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CN110704315B - 一种嵌入式软件测试的故障注入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种嵌入式软件测试的故障注入装置，涉及嵌入式软件测试技术领域。本发明通过各种总线通讯接口在特定的位置和特定的时刻向被测试的目标系统注入故障用例，目标系统执行完该故障用例后记录故障用例和故障用例执行结果并给出测试结论。该装置不需要修改原有的软件源代码，只是在软件运行时，根据故障注入的时间和位置增加部分测试软件源代码，通过增加的这部分代码，可以实现软件运行过程中动态的改变代码中关键的全局变量、局部变量、寄存器、硬件地址和软件接口等信息内容，完成软件故障注入测试并自动生成测试结论。该装置实现简单，对被测试目标系统软件影响较小，极大的提高了嵌入式软件的容错性、可靠性和安全性。

Description

一种嵌入式软件测试的故障注入装置
技术领域
本发明涉及嵌入式软件测试技术领域，具体涉及一种嵌入式软件测试的故障注入装置。
背景技术
将故障注入技术作为软件测试技术，一般来讲是制定特定的故障模型，采用人为的、有意识的方式产生故障，并施加于待测系统中，用来加速该系统的错误和失效的产生，同时观测并反馈对所注入故障的响应信息，通过分析对系统进行验证和评价的过程。基于软件的故障注入通常是根据故障模型，通过修改目标系统的内存映像来模拟系统硬件或软件故障的发生，按故障注入的时刻可分为运行前注入和运行时注入。
目前基于嵌入式系统软件故障注入的测试方法有以下几种：
(1)直接修改源程序的静态故障注入方法。该方法直接修改被测系统源代码模拟故障产生，不需要额外接口资源和监控软件，属于运行前注入故障的方式。该方法容易模拟永久故障，模拟时序相关的故障逻辑时，需要编写复杂的故障模拟代码，费时费力，且易引入新的故障，不满足灵活性和重用性要求；
(2)软件开发环境支持的故障注入方法。该方法适用于软件开发人员在编码、调试阶段通过设置断点来修改内存或寄存器内容产生所需的故障，具有简单灵活的特点。但是由于设置断点会导致测试不能连续运行，对于涉及多任务和中断处理的软件，很难测试任务之间或中断处理与主流程之间的相互影响；
(3)设计运行时的软件故障注入器，利用故障脚本描述语言、故障库和故障注入器算法获取故障现场的信息。该方法能够有效的将故障注入被测软件中，便于捕捉并重现故障信息。但是上述方法的实现比较复杂，通常需要设计主控制器、故障注入器、脚本解析器、监视器、数据采集器和数据收集器等，技术门槛较高，还需要针对不同类型的故障注入模型设计相应的故障注入器算法，灵活性较差。
针对目前基于嵌入式系统软件故障注入的测试方法中存在的不足，需要提出一种嵌入式软件测试的故障注入方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何实现在特定的位置和特定的时刻对软件源代码中的全局变量、局部变量、寄存器、堆栈以及软件接口等的故障注入和测试，提高软件的测试覆盖率和可靠性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种嵌入式软件测试的故障注入装置，包括目标系统计算机模块和监控器模块；
其中，所述目标系统计算机模块包括主机板，所述主机板内运行目标系统软件；
所述监控器模块用于建立软件故障测试用例库，包括主机模块、1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块；所述主机模块用于完成软件故障测试用例库构建；所述1553B总线模块用于实现监控器模块通过1553B总线向目标系统软件发送故障测试用例，智能串口模块用于实现监控器模块通过串口向目标系统软件发送故障测试用例，CAN总线模块用于实现监控器模块通过CAN总线向目标系统软件发送故障测试用例，双冗余网络模块用于实现监控器模块通过以太网向目标系统软件发送故障测试用例。
优选地，所述目标系统计算机模块还包括电子SATA盘，所述电子SATA盘用于存储记录故障注入后的测试结果。
优选地，所述主机板通过PCIE总线与电子SATA盘进行数据交互。
优选地，所述主机模块通过PCIE总线与监控器模块内其余四个模块进行数据交互。
优选地，所述主机模块具体用于对嵌入式软件进行功能故障树分析，建立系统级和详细级失效模式及影响分析，最终从软件源代码中识别出关键的全局变量、局部变量、寄存器、硬件地址和软件接口等信息；然后基于识别出的上述信息进行软件测试用例设计，完成软件故障测试用例库构建。
优选地，在主机模块完成软件故障测试用例库构建之后，所述主机板、1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块进行交互实现向目标系统注入故障，具体为：
设目标系统软件源代码从寄存器、硬件地址或是软件接口中读取的信息保存在局部变量A中，则所述主机板在目标系统软件源代码中局部变量A获得当前寄存器、硬件地址或是软件接口中的信息后增加如下代码：
if(TRUE＝＝XXX_Debug)
A＝Global_XXX；
上述Global_XXX为全局变量名称，XXX_Debug初始情况下的值为FALSE(即不改变当前获得的A的值)，只有在接收到监控器模块中1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块之一发送的指令报文后才将XXX_Debug的值设置为TRUE；
