嵌入式应用软件可靠性自动测试方法研究

杨 星

(淮南师范学院 计算机学院,安徽 淮南 232038)

0 引言

采用嵌入式应用软件进行信息处理和信息加工,提高信息处理的效率。在嵌入式应用软件的使用过程中,需要结合应用软件的应用方向进行可靠性测试和分析,建立嵌入式应用软件的可靠性测试模型,提高软件的信息化服务水平,从而提升和改进软件的质量。研究嵌入式应用软件的可靠性测试分析方法,在软件的应用和开发中具有重要意义,相关的应用软件可靠性测试方法研究受到人们的极大关注[1]。对嵌入式应用软件的可靠性测试是建立在对软件的可靠性约束参量指标分析基础上,建立软件的可靠性参数分析模型,采用智能分析方法,进行软件可靠性自动测试。

基于此,提出基于模糊度检测的嵌入式应用软件可靠性自动测试方法,首先分析软件可靠性测试的相关约束参量,然后采用多层指标参量约束控制的方法进行软件的完备性及可操作性度量,结合软件可靠性约束指标,实现软件的可靠性自动测试,最后进行仿真实验分析,展示了本文方法在提高嵌入式应用软件可靠性自动测试能力方面的优越性能。

图1 嵌入式应用软件的产品适应性指标Fig.1 Product adaptability index of embedded application software

1 软件可靠性约束指标及特征分析

1.1 软件可靠性约束指标

为了实现嵌入式应用软件可靠性自动测试,需要结合应用软件可靠性约束指标分析的方法进行可靠性自动测试过程中的来年规划特征分析,根据嵌入式应用软件产品的属性,分析软件的可移植性和可复用性等指标,结合产品的通用性特征分析进行软件可靠性自动测试过程中的模块性特征量化分析[2],得到嵌入式应用软件的产品适应性指标分布如图1所示。

根据图1所示的嵌入式应用软件的产品适应性指标分布,结合软件质量和软件产品的可操作性,进行嵌入式应用软件可靠性测试,建立软件可靠性自适应特征检测模型。结合产品适应性指标分布特征量进行优化设计,建立软件可靠性测试模型,提高嵌入式应用软件的通用性。采用软件可靠性的量化分析方法进行软件质量度量,对软件的可靠性测试主要分为结构性测试和对象性测试,结合软件的复杂度和可靠性分布,进行软件可靠性测试[3],根据上述分析,建立软件可靠性二级约束指标参数体系如图2所示。

图2 软件可靠性二级约束指标参数体系Fig.2 The parameter system of the two-level constraint index of software reliability

根据图2所示的嵌入式应用软件可靠性约束指标参数体系,采用面向结构和面向对象的可靠性测试方法,进行软件可靠性度量[4],软件的封装性的量度约束指标的计算公式为:

(1)

(2)

(3)

式中,TC为嵌入式应用软件的属性分布总数目,Md(Ci)表示可靠性属性种类Ci中的类别数。

采用多因素度量的方法,进行嵌入式应用软件可靠性度量的回归分析,结合底层设计和顶层封装的方法,进行嵌入式应用软件产品质量评估[5],得到软件可靠性测试的模糊度约束参数为:

(4)

(5)

(6)

式中,Ad(Ci)为Ci的属性数目,根据上述分析,构建了软件可靠性测试的约束指标参数模型,根据软件的正确性、可靠性、运行效率、完整性和可用性等指标,构建软件可靠性测试的约束参量指标分布模型[6]。

1.2 软件可靠性特征分析

设嵌入式应用软件可靠性的度量论域为U,且U可用精确数值表示,采用线性规划技术进行嵌入式应用软件可靠性特征分析,结合软件可靠度的继承性进行来年规划分析[7],建立嵌入式软件的可靠度特征分析模型,得到嵌入式应用软件可靠性动态衡量的输出:SCi(Exi,Eni,Hei),i=1,2,3,…,n。嵌入式应用软件可靠性特征分布计算公式为:

(7)

Ma(Ci)=Md(Ci)+Mi(Ci)

(8)

式中,Mi(Ci)为类Ci(i=1,2,…,n)的可靠性测试因子,结合模糊聚类分析的方法进行嵌入式应用软件可靠性设计,嵌入式应用软件可靠性度量的刻度模型特性表示为:U→[0,1],∀x∈U,x→SC(x)。采用多模态数据融合特征分析的方法,进行嵌入式软件的可靠性特征分析,得到软件综合度量模型描述如下:

(9)

Aa(Ci)=Ad(Ci)+Ai(Ci)

(10)

式中,Ai(Ci)为软件可靠性属性类函数,对属性类为Ci(i=1,2,…,n)的可靠性测试的量化特征式为Eni=(Exi-Exi-1)/3Ad(Ci)为Ci(i=1,2,…,n)的属性数。综上分析,构建软件可靠性测试的约束参量指标分布模型,建立软件的可跟踪性测试的模糊度因子,结合模糊动态测试的方法,进行嵌入式应用软件可靠性自动测试[8]。

