CN107977315B - 一种基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法；通过Bootloader将单元测试程序BINTEST加载到目标机的空白RAM中运行，与上位机交互完成测试。单元测试程序BINTEST实现硬件初始化、周期任务和一个测试状态机与上位机交互。上位机上安装自动化单元测试软件AutoTest，其功能包括：获取测试脚本中“被测函数”、“输入设置”、“输出期望”信息；与单元测试程序BINTEST自动交互：根据“读取变量值”交互请求得到单元测试程序BINTEST的响应信息后，解析得到单元测试的“实测输出”，然后与脚本中“输出期望”比较。本发明的特点是，测试对象与目标码交付状态的差异小，符合真实使用时的环境。

Description

一种基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法

技术领域

本发明涉及嵌入式软件单元测试验证技术，尤其是一种基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法。

背景技术

软件单元测试是软件质量安全保证的一个重要手段，针对高安全的嵌入式软件尤其需要通过严格的单元测试验证。目前的通常软件单元测试主要是在源码的基础上测试：将源码与测试模块组装编译，在仿真环境或目标环境下进行测试。然而，软件交付使用的环境与单元测试时的环境不同，如使用Cantata进行单元测试，通常是使用桌面电脑的CPU运算，而不是使用目标机的CPU运算；Cantata也能在目标环境下进行单元测试，通过将函数源码和测试模块组合编译，下载到目标机中运行，实际目标码的分配空间、分配时间（因被插桩）都与实际使用时不一致。

发明内容

为了尽量与真实使用环境一致，本发明提供一种基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，实现目标码使用环境尽量一致情况下的单元测试方法。本发明采用的技术方案是：

一种基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，包括以下步骤：

步骤S1，通过Bootloader将单元测试程序BINTEST加载到目标机的空白RAM中运行。

目标码就是需要测试的软件程序，以二进制表示，烧写在目标机的程序Flash中。本方法要求嵌入式系统不再上电，当Bootloader将单元测试程序BINTEST加载完成后，CPU自动跳转到单元测试程序BINTEST入口继续运行。在RAM中运行的单元测试程序BINTEST可以访问程序Flash空间和RAM空间。

Bootloader是引导加载程序；

步骤S2，上位机自动化单元测试软件AutoTest，自动在指定工程目录下依次查询测试脚本，获取测试脚本中“被测函数”、“输入设置”、“输出期望”信息。

步骤S3、上位机自动化单元测试软件AutoTest与单元测试程序BINTEST自动交互：根据 “输入设置”信息中地址数据打包并发送“设置变量值”的交互请求数据包；根据“被测函数”信息中地址数据打包并发送“调用被测函数”的交互请求数据包；根据“输出期望”信息中地址数据打包并发送“读取变量值”的交互请求数据包；接收单元测试程序BINTEST相应的响应信息。

步骤S4、上位机自动化单元测试软件AutoTest根据“读取变量值”交互请求得到单元测试程序BINTEST的响应信息后，解析得到单元测试的“实测输出”，然后与脚本中“输出期望”比较，得出单元测试是否通过的结论，并显示和写回测试脚本文件，并回到步骤S2，直到测试脚本中所有测试用例执行完成；然后查询下一个测试脚本，直到所有测试脚本处理完成。

进一步地，步骤S1中，单元测试程序BINTEST实现硬件初始化、周期任务和一个测试状态机与上位机交互，功能包括：设置变量值、调用被测函数、读取变量值。

进一步地，步骤S2中，上位机自动化单元测试软件AutoTest读取测试脚本，若测试脚本中没有地址信息只有变量信息，则读取测试目标码的对应map映射文件，查找到地址信息，若无地址信息则弹出错误提示。

进一步地，单元测试程序BINTEST与上位机通过通讯方式交互，通讯数据包的协议包括：协议头、长度、命令字、地址、值和校验和。

进一步地，设置变量值的方法为：

单元测试程序BINTEST根据协议头、长度判断接收到一包完整的数据包，进行校验和验证。数据包验证通过后，若命令字为“设置变量值命令字”，则解析其后的两个数据为“设置地址”和 “设置的值”，测试状态机设置为“设置变量值状态”；“设置地址”应在RAM空间范围内，单元测试程序BINTEST实现将该地址的RAM内存单元写入 “设置的值”；最后，进行交互响应：将“设置变量值返回命令字”、“设置地址”和读取该地址的值，进行打包并通信发送给上位机。

