[发明专利]一种基于扩展接口自动机模型的嵌入式组件建模与测试方法

说明书

技术领域：

本发明涉及计算机软件领域，特别涉及基于模型的测试自动化领域。

背景技术：

嵌入式系统已经广泛地应用在了航空、航天、电子、机械等各个领域。针对嵌入式软件规模大幅度增长、开发周期缩短、质量要求提升的发展趋势，近年来，提出了嵌入式组件的开发方法，通过功能的分解、组件接口的封装、标准组件的重用技术，提高开发效率和质量，降低成本，提高系统的可维护性。

嵌入式组件是构成嵌入式系统的基本单元，是系统构造、开发、组装、验证、评估、和维护的基本单位，组件的可信性是系统可信性的基础。组件是独立开发的模块，通常采用黑盒的提供方法，隐藏了数据和实现方法，内部实现对使用者不可见；具有良好定义的外部特性和行为，通常遵照接口规范对外提供服务；可通过特定的方式集成，通过标准的接口协议与其他组件和系统进行交互和协作。在嵌入式系统中，通常采用软硬件一体的组件，包括硬件、操作系统软件和应用软件。例如智能传感器系统通常包括信号处理、网络控制软件等部件，通过稳定的标准化的通信网络接口，提供输出信号。在将嵌入式组件构建成复杂系统的过