铁路系统中安全嵌入式软件测试模型研究

李海海 陈晓轩

（卡斯柯信号有限公司 上海市 200070）

1 引言

软件测试是嵌入式软件开发中一个重要的环节，软件测试过程是一种抽象的模型，用于定义软件测试流程和方法，一种好的测试模型，在一定程度上决定了软件开发成本以及质量，在整个软件生命周期中，越早的发现问题，整个项目的费用也就越低。

在铁路系统中，安全嵌入式软件被广泛应用，为了保证产品的安全和可靠性，测试流程同样重要，目前传统的模型为V 模型以及W 模型，但是这两种模型都存在一定的问题，无法满足铁路安全软件的安全流程认证要求，为了更好的满足安全认证的要求，实现对安全软件流程SIL4 的要求，对W 进行改进，完善了测试文档测试的流程，以保证测试的准确性和有效性。

2 传统软件测试模型概述

2.1 V模型

V 模型目前广泛应用于嵌入式软件的测试过程，如图1 所示，测试分别是从单元测试、软件集成测试、软件确认测试、系统集成测试，系统确认测试，验收测试。V 模型的优点是明确的定义了测试阶段和开发阶段的对应关系，但是缺点也是很明显：

（1）测试活动是在编码以后才介入，早期的需求设计导致错误可能在后期才发现，导致返工，基于错误越早发现，成本越低的原则，会导致成本增大；

（2）人员利用率低，早期测试等着编码完成，后期开发人员编码完成后，需要等着测试提交缺陷，所以这种模型已经如法满足要求。

2.2 W模型

如图2 所示，W 模型是V 模型的改进， W 模型由两个“V”重叠而成。其中一个“V”表示开发过程，包括用户需求、系统需求说明、系统架构设计，软件需求说明，软件架构设计，软件详细设计，编码。另一个“V”表示测试过程，包括用户需求分析、系统需求测试、系统架构测试，软件需求测试，软件架构测试，软件单元测试，W 模型的优点有：

（1）W 模型保证了需求的完整性，准确性和一致性，能较早的发现问题，避免后期编码人员的功能实现错误；

（2）人员利用率高，前期测试人员介入，也能够较早了解产品；

（3）测试与开发并行且相对独立。但是W 模型也存在一定安全隐患，在前期注重的是开发文档的测试，没有对测试文档进行测试，不能在前期发现测试文档的准确性，后期可能导致测试执行的错误。

3 3V软件测试模型概述

图3 为3V 模型整个流程图，在W 模型的基础上增加一个V，V 左边主要是用例的设计以及用例的确认和验证，“V”的右边主要是测试报告，以控制阶段的进行，详细描述如下：

图1：V 模型流程图

图2：W 模型流程图

（1）用户需求阶段：①通过分析用户需求，识别不可能实现的用户需求；②通过分析，明确细化客户目的。用户需求阶段是项目的开始，与顾客的交谈不够多和不够彻底，一些重要的需求被忽视，会导致后续开发工作有大的偏差，因此，需要做好用户需求的分析，能够保证功能的不遗漏。

（2）系统需求设计阶段：①通过验证系统需求和用户需求之间的追踪关系，验证系统需求的完整性和一致性；②通过编写用例，确定系统功能的可测性；③通过系统确认用例的V&V，验证系统测试用例准确性和追踪的完整性，防止漏测功能。

（3）系统架构设计阶段：①通过验证架构和系统需求之间的追踪关系，验证系统架构的完整性与一致性，并验证软件之间交互数据的一致性；②通过编写用例，以及对系统集成用例的V&V，验证系统集成用例的准确性和追踪的完整性，确保软件之间数据交互的准确性。

图3：3V 模型流程图

（4）软件需求设计阶段：①通过验证和确认软件需求和系统架构之间的追踪关系，验证各个软件功能的完整和一致性；②通过编写软件确认用例，确定软件功能的可测性；③通过软件确认用例的V&V，验证软件确认测试用例准确性和追踪的完整性，防止漏测功能。

（5）软件架构设计阶段：①通过验证和确认软件架构和软件需求之间的追踪关系，软件架构与软件需求的一致性,验证软件模块之间接口的一致性；②通过编写软件集成用例并对软件集成用例的V&V，验证软件集成测试用例准确性和追踪的完整性，防止漏测模块之间的接口数据。

（6）软件概要设计阶段：① 通过验证和确认软件详细设计与软件建构之间的追踪关系，验证详细设计的完整性和准确性，提编码提供详细的设计依据；② 通过编写单元测试用并对单元测试用例的V&V，验证了单元测试用例的准确性和追踪完整性。

（7）编码到软件单元测试阶段以及报告阶段：完成编码后，测试人员依据单元测试用例执行测试，完成对软件的动态测试以及静态的代码走读，如有问题，提交缺陷，编码问题只需对应软件概要设计修改，待测试通过，提交单元测试通过的测试报告。

（8）其他阶段的测试：为了防止下一阶段测试无效，下一阶段必须在收到上一阶段测试通过报告才能开展。

4 3V模型的实际应用与不足

对于安全软件的开发来说，基于3V 模型的测试模型有利于通过流程来保证软件质量，同时测试人员的早期介入，也能更好的对产品了解，不仅仅是前期通过文档质量来保证开发代码的质量，更是通过技术文档来保证产品的开发质量，在我们进行开发文档测试的同时，我们也对后面开发阶段对应的测试阶段-单元测试、软件集成测试、软件确认测试、系统集成测试、系统确认测试以及验收测试做出测试设计以及验证，保证了后面测试质量。3V 模型完全符合SIL4 软件的开发流程，可以广泛应用到安全产品。

在采用3V 模型时，对于“V”模型左边，当某个阶段发现问题时，我们只要回到上一个阶段即可，不必回答最初，有利于节省时间，但是在“V”模型右边，当某个测试阶段发现问题并修改时，往往要回到单元测试开始，所以3V 模型不适合敏捷开发。

5 结束语

本文结合软件测试模型的实际原则，提出一种新的安全软件测试模型-W 模型，该模型吸取了V 模型和W 模型的有点，同时弥补了改模型的不足之处，体现了“尽早测试，尽早发现问题，开发测试文档全面测，代码文档全面测”的原则，在遵循安全软件测试原则上，将问题尽早暴漏，减少反正，也通过流程来全面确保文档的正确性。