所述主机板在目标系统软件源代码中增加一个任务或一个线程，该任务或线程的优先级低于该软件本身运行的所有任务和线程的优先级，这个任务或线程用于接收并处理1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块之一发送的指令报文；
在需要进行故障注入测试时，1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块之一以指令报文的方式向目标系统发送故障测试用例，以通知此次需要给哪些全局变量赋值；
所述主机板在任务或线程中接收到该指令报文后，解析该指令报文的内容，将指令报文中涉及到的每个XXX_Debug的值设置为TRUE，且直接修改目标系统软件源代码中相关全局变量的值，上述操作完成后，目标系统软件按照该故障测试用例设置的故障时序或故障测试路径完成软件测试工作；
执行完一条故障测试用例后，所述主机模块通知主机板将每个XXX_Debug的值设置为FALSE，将全局变量的值设置为初始值；
所述电子SATA盘记录故障注入后的测试结果。
优选地，所述主机模块在向目标系统注入故障前进行系统级和详细级软件失效模式及影响分析时，获得软件变量的失效模式、失效原因和失效影响，将软件变量的失效模式作为软件故障测试用例；将软件变量失效模式和变量失效影响建立检索对应关系；每执行完一个故障测试用例，电子SATA盘内自动存储该测试用例的失效模式、失效影响和测试结果，当执行完全部测试用例后，将电子SATA盘内的记录文件导入主机模块中，主机模块通过比对记录文件中故障测试用例的失效影响和实际测试结果，得出每个测试用例是否通过测试的结论。
(三)有益效果
本发明通过各种总线通讯接口(CAN总线、1553B总线、以太网或串口等)在特定的位置和特定的时刻向被测试的目标系统注入故障用例(全局变量、局部变量、寄存器、堆栈以及软件接口等故障)，目标系统执行完该故障用例后记录故障用例和故障用例执行结果并给出测试结论。该装置不需要修改原有的软件源代码，只是在软件运行时，根据故障注入的时间和位置增加部分测试软件源代码，通过增加的这部分代码，可以实现软件运行过程中动态的改变代码中关键的全局变量、局部变量、寄存器、硬件地址和软件接口等信息内容，完成软件故障注入测试并自动生成测试结论。该装置实现简单，对被测试目标系统软件影响较小，极大的提高了嵌入式软件的容错性、可靠性和安全性。
附图说明
图1是本发明的软件测试故障注入装置的工作原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
针对目前软件测试过程中难以有效获得故障现场信息的问题，本发明提出了一种嵌入式软件测试的故障注入装置。
如图1所示，该装置通过各种总线通讯接口向被测试的目标系统软件注入故障，包括目标系统计算机模块和监控器模块；
其中，所述目标系统计算机模块包括主机板和电子SATA盘，所述主机板内运行目标系统软件，所述电子SATA盘用于存储记录系统的工作日志、记录故障注入后的测试结果，主机板通过PCIE总线与电子SATA盘进行数据交互；
所述监控器模块用于建立软件故障测试用例库，包括主机模块、1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块；所述1553B总线模块用于实现监控器模块通过1553B总线向目标系统软件发送故障测试用例，智能串口模块用于实现监控器模块通过串口向目标系统软件发送故障测试用例，CAN总线模块用于实现监控器模块通过CAN总线向目标系统软件发送故障测试用例，双冗余网络模块用于实现监控器模块通过以太网向目标系统软件发送故障测试用例；
所述主机模块通过PCIE总线与监控器模块内其余四个模块进行数据交互，用于首先对嵌入式软件进行功能故障树分析，建立系统级和详细级失效模式及影响分析，最终从软件源代码中识别出关键的全局变量、局部变量、寄存器、硬件地址和软件接口等信息；然后基于识别出的上述信息进行软件测试用例设计，完成软件故障测试用例库构建；
在主机模块完成软件故障测试用例库构建之后，所述主机板、1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块进行交互实现向目标系统注入故障，具体为：
设目标系统软件源代码从寄存器、硬件地址或是软件接口中读取的信息保存在局部变量A中，则所述主机板在目标系统软件源代码中局部变量A获得当前寄存器、硬件地址或是软件接口中的信息后增加如下代码：
if(TRUE＝＝XXX_Debug)
A＝Global_XXX；
上述Global_XXX为全局变量名称，XXX_Debug初始情况下的值为FALSE(即不改变当前获得的A的值)，只有在接收到监控器模块中1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块之一发送的指令报文后才将XXX_Debug的值设置为TRUE；
所述主机板在目标系统软件源代码中增加一个任务或一个线程，该任务或线程的优先级低于该软件本身运行的所有任务和线程的优先级，这个任务或线程用于接收并处理1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块之一发送的指令报文；
在需要进行故障注入测试时，1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块之一以指令报文的方式向目标系统发送故障测试用例，以通知此次需要给哪些全局变量赋值；
所述主机板在任务或线程中接收到该指令报文后，解析该指令报文的内容，将指令报文中涉及到的每个XXX_Debug的值设置为TRUE，且直接修改目标系统软件源代码中相关全局变量的值，上述操作完成后，目标系统软件按照该故障测试用例设置的故障时序或故障测试路径完成软件测试工作；
