CN105677563A - 一种基于SysML模块图的集成测试序列生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了嵌入式软件测试中一种基于SysML模块图的集成测试序列生成方法。该方法适用于集成复杂度较大、各应用系统间交联关系较多的嵌入式系统。本发明依据嵌入式系统逻辑上的功能组合关系提出一种先约束再组合、先成对再成组、由里到外、自底向上集成测试策略；通过分析系统的需求和设计，使用SysML模块图对其进行建模；对SysML模块图进行解析，将其转换为有向图；依据功能模块的组合关系，提出相关模块分支覆盖准则；依据模块间存在的数据交换，提出关键模块覆盖准则；然后以覆盖准则为导向，遍历有向图，自动生成集成测试序列集。本发明结合了模型驱动的工程技术，实现测试序列生成自动化，提高了软件测试效率。

Description

一种基于SysML模块图的集成测试序列生成方法

技术领域

本发明涉及计算机软件测试领域，主要涉及一种基于SysML模块图的集成测试序列生成方法。

背景技术

嵌入式实时系统中存在复杂的逻辑关系，且已广泛运用于航空、军事等领域中。随着航空设备软件化的概念日趋明显，软件已成为飞控、火控、航电及维修保障的核心。在波音757的飞控系统中，支持系统冗余度管理和故障检测的代码部分超过整个代码的55％。然而，系统规模和复杂性的迅速增长，使测试所需的用例成数量级的增长。如何合理的设计测试用例是软件测试领域的关键问题。测试用例的自动生成实质就是根据软件开发各阶段的规格说明和程序的内部机构精心选取一批测试用例的过程，具体实现包括两阶段：提取测试序列和选取满足各序列执行要求的测试用例集，也就是说，测试用例的设计是由测试序列为引导。

目前在行业内，基于模型的自动化测试主要集中在基于UML的测试用例自动生成上。江南大学的任洪丽，为了防止在测试用例自动生成过程中出现状态爆炸问题，提出了一种使用改进的蚁群算法直接从UML状态机图中生成测试用例的方法。针对单一UML模型测试不充分的问题，重庆大学的曾一通过结合UML类图、顺序图、交互概览图，构造可测试交互概览图，并基于该模型提出一种测试线索生成方法。南京大学的陈鑫采用了面向路径的测试用例生成方法，为了满足对安全攸关场景建模的需求，对UML活动图扩充了时间驱动机制和时间特性描述机制，然后以简单路径覆盖准则为导向，自动生成测试用例，实现对场景中所有可能运行的完全覆盖。如文献：(1)任洪丽，张伟，李文瑞.基于改进蚁群算法UML状态机图的测试用例生成[J].计算机工程与设计，2010,31(17):3835-3837,3928；(2)曾一，王翠钦，李函逾，洪豪.基于UML交互概览图的测试线索生成方法[J].计算机应用，2014,34(1):270-275,291；(3)陈鑫，姜鹏，张一帆，黄超，周岩.一种面向列车控制系统中安全攸关场景的测试用例自动生成方法[J].软件学报,2015,26(2):269-278。

虽然上述方法能够在部分程度上通过对系统建模以达到测试要求，但总体而言，这些方法都是从软件层面来对系统结构进行建模，难以对包括硬件设备的复杂嵌入式实时系统进行一致性验证分析。SysML是系统工程应用开发的标准语言，能够弥补功能描述不足、模型互操作性差、模型缺乏严格的语义等UML在系统工程领域中建模所存在的问题。

综上所述，本文使用SysML模块图对嵌入式实时系统进行建模，提出了一种可行的集成测试策略，并以相应的覆盖准则为导向，自动生成集成测试序列集。

发明内容

本发明的目的在于为了降低软件测试人员的工作强度、提高软件测试效率，提供了一种基于SysML模块图的集成测试序列生成方法。该方法适用于嵌入式系统中的功能模块集成测试。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是，针对嵌入式系统逻辑上的功能组合关系提出一种先约束再组合、先成对再成组、由里到外、自底向上的集成测试策略；然后以覆盖准则为导向，自动生成集成测试序列集。

