示
通过记录的覆盖信息，获取各条语句、各个分支是否执
行，以绿色表示该语句已执行，红色表示未执行，黄色表示
该语句为判定语句，同时对语句的执行次数予以统计显示，
便于分析语句覆盖和执行情况，给手动干预适应值函数的
设计和调整提供了直观的数据支持。
３．３测试结果
桩数据以文件的形式记录，本方案对测试结果提供分
析工具，获取被测程序的复杂度，以及各函数针对每个测试
用例的执行情况，如行覆盖率、分支覆盖率、测试用例的正
确性，以及统计测试用例集整体的覆盖信息等¨９］，供图１中
第三步测试用例约减模块使用，其根据覆盖率的大小和测
智能算法产生下一批测试用例，反复进行，直到满足终止条
件得到最优用例集。
宿主机和目标机对测试结果分别以图表的形式提供，
鉴于嵌人式系统分辨率和屏幕尺寸的不足，仅以简单的表
格形式提供，而宿主机提供较为全面的分析结果，采用业界
通用的方法对源代码覆盖情况以不同的背景色予以强化显
示，并将每条语句的执行次数予以标注。
４结语
文中详细地介绍了基于组合测试技术，针对嵌入式系
统软件的指标数据获取的设计与实现方案，并成功的完成
了测试工具的开发。通过大量的例子可以表明，该工具能
够正确的分析统计出测试用例的语句覆盖率、分支覆盖率、
执行时间、复杂度和测试用例正确性等适应值函数需要的
信息，对测试用例集的约减提供了重要的数据依据。
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１２０ 张荣等：一种嵌入式软件的组合测试指标获取方案 第４Ｏ卷
（上接第４３页）
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