进一步地，调用被测函数的方法为：

单元测试程序BINTEST根据协议头、长度判断接收到一包完整的数据包，进行校验和验证。数据包验证通过后，若命令字为“调用被测函数命令字”，则解析其后的1个数据为“函数地址”，测试状态机设置为“调用被测函数状态”；“函数地址”应在程序Flash空间范围内，与被测函数的实际物理地址一致。单元测试程序BINTEST将地址传递给函数指针，然后通过该函数指针实现被测函数的调用执行；最后，进行交互响应：将“调用被测函数返回命令字”、“函数地址”，进行打包并通信发送给上位机。

更进一步地，当测试状态机为“调用被测函数状态”时，可以继续接收“调用被测函数”协议包，连续调用下一个被测函数。

这样，能进行一些部件测试，如一个信号的连续处理，经过了采集函数、诊断函数、故障确认函数、滤波函数，本设计可支持连续进行，测试最终结果。

进一步地，读取变量值的方法为：

单元测试程序BINTEST根据协议头、长度判断接收到一包完整的数据包，进行校验和验证。数据包验证通过后，若命令字为“读取变量值命令字”，则解析其后的1个数据为“读取地址”，测试状态机设置为“读取变量值状态”；“读取地址”应在RAM空间范围内，单元测试程序BINTEST实现读取该地址的RAM内存单元；最后，进行交互响应：将“读取变量值返回命令字”、“读取地址”和“读取地址的值”，进行打包并通信发送给上位机。

上述响应是指单元测试程序BINTEST向上位机的自动化单元测试软件AutoTest进行回传。

进一步地，步骤S3中，进行“设置变量值”的交互请求，得到交互响应，需判断响应数据包中的命令字是否为“设置变量值返回命令字”；若是，则进一步判断“设置地址”和读取该地址的值是否符合交互请求中的信息，若是，则自动进行下一个“设置变量值”的交互请求，直到测试脚本中所有“输入设置”信息处理完成，进行“调用被测函数”的交互请求。若以上两个判断中有否，则在测试结果中标记执行失败。

进一步地，在步骤S3中，进行“调用被测函数”的交互请求，得到交互响应，需判断响应数据包中的命令字是否为“调用被测函数返回命令字”；若是，则进一步判断“函数地址”是否符合交互请求中的信息，若是，则自动进行下一个“调用被测函数”的交互请求，直到测试脚本中所有“被测函数”信息处理完成，进行“读取变量值”的交互请求；若以上两个判断中有否，则在测试结果中标记执行失败。

进一步地，步骤S3中，进行“读取变量值”的交互请求，得到交互响应，需判断响应数据包中的命令字是否为“读取变量值返回命令字”；若是，则进一步判断“读取地址”是否符合交互请求中的信息，若是，则将“读取地址的值”作为“实测输出”，用于步骤S4中，并自动进行下一个“读取变量值”的交互请求，直到测试脚本中所有“读取变量值”信息处理完成，进行步骤S4；若以上两个判断中有否，则在测试结果中标记执行失败。

本发明的优点：本方法虽然需要占用被测软件空余未使用RAM空间，但带来了如下优点：1）被测软件目标码未做任何修改，换来被测软件是符合真实使用时的环境，包括目标CPU、在Flash中位置、周期调用，更能发现软件实际使用时的缺陷；2）通用性可移植性好，一种方案能适用多个项目。

附图说明

图1为本发明的单元测试方法流程图。

图2为本发明的带地址信息的测试脚本示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

通常软件单元测试主要是在源码的基础上测试：将源码与测试模块组装编译，在仿真环境或目标环境下进行单元测试。本发明基于目标码进行单元测试，不需要将源码编译，而是注入一段单元测试程序BINTEST到目标码中，并劫持定时中断服务入口，与上位机交互完成测试。

基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，工作过程见图1，本方法的实现过程分为四个步骤：

第1步，通过Bootloader将单元测试程序BINTEST加载到目标机的空白RAM中运行。单元测试程序BINTEST实现硬件初始化、周期任务和一个测试状态机与上位机交互，功能包括：设置变量值、调用被测函数、读取变量值。

第1.1步：首先判断是否接收到一包完整的数据，根据协议头、长度和校验和进行判断，若校验和通过，则接收到一包完整的数据。

第1.2步：根据命令字进入不同状态进行处理：

a) 命令字为“设置变量命令字”，按如下方式处理：

首先，解析其后2个数据为“设置地址”和 “设置的值”；

然后，判断“设置地址”是否在RAM空间范围内，若上述条件为假，则进行交互响应：通讯发送故障信息数据包：设置地址超出RAM范围命令字；否则，将该地址的RAM内存单元写入 “设置的值”。