本发明的具体步骤如下：

(1)嵌入式系统的功能分组能够将各应用系统之间的逻辑关系组织起来，通过对这种逻辑关系进行分析，提出一种集成测试策略。具体如下：

先约束再组合：在嵌入式系统中，若模块与其他模块之间具有数据交换，那么先对具有数据交换关系的模块进行集成测试，否则将模块与上层模块进行集成测试；

先成对再成组：在功能分解树中，先将处于同一层次的模块分别与上层模块进行集成测试，再将已测试完毕的模块进行集成，以保证模块的充分性测试；

由里到外：在嵌入式系统中，一个模块是由多个内部模块组合而成，因此，从最里面的模块开始，逐步添加外层模块，进行集成测试；

自底向上：由于功能分解树具有良好的层次结构关系，因此，从功能分解树的叶子节点开始，逐步添加上层模块，进行集成测试。

(2)分析待测嵌入式软件系统的需求和设计，绘制SysML模块图，建立一个基于元数据交换的可扩展标记语言(XMI)文件。

(3)解析XMI文件，提取模块图中的模块、关联、依赖、交互等基本元素。

(4)对解析出SysML模块图进行元素缺失、一致性检测，保证SysML模块图的完整性和一致性。

(5)将SysML模块图转换成有向图。

(6)在嵌入式系统开发中，设计人员会依据功能的组合关系将系统进行逐层划分，将一个完整的系统通过逻辑上的功能分组划分为若干个模块。对于这些系统来说，功能分解树就是集成测试的依据，因此提出了相关模块分支覆盖准则。在系统中，模块与模块之间不仅存在功能组合关系，还有可能存在数据交换的问题。为了使测试更加充分，针对这个问题，提出了关键模块覆盖准则。最后以测试覆盖准则为导向，遍历有向图，自动生成集成测试序列集。两个覆盖准则具体内容如下：

相关模块分支覆盖准则：若集合t满足相关模块分支覆盖准则且t是一组分支覆盖的真值，t所包含的真值组合分别使得主要分支覆盖B取真假各一次，且每个模块覆盖M取不同的真值，那么，集合t满足相关模块分支覆盖准则。

关键模块覆盖准则：若存在集合t＝{A,B}，当且仅当A为一个或若干个模块，B为与A相邻的关键程度最高的模块，则集合t满足关键模块覆盖准则。

其中，主要分支覆盖为在其他分支覆盖的真值不变的情况下，其真值的变化会造成模块覆盖真值的变化；所述的模块覆盖为当前模块被测情况，若当前模块所包含的模块都被测完，则真值为1，否则为0；关键程度为在SysML内部模块图中模块的度。

(7)输出分析报告和日志信息。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种基于SysML模块图的集成测试序列生成方法。该方法结合了模型驱动的工程技术，通过对嵌入式系统进行分析，自动生成覆盖完整的集成测试序列。针对模块之间的功能组合关系和数据交换的问题，提出了两种覆盖准则，使得集成测试更加充分。测试过程中高度自动化，提高了软件测试效率，具有覆盖率高、响应快等特点，适用于集成复杂度较大、各应用系统间交联关系较多的嵌入式系统。

附图说明

图1为本发明的测试序列生成流程图。

图2为模块之间数据交换示意图。

图3为模块之间组合关系示意图。

具体实施方式

本发明为嵌入式软件测试中一种基于SysML模块图的集成测试序列生成方法，图1是本发明的流程图，其具体的实施方式如下：

S1、分析待测嵌入式软件系统的需求和设计，在模型驱动可视化开发软件Rhapsody中绘制SysML模块图，其中，使用模块定义图描述模块间的功能组合关系，使用内部模块图描述模块间的数据交换情况。然后将模块图以基于元数据交换的可扩展标记语言(XMI)文件格式导出。

S2、解析XMI文件，提取模块图中的模块、关联、依赖、交互等基本元素。

S3、为了保证SysML模块图的完整性和一致性，需要对解析出SysML模块图进行元素缺失、一致性检测。

S4、将SysML模块图转换成相应的有向图。

S5、根据集成测试策略的要求，先判定模块间存在的关系，再选择相应的覆盖准则。若模块间存在数据交换，则先采用关键模块覆盖准则实现测试序列的生成，再采用相关模块分支覆盖准则生成测试序列。若模块间不存在数据交换，只存在组合关系，则直接采用相关模块分支覆盖准则生成测试序列。

其中，采用关键模块覆盖准则生成测试序列，示例如下：

假定存在模块A、B、C、D、E、F、G，它们之间的数据交换情况如图2所示。首先，遍历图，找到度最大的模块A，得到集合t＝{A}；然后，遍历集合t的邻居，找到度最大的模块D，得到集合t＝{A,D}；然后，遍历集合t的邻居，寻找度最大的模块，由于此时模块F与模块G的度相同，即关键程度相同，任意选择一个即可。在此选择模块F，得到集合t＝{A,D,F}；然后依次类推，直到所有模块都已覆盖，得到7条测试序列，如表1所示。

表1

序列1	t＝{A}
		序列2	t＝{A,D}
序列3	t＝{A,D,F}
		序列4	t＝{A,D,F,G}
序列5	t＝{A,D,F,G,B}
		序列6	t＝{A,D,F,G,B,C}
序列7	t＝{A,D,F,G,B,C,E}