2 软件可靠性自动测试方法的优化设计

2.1 软件的可跟踪性测试及模糊度分析

在上述构建了软件可靠性测试的约束参量指标分布模型的基础上,进行软件可靠性自动测试优化设计,本文提出基于模糊度检测的嵌入式应用软件可靠性自动测试方法。建立软件的可跟踪性测试的模糊度因子,采用多层指标参量约束控制的方法进行软件的完备性及可操作性度量,软件可靠性测试的耦合因子计算公式为:

(11)

(12)

式中,TC2-TC为嵌入式应用软件的可靠性分布最大耦合度。

建立软件可靠性自动测试的多层次模糊度量结构模型,采用多态因子(POF)组合分析的方法[9],得到软件的多因态组合测试指标分布集为:

(13)

Md(Ci)=Mn(Ci)+Mo(Ci)

(14)

式中,Mo(Ci)为Ci(i=1,2,…,n)中的嵌入式应用软件可靠性分布的模糊度函数,DC(Ci)为Ci(i=1,2,…,n)的可靠度空间格点,Mn(Ci)为Ci(i=1,2,…,n)的软件的安全属性特征量。嵌入式应用软件可靠性衡量模型由5个状态组成,即λ=(X,O,A,B,π),其中X为嵌入式应用软件可靠性衡量模型中的模糊耦合状态因子,X={xi,i=1,2,3,…,N}。O为嵌入式应用软件安全评价模型观测状态,O={oj,j=1,2,3,…,M}表示嵌入式应用软件的可靠性测试集,定义式如下:

maxF(X)=(F1(X),F2(X),…,Fn(X))

s.t.gj(X)≤0 (j=1,2,…,p)

hk(X)=0 (k=1,2,…,p)

(15)

根据上述分析,建立软件可靠性自动测试的多层次模糊度量结构模型,结合可靠性合并和综合度量方法,进行嵌入式软件的可使用性、兼容性以及可移植性等参数指标分析,提高软件的可跟踪性测试能力和可靠性度量能力,根据上述分析,构建了软件质量的量化评价和测试模型如图3所示。

图3 软件质量的量化评价和测试模型Fig.3 Quantitative evaluation and test model of software quality

2.2 软件可靠性自动测试及优化度量

采用多层指标参量约束控制的方法进行软件的完备性及可操作性度量,建立软件可靠性自动测试的多层次模糊度量结构模型,设置嵌入式应用软件的数目是L个,上述嵌入式应用软件之间并没有较强的关联性,采用关联组合检测的方法,进行嵌入式应用软件的资源优化分配,构建嵌入式应用软件的优化调度和自适应控制模型,得到嵌入式应用软件的模糊隶属度函数描述为:

(16)

Vk表示软件可靠性非线性动态测量函数,对于第k个软件可靠性属性特征集,设置嵌入式应用软件的安全可靠度衡量特征分布集,将嵌入式应用软件的可靠性线性规划特征集Lk通过空间规划的方法映射到目标测试集Rl上,计算软件的可靠性度量的非线性特征量,描述如下:

(17)

基于综合度量模型得到软件可靠性测试的量化特征分布集,用SC(Ex,En,He)表示软件可靠性自动测试的主成分特征量,根据上述分析,构建了软件可靠性测试的统计分析模型,得到统计特征分布矩阵为:

(18)

采用量化回归分析的方法实现对嵌入式应用软件可靠性自动测试,得到优化的测试集函数表示为:

(19)

综上分析,实现了嵌入式应用软件可靠性自动测试。

3 仿真实验与结果分析

为了验证本文方法在实现嵌入式应用软件可靠性自动测试中的应用性能,进行仿真测试,结合Matlab和C++进行嵌入式应用软件可靠性测试分析,对嵌入式应用软件可靠性约束指标参数采样的分布区间设定为[0,0.6][0.6,0.8][0.8,1],各级测试指标分布见表1。

表1 嵌入式软件的各级测试指标分布Table 1 All levels of embedded software test index distribution.

根据上述指标参数测试结果,进行嵌入式应用软件可靠性测试,得到各个软件系统的可靠性测试输出如图4所示。

图4 软件系统的可靠性测试输出Fig.4 The reliability test output of the software system

分析图4得知,采用本文方法能有效实现对嵌入式应用软件可靠性自动测试,对比软件的可靠性,得到对比结果如图5所示。

图5 软件的可靠性对比结果Fig.5 Reliability comparison results for software

分析图5得知,通过对嵌入式应用软件可靠性自动测试,提高了软件的可靠性。

4 结语

嵌入式应用软件打破了学科之间的界限,受到相关学者的关注,提出基于模糊度检测的嵌入式应用软件可靠性自动测试方法。建立嵌入式应用软件的可靠性参数分析模型,运用智能分析方法进行软件可靠性自动测试,并根据软件的正确性、可靠性和运行效率分析得知,采用本文方法能有效实现对嵌入式应用软件可靠性自动测试,提高了软件的可靠性。但由于时间有限,此次实验仍有提升的空间,在软件测试时长方面需要进行测试,这也是我未来的研究方向。