执行完一条故障测试用例后，所述主机模块通知主机板将每个XXX_Debug的值设置为FALSE，将全局变量的值设置为初始值；
所述电子SATA盘记录故障注入后的测试结果。
主机模块在向目标系统注入故障前进行系统级和详细级软件失效模式及影响分析时，获得软件变量的失效模式、失效原因和失效影响，将软件变量的失效模式作为软件故障测试用例，软件变量的失效影响实际上是故障测试用例的预期执行结果；将软件变量失效模式和变量失效影响建立检索对应关系，即目标系统可以根据接收到的变量失效模式即可获得所对应的变量失效影响。在目标系统软件代码中增加一个数据记录功能，当目标系统软件接收到监控器模块发送的故障测试用例时，首先在电子SATA盘内记录当前测试用例的失效模式和失效影响，当目标系统软件执行完当前的测试用例后，将测试用例的执行结果记录到电子SATA盘中；
每执行完一个故障测试用例，电子SATA盘内自动存储该测试用例的失效模式、失效影响和测试结果。当执行完全部测试用例后，将电子SATA盘内的记录文件导入主机模块中，主机模块通过比对记录文件中故障测试用例的失效影响和实际测试结果，得出每个测试用例是否通过测试的结论。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种嵌入式软件测试的故障注入装置，其特征在于，包括目标系统计算机模块和监控器模块；
其中，所述目标系统计算机模块包括主机板，所述主机板内运行目标系统软件；
所述监控器模块用于建立软件故障测试用例库，包括主机模块、1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块；所述主机模块用于完成软件故障测试用例库构建；所述1553B总线模块用于实现监控器模块通过1553B总线向目标系统软件发送故障测试用例，智能串口模块用于实现监控器模块通过串口向目标系统软件发送故障测试用例，CAN总线模块用于实现监控器模块通过CAN总线向目标系统软件发送故障测试用例，双冗余网络模块用于实现监控器模块通过以太网向目标系统软件发送故障测试用例；
所述目标系统计算机模块还包括电子SATA盘，所述电子SATA盘用于存储记录故障注入后的测试结果；
所述主机板通过PCIE总线与电子SATA盘进行数据交互；
所述主机模块具体用于对嵌入式软件进行功能故障树分析，建立系统级和详细级失效模式及影响分析，最终从软件源代码中识别出关键的全局变量、局部变量、寄存器、硬件地址和软件接口等信息；然后基于识别出的上述信息进行软件测试用例设计，完成软件故障测试用例库构建；
在主机模块完成软件故障测试用例库构建之后，所述主机板、1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块进行交互实现向目标系统注入故障，具体为：
设目标系统软件源代码从寄存器、硬件地址或是软件接口中读取的信息保存在局部变量A中，则所述主机板在目标系统软件源代码中局部变量A获得当前寄存器、硬件地址或是软件接口中的信息后增加如下代码：
if(TRUE＝＝XXX_Debug)
A＝Global_XXX；
上述Global_XXX为全局变量名称，XXX_Debug初始情况下的值为FALSE(即不改变当前获得的A的值)，只有在接收到监控器模块中1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块之一发送的指令报文后才将XXX_Debug的值设置为TRUE；
所述主机板在目标系统软件源代码中增加一个任务或一个线程，该任务或线程的优先级低于该软件本身运行的所有任务和线程的优先级，这个任务或线程用于接收并处理1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块之一发送的指令报文；
在需要进行故障注入测试时，1553B总线模块、智能串口模块、CAN总线模块和双冗余网络模块之一以指令报文的方式向目标系统发送故障测试用例，以通知此次需要给哪些全局变量赋值；
所述主机板在任务或线程中接收到该指令报文后，解析该指令报文的内容，将指令报文中涉及到的每个XXX_Debug的值设置为TRUE，且直接修改目标系统软件源代码中相关全局变量的值，上述操作完成后，目标系统软件按照该故障测试用例设置的故障时序或故障测试路径完成软件测试工作；
执行完一条故障测试用例后，所述主机模块通知主机板将每个XXX_Debug的值设置为FALSE，将全局变量的值设置为初始值；
所述电子SATA盘记录故障注入后的测试结果。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主机模块通过PCIE总线与监控器模块内其余四个模块进行数据交互。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主机模块在向目标系统注入故障前进行系统级和详细级软件失效模式及影响分析时，获得软件变量的失效模式、失效原因和失效影响，将软件变量的失效模式作为软件故障测试用例；将软件变量失效模式和变量失效影响建立检索对应关系；每执行完一个故障测试用例，电子SATA盘内自动存储该测试用例的失效模式、失效影响和测试结果，当执行完全部测试用例后，将电子SATA盘内的记录文件导入主机模块中，主机模块通过比对记录文件中故障测试用例的失效影响和实际测试结果，得出每个测试用例是否通过测试的结论。
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