最后，进行交互响应：将“设置变量值返回命令字”、“设置地址”和读取该地址的值，进行打包并通信发送给上位机。

b) 命令字为“调用函数命令字”，按如下方式处理：

首先，解析后1个数据为“函数地址”；

然后，判断“函数地址”是否在程序Flash空间范围内，且在程序Flash中该地址长字值非0xFFFFFFFF，若上述条件为假，则进行交互响应：通讯发送故障信息数据包：函数设置错误命令字；否则，将地址传递给函数指针，然后通过该函数指针实现被测函数的调用执行。

最后，进行交互响应：将“调用被测函数返回命令字”、“函数地址”，进行打包并通信发送给上位机。

函数类型默认类型为：参数为空，且返回为空。另根据可设计多种函数类型，并分配不同的命令字。对于有参数或返回值的函数，通过使用被测软件未使用的全局变量进行传递。

如：

Case FuncType_R_INT16_I_INT16_INT16:

pFunc_R_Int16_I_Int16_Int16 = addressFunc;

INT16_40008000 =

pFunc_R_Int16_I_Int16_Int16(INT16_40006000, INT16_40006002)；

当处于“调用被测函数状态”时，可以进行接收“调用被测函数”协议包，连续调用下一个被测函数；这样可进行部件测试，如测试一个信号经过输入、转换、诊断、选择、滤波多个函数处理后的结果。

c) 命令字为“读取变量值命令字”，按如下方式处理：

首先，解析后的1个数据为“读取地址”；

然后，判断“读取地址”是否在RAM空间范围内，若上述条件为假，则进行交互响应：通讯发送故障信息数据包：读取地址超出RAM范围命令字；否则，读取该地址的RAM内存单元。

最后，进行交互响应：将“读取变量值返回命令字”、“读取地址”和“读取地址的值”，进行打包并通信发送给上位机。

第2步，上位机自动化单元测试软件AutoTest，获取测试脚本中被测函数、输入序列、输出期望等信息；若测试脚本中没有地址信息只有变量信息，则读取测试目标的对应map文件（映射文件），查找到地址信息，形成一个中间文件：“带地址信息的测试脚本”，见图2，若无地址信息则弹出错误提示。

第3步，上位机自动化单元测试软件AutoTest与单元测试程序BINTEST自动交互：

a) 按脚本中序列发“设置变量”通讯数据包，得到回传数据包后，判断是否设置成功，若设置失败测试结果标记本测试未成功执行，进行下一个用例；否则，按序列发送下个“设置变量”通讯数据包，直到所有“设置变量”完成。

b) 按脚本中序列发“调用被测函数”通讯数据包，得到回传数据包后，判断是否设置成功，若设置失败测试结果标记本测试未成功执行，进行下一个用例；否则，按序列发送下个“调用被测函数”通讯数据包，直到所有“调用被测函数”完成。

c) 按脚本中序列发“读取变量”通讯数据包，得到回传数据包后，按序列发送下个“读取变量”通讯数据包，直到所有“读取变量”完成。

步骤4、自动化单元测试软件AutoTest得到单元测试输出变量的值后，与测试脚本中输出期望比较，得出单元测试是否通过的结论，并显示和写回测试脚本文件。然后进行下一个测试用例，直到测试脚本中所有测试用例执行完成；然后查询下一个测试脚本，直到所有测试脚本处理完成。

本发明的特点是，测试对象与目标码交付状态的差异小，符合真实使用时的环境，包括目标CPU、在Flash中位置、周期调用，更能发现软件实际使用时的缺陷。

Claims (11)

1.一种基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，通过Bootloader将单元测试程序BINTEST加载到目标机的空白RAM中运行；

步骤S2，上位机自动化单元测试软件AutoTest，自动在指定工程目录下依次查询测试脚本，获取测试脚本中“被测函数”、“输入设置”、“输出期望”信息；

步骤S3、上位机自动化单元测试软件AutoTest与单元测试程序BINTEST自动交互：根据“输入设置”信息中地址数据打包并发送“设置变量值”的交互请求数据包；根据“被测函数”信息中地址数据打包并发送“调用被测函数”的交互请求数据包；根据“输出期望”信息中地址数据打包并发送“读取变量值”的交互请求数据包；接收单元测试程序BINTEST相应的响应信息；