其中，采用相关模块分支覆盖准则生成测试序列，示例如下：

假设存在模块V、V1、V2、V3，它们之间的组合关系如图3所示。为了更好的分析模块之间的功能组合关系，保证集成测试的充分性，将模块间的组合关系转换成一个逻辑表达式：模块覆盖M(如图3所示)的分支决定公式F＝A∧B∧C，当且仅当分支覆盖A、B、C三个都为真时，F为真(即M为真，M、F同真同假)。A为真表示对V1、V2进行集成测试，测试序列为(V1,V2)，反之，则没有对V1、V2进行集成测试。对于分支公式F的真值即模块覆盖M的真值来说，在F中有一个分支覆盖B，若当其他的分支覆盖都有一个具体值时，B与F同真同假或者一真一假，那么可以说分支覆盖B决定分支公式F的真值，即分支覆盖B决定模块覆盖M的真值。此时，分支覆盖B可以称为模块覆盖M的主要分支覆盖，同时，其余的分支覆盖称为模块覆盖的次分支覆盖。

依据相关模块分支覆盖准则得到符合要求的真值集t如表2所示，总共5条。所得到的真值集就是测试序列集。

表2

S6、输出分析报告和日志信息。

最后应当说明的是，以上所述是一般化的实施方法，仅用于帮助理解本发明的技术方案，不应理解为对本发明的限制，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，依据本发明的原理进行的若干变形和修改，均应涵盖于本发明的权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于SysML模块图的集成测试序列生成方法，其特征在于，依据嵌入式系统逻辑上的功能组合关系提出一种集成测试策略；然后以覆盖准则为导向，自动生成集成测试序列集。

2.根据权利要求1所述的基于SysML模块图的集成测试序列生成方法，其特征在于，所述集成测试策略包括：

先约束再组合：在嵌入式系统中，若模块与其他模块之间具有数据交换，那么先对具有数据交换关系的模块进行集成测试，否则将模块与上层模块进行集成测试；

先成对再成组：在功能分解树中，先将处于同一层次的模块分别与上层模块进行集成测试，再将已测试完毕的模块进行集成，以保证模块的充分性测试；

由里到外：在嵌入式系统中，一个模块是由多个内部模块组合而成，因此，从最里面的模块开始，逐步添加外层模块，进行集成测试；

自底向上：由于功能分解树具有良好的层次结构关系，因此，从功能分解树的叶子节点开始，逐步添加上层模块，进行集成测试。

3.根据权利要求2中所述的一种基于SysML模块图的集成测试序列生成方法，其特征在于，所述功能分解树为依据功能的逻辑组合关系将系统逐层划分所形成的树形结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于SysML模块图的集成测试序列生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)分析待测嵌入式软件系统的需求和设计，绘制SysML模块图，建立一个基于元数据交换的可扩展标记语言(XMI)文件；

(2)解析XMI文件，提取模块图中的模块、关联、依赖、交互等基本元素；

(3)对解析出SysML模块图进行元素缺失、一致性检测，保证SysML模块图的完整性和一致性；

(4)将SysML模块图转换成有向图；

(5)以测试覆盖准则为导向，遍历中间模型，自动生成集成测试序列集；

(6)输出分析报告和日志信息。

5.根据权利要求4所述的基于SysML模块图的集成测试序列生成方法，其特征在于，所述SysML模块图包括：SysML模块定义图和SysML内部模块图。

6.根据权利要求4所述的基于SysML模块图的集成测试序列生成方法，其特征在于，所述覆盖准则包括：

相关模块分支覆盖准则：若集合t满足相关模块分支覆盖准则且t是一组分支覆盖的真值，t所包含的真值组合分别使得主要分支覆盖B取真假各一次，且每个模块覆盖M取不同的真值，那么，集合t满足相关模块分支覆盖准则；

关键模块覆盖准则：若存在集合t＝{A,B}，当且仅当A为一个或若干个模块，B为与A相邻的关键程度最高的模块，则集合t满足关键模块覆盖准则。

7.根据权利要求6所述的基于SysML模块图的集成测试序列生成方法，其特征在于，主要分支覆盖为在其他分支覆盖的真值不变的情况下，其真值的变化会造成模块覆盖真值的变化。

8.根据权利要求6或7所述的基于SysML模块图的集成测试序列生成方法，其特征在于，所述的模块覆盖为当前模块被测情况，若当前模块所包含的模块都被测完，则真值为1，否则为0。

9.根据权利要求6所述的基于SysML模块图的集成测试序列生成方法，其特征在于，其特征在于，所述的关键程度为在SysML内部模块图中模块的度。