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航天应用中的大部分软件都是嵌入式软件,可靠性要求很高,因此,对其进行充分测试显得尤为重要。但是,嵌入式软件运行环境同硬件有着密切的关系,使得嵌入式软件测试过程非常复杂,目前存在的一些测试工具偏重于白盒测试且价格昂贵,针对黑盒测试,目前还是以人工测试为主。由于软件的复杂程度越来越高,导致人为设计测试用例数量巨大且无法保证测试充分性。而对航天软件来说,是否满足任务要求是软件的重点,因此,从用户的角度对软件运行剖面进行数学建模,对系统是怎样的以及它会怎样被使用做出一个定量描述,根据这些量值可以对软件中至关重要的、生命攸关的、关系到系统成败的部分给与充分的测试。通过任务剖面模型可获取测试用例和测试数据的等价类信息,自动生成测试用例,大大减轻测试人员的工作量,提高了测试工作的效率和质量。本文中采用带标记的Markov链对软件运行剖面进行描述,并据此生成测试用例。

1.软件运行剖面

软件运行剖面是用来描述软件的实际使用情况的。1993年,MUSA在IEEE发表了一篇题为《软件可靠性工程中的运行剖面》的文章,开创了软件运行剖面的研究,文中MUSA给出了实施软件运行剖面的一般步骤。MUSA(参考文章[1])对软件分析的原则,不仅适用于嵌入式软件,对一般的应用软件也适用。首先对软件的使用者进行分类,不同类型的使用者可能以不同的方式来使用软件,根据对使用者的划分将软件划分成不同的模式剖面。其次,模式剖面又可以划分为不同的功能剖面,即每个模式下都有许多不同的功能。最后,每一个功能又由许多运行组成。这些运行的集合便构成了运行剖面。上述的每一次划分都是依据概率发生的,这些概率估计主要是基于如下几个方面: ① 从现有系统收集到的数据, ② 与用户的交谈或对用户进行观察获得的信息, ③ 原型使用与试验分析的结果, ④ 相关领域专家的意见。定义使用概率的最佳方法是使用实际的用户数据,如来自原型系统、前一版本的使用数据;其次是由该软件应用领域的用户和专家提供的预期使用数据。软件的运行剖面是定量描述用户实际使用软件方式的有效方法。MUSA的软件划分原则简单且容易实施,只要按照步骤逐步实行就可以得出软件的比较准确的运行剖面。但是,也要看到,MUSA的软件分析原则只是提供了一个分析软件的方法,在特定的应用中,有些步骤可以简化处理,根据具体的实际情况,灵活运用。