步骤S4、上位机自动化单元测试软件AutoTest根据“读取变量值”交互请求得到单元测试程序BINTEST的响应信息后，解析得到单元测试的“实测输出”，然后与脚本中“输出期望”比较，得出单元测试是否通过的结论，并显示和写回测试脚本文件，并回到步骤S2，直到测试脚本中所有测试用例执行完成；然后查询下一个测试脚本，直到所有测试脚本处理完成。

2.如权利要求1所述的基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，

步骤S1中，单元测试程序BINTEST实现硬件初始化、周期任务和一个测试状态机与上位机交互，功能包括：设置变量值、调用被测函数、读取变量值。

3.如权利要求1所述的基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，

步骤S2中，上位机自动化单元测试软件AutoTest读取测试脚本，若测试脚本中只有变量信息没有地址信息，则读取测试目标码的对应map映射文件，查找到地址信息，若无地址信息则弹出错误提示。

4.如权利要求2所述的基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，

通过通讯方式交互，通讯数据包的协议包括：协议头、长度、命令字、地址、值和校验和。

5.如权利要求2所述的基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，

设置变量值的方法为：

单元测试程序BINTEST根据协议头、长度判断接收到一包完整的数据包，进行校验和验证；数据包验证通过后，若命令字为“设置变量值命令字”，则解析其后的两个数据为“设置地址”和 “设置的值”，测试状态机设置为“设置变量值状态”；“设置地址”应在RAM空间范围内，单元测试程序BINTEST实现将该地址的RAM内存单元写入 “设置的值”；最后，进行交互响应：将“设置变量值返回命令字”、“设置地址”和读取该地址的值，进行打包并通信发送给上位机。

6.如权利要求2所述的基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，

调用被测函数的方法为：

单元测试程序BINTEST根据协议头、长度判断接收到一包完整的数据包，进行校验和验证；数据包验证通过后，若命令字为“调用被测函数命令字”，则解析其后的1个数据为“函数地址”，测试状态机设置为“调用被测函数状态”；“函数地址”应在程序Flash空间范围内，与被测函数的实际物理地址一致；单元测试程序BINTEST将地址传递给函数指针，然后通过该函数指针实现被测函数的调用执行；最后，进行交互响应：将“调用被测函数返回命令字”、“函数地址”，进行打包并通信发送给上位机。

7.如权利要求2所述的基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，

当测试状态机为“调用被测函数状态”时，可以继续接收“调用被测函数”协议包，连续调用下一个被测函数。

8.如权利要求2所述的基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，

读取变量值的方法为：

单元测试程序BINTEST根据协议头、长度判断接收到一包完整的数据包，进行校验和验证；数据包验证通过后，若命令字为“读取变量值命令字”，则解析其后的1个数据为“读取地址”，测试状态机设置为“读取变量值状态”；“读取地址”应在RAM空间范围内，单元测试程序BINTEST实现读取该地址的RAM内存单元；最后，进行交互响应：将“读取变量值返回命令字”、“读取地址”和“读取地址的值”，进行打包并通信发送给上位机。

9.如权利要求1所述的基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，

步骤S3中，进行“设置变量值”的交互请求，得到交互响应，需判断响应数据包中的命令字是否为“设置变量值返回命令字”；若是，则进一步判断“设置地址”和读取该地址的值是否符合交互请求中的信息，若是，则自动进行下一个“设置变量值”的交互请求，直到测试脚本中所有“输入设置”信息处理完成，进行“调用被测函数”的交互请求；若以上两个判断中有否，则在测试结果中标记执行失败。

10.如权利要求1所述的基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，

步骤S3中，进行“调用被测函数”的交互请求，得到交互响应，需判断响应数据包中的命令字是否为“调用被测函数返回命令字”；若是，则进一步判断“函数地址”是否符合交互请求中的信息，若是，则自动进行下一个“调用被测函数”的交互请求，直到测试脚本中所有“被测函数”信息处理完成，进行“读取变量值”的交互请求；若以上两个判断中有否，则在测试结果中标记执行失败。

11.如权利要求1所述的基于Bootloader方式的嵌入式软件目标码单元测试方法，其特征在于，

步骤S3中，进行“读取变量值”的交互请求，得到交互响应，需判断响应数据包中的命令字是否为“读取变量值返回命令字”；若是，则进一步判断“读取地址”是否符合交互请求中的信息，若是，则将“读取地址的值”作为“实测输出”，用于步骤S4中，并自动进行下一个“读取变量值”的交互请求，直到测试脚本中所有“读取变量值”信息处理完成，进行步骤S4；若以上两个判断中有否，则在测试结果中标记执行失败。

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