關于仿真器的嵌入式測試平臺相關軟件比較論文

關于仿真器的嵌入式測試平臺相關軟件比較論文

　　仿真器是指以某一系統復現另一系統的功能。與計算機模擬系統(Computer Simulation)的區別在于，仿真器致力于模仿系統的外在表現、行為，而不是模擬系統的抽象模型。以下是學習啦小編今天為大家精心準備的：關于仿真器的嵌入式測試平臺相關軟件比較相關論文。內容僅供閱讀與參考!

　　關于仿真器的嵌入式測試平臺相關軟件比較全文如下：

　　1 純硬件形式

　　常見的有在線仿真器和邏輯分析儀。在線仿真器可以完全仿真目標芯片的行為，準確度高，運行速度快，但工藝設計復雜，價格昂貴。邏輯分析儀通過監控和采樣總線數據執行測試，完備性受限于采樣頻率，而提高采樣頻率則會大幅提高成本。基于硬件的測試工具通常用于計算機硬件的設計和測試，很少用于嵌入式軟件的測試。

　　2 純軟件形式

　　包括插樁和軟件仿真兩種典型方法。插樁向被測程序的特定位置插入探針，據此獲得程序的運行信息。優點是實現簡單，缺點是改變了被測程序，無法得到被測程序的精確執行軌跡和執行時間。軟件仿真通過構建目標機的虛擬仿真環境，在宿主機上加載待測程序執行測試(目標機指嵌入式軟件的運行環境，宿主機指嵌入式軟件的開發環境，下同)。優點是可獲得待測程序的精確執行軌跡，缺點是速度較慢。

　　3 軟硬結合形式

　　綜合了純硬件和純軟件形式的特點，代表工具是 CodeTEST。測試環境接近于真實環境，準確性較高。缺點是硬件依賴性強，靈活性及可移植性差，成本昂貴。

　　理論上講，嵌入式軟件測試應在目標機進行，畢竟軟件最終運行在目標機上。但嵌入式系統多采用軟硬件協同開發，在軟件開發過程中，目標機環境很有限，甚至不可用，無法滿足軟件測試的需要。此外，由于目標機的專用性，目標機下的測試工具比宿主機下的同類工具往往昂貴得多。考慮到上述因素，應將盡可能多的測試工作放在宿主機進行。但由于體系結構的差異，目標機軟件一般不能在宿主機直接運行，這就需要建立目標機的仿真環境，即通過軟件仿真進行測試。

　　軟件仿真是一種經濟靈活的測試策略，可在沒有目標機硬件的情況下測試，準確性高，可以獲取精確的運行時間，能靈活控制程序的運行狀態。采用軟件仿真測試也可以避免將程序燒錄到目標機 ROM 造成的測試困難，降低開發成本。

　　3.1 當前嵌入式測試工具的不足

　　不少嵌入式測試工具采用軟件仿真測試。傳統仿真工具的測試流程是：編譯獲得被測程序的可執行程序，加載到仿真器運行，獲得測試結果。這些工具對集成測試和系統測試支持較好，對單元測試的支持不佳，看一個具體例子。

　　通過例 1 可得到以下結論：單元測試時很多模塊尚未編寫完畢，若采用傳統的嵌入式軟件測試方法，需要編寫大量的樁函數，工作量大。

　　測試者需熟悉嵌入式軟件的開發語言，這樣才能編寫樁函數。軟件開發者通常會參與單元測試，這類人員可滿足要求。但為提高軟件質量，一般需安排專門的測試人員測試。嵌入式開發通常采用匯編等底層語言，種類繁多且較難學習，對測試者要求較高。修改樁函數和外部變量后，需重新編譯生成可執行程序，重新加載到仿真器測試。每做一點修改，均需重復上述步驟，測試過程繁瑣。測試的針對性不強，只能加載整個可執行程序測試，無法針對特定的關注單元測試。

　　以航天某院為例，盡管購置了CodeTEST、Logiscope等昂貴的測試工具，但上述測試問題仍非常突出，其它工具也普遍存在類似的局限性。

　　本文介紹了一種新的嵌入式軟件測試方法，可以彌補上述不足。其特色和創新體現在三方面：

　　1) 通過自行構建鏈接器，而不采用缺省的鏈接器完成鏈接，生成“內存映像”(此處的“內存映像”與可執行程序類似，但并不完全一致，本文采用該術語以區分二者)，可在程序代碼不完備的情況下執行測試，能更好地支持單元測試。

　　2) 構建軟件仿真器，加載內存映像測試。除具備傳統仿真測試的優點外，還增加了交互式腳

　　本處理能力，運行過程中可直接修改樁函數和變量，無需頻繁地編譯、加載，測試更加便捷。普通測試人員可以通過高級腳本語言編寫測試用例，無需精通嵌入式平臺的專用開發語言。

　　3) 能對指定的關注單元進行測試，支持設定源代碼斷點，支持設定仿真的起止范圍，測試更有針對性，測試效率較高。

　　2 基于仿真器的嵌入式測試平臺

　　1) 編譯被測程序生成目標文件(x86 平臺的.obj 文件就屬于典型的目標文件)和鏈接描述文件(link description file，后文簡稱 LDF 文件)。

　　2)利用自行構建的鏈接器分析目標文件和庫文件，提取符號表、數據段、代碼段、可重定位段、行號信息等，按照 LDF 文件的說明進行鏈接，生成內存映像、總符號表和行號信息表。

　　3) 將內存映像加載到仿真器測試。測試過程中，可以修改內存變量、寄存器值、樁函數等。結合測試用例注入，可實現單元測試和動態測試。

　　3.2 鏈接器構造

　　鏈接器根據 LDF 文件的說明，提取并拼裝目標文件中的各個段，得到內存映像、符號表和行號信息表(圖 3)。其中，內存映像和可執行程序功能類似;符號表定義了各個符號(包括函數、變量、標號等)的名稱、地址、文件、作用域等信息;行號信息定義了源文件中行號與內存映像中地址的映射關系。關于行號信息的更多介紹，請參考2.3節。

　　目標文件中的未定義符號在鏈接時會以UNDEF 標記，只分析本文件無法解析，需要進一步分析其它文件。如果在所有文件中都沒有找到該符號，該符號就無法解析，使用標準的鏈接器無法鏈接，不能生成可執行程序進行仿真測試。

　　SimAD 自行設計了鏈接器，可以有效控制鏈接過程。對于未定義符號，自動分配特殊的內存地址，使得這些符號可以通過“解析”，進而構造可被仿真器執行的內存映像。這是實現本文測試方法的關鍵所在。這樣的設計思路有以下優點：1) 單元測試時很多模塊不完備，可避免使用嵌入式開發語言編寫大量樁函數。即使存在未定義符號，也可以正常鏈接，提升了測試效率。

　　仿真器執行時可以檢測到未定義符號，并檢查是否定義了樁函數或者進行了變量賦值。這樣，就把樁函數和外部變量的綁定由編譯期調整到了運行期。這帶來了兩個好處：可通過腳本語言設計樁函數，進行變量賦值，避免了學習嵌入式開發語言的代價。 可實現交互式的樁函數聲明和變量賦值，避免了傳統的“修改樁函數和外部變量→編譯→加載運行”的繁瑣測試流程。

　　3.3 仿真器實現

　　仿真器完成對目標機的模擬，其基本特征是行為等價，注重對目標機行為功能的仿真，對內部結構的仿真要求不高。重點關注：真實性、全面性、運行速度、通用性和可擴展性等指標。

　　SimAD 仿真器實現了以下模擬：①譯碼：包括運算指令譯碼，移位指令譯碼，地址寄存器譯碼，通用寄存器譯碼等;②運算模擬：包括加法器模擬、乘法器模擬及移位器模擬;③控制流處理：包括中斷、循環、跳轉、調用等;④ 地址產生模擬; 內存訪問模擬; ⑤ 模擬：包括外部內存方式和串口 DMA 方式;定時器模擬。

　　在實現功能模擬的同時，仿真器還提供了測試接口和外部交互接口，包括內存映像的加載接口、內存和寄存器的查看/修改接口、樁函數的設定/修改接口、數據的輸入/

　　輸出接口等。

　　對單元測試的良好支持是 SimAD 仿真器的特色之一。單元測試中不可避免地會用到樁函數，仿真器提供了 setstub 樁函數設置接口。設置樁函數后，仿真器查詢其內存地址，連同函數名一并保存到樁函數表中。在運行過程中，仿真器檢查調用的函數名是否存在于樁函數表中，若存在則不執行內存映像中的函數代碼，而轉去執行測試腳本中設定的樁函數。為便于理解上述過程，看一下例2。.......

　　4 SimAD 測試工具介紹

　　本文方法已在 SimAD 測試工具中實現。該工具目前支持 AD21060 和 AD21020兩類芯片，可實現靜態分析和動態測試。已實現的功能包括：集成測試環境(圖 6)、鏈接器、仿真器、測試腳本解釋執行、測試報表生成等。

　　圖6 SimAD 集成測試環境對測試腳本的良好支持是 SimAD 的特色。

　　支持新建和保存測試腳本，雙擊運行測試腳本(圖5 中的右側窗口)，批量執行測試腳本，從而提高了回歸測試[10]的執行效率。SimAD 還提供了控制臺交互窗口，支持在仿真過程中輸入交互式的測試命令，即時控制測試過程。

　　圖7 交互式執行測試命令SimAD 還支持其它測試功能，如語句覆蓋率報表、控制流著色、函數調用圖生成等，這些措施對提高測試效果也有裨益。

　　5 相關系統比較

　　在嵌入式軟件測試領域，國內外使用較多的測試工具是 CodeTEST和 Logiscope。它們與SimAD 的比較見表。

　　3 種工具中 CodeTEST 功能最強。動態內存分析和性能分析是其主要特點，采用軟硬件結合形式實現，準確度較高，缺點是價格昂貴。使用CodeTEST 必須具備目標機硬件，必須生成執行程序，對單元測試的支持不佳。

　　Logiscope 主要用于軟件的質量分析和測試，其突出特點是對軟件全生命周期的支持。采用插裝方式測試，對執行速度和運行結果會造成一定影響，無法獲得精確的執行時間和運行軌跡。

　　SimAD 通過軟件仿真測試，不依賴目標機硬件，自行構造的鏈接器可處理未定義符號，可通過高級語言腳本編寫測試用例和樁函數，對單元測試的支持較好。.....

　　6 結 論

　　目前的嵌入式軟件測試工具對單元測試的支持不佳，本文對此進行了研究和探索，提出了相應的解決思路，相關方法已在 SimAD 測試工具中實現，并在航天某院的項目測試中得到實際應用，得到了該院的高度評價。與成熟的嵌入式軟件測試工具相比，SimAD仍有很多地方需要完善。

　　未來的主要工作包括：完善仿真器和測試框架的接口，方便第三方仿真器接入，以支持更多的嵌入式平臺軟件測試;針對 COFF、PE 等常用目標文件開發鏈接器，使之能分析鏈接多種平臺的目標文件;增加自動生成測試腳本功能，目前純手工編寫腳本，使用不太方便;增強覆蓋率分析。目前只支持語句覆蓋，需進一步支持判定覆蓋、條件覆蓋等。

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