13、实时嵌入式系统测试策略与环境建模

实时嵌入式系统测试策略与环境建模

1. 引言

实时嵌入式系统（RTES）在软件开发中占据重要比例，其正确性验证至关重要，尤其是在商业或安全关键应用中。然而，测试RTES极具挑战性，因为它在包含大量传感器和执行器的物理环境中运行，且与环境的交互受时间约束。例如，当门的RTES通过传感器得知火车接近时，需在火车到达前命令门关闭，错过时间限制可能导致严重后果。

本文旨在实现基于环境模型的RTES黑盒自动化测试，让不熟悉系统设计但了解应用领域的系统测试人员能够建模环境以实现测试自动化。环境模型可支持环境模拟器代码生成、测试用例选择和预期结果评估（预言）这三项任务，本文重点关注测试用例选择，研究基于UML/MARTE环境模型输入的三种测试自动化策略：随机测试（基线）、自适应随机测试和基于搜索的测试（使用遗传算法）。

2. RTES测试面临的挑战与需求

2.1 测试挑战

• 测试用例数量庞大 ：工业RTES可能有数千个测试用例，可能的测试用例数量众多甚至无限。
• 成本与风险高 ：在真实环境中测试RTES成本高，且一些故障后果不可接受，如设备损坏或安全问题。
• 测试用例复杂 ：一个测试用例可能包含环境状态变化，影响RTES行为，且测试用例包含不同模式的刺激和到达时间。
• 测试策略难实施 ：现代RTES的复杂性使得基于代码或模型覆盖的系统测试技术难以应用，手动选择和编写测试用例也极具挑战和耗时，且规格变更时许多测试用例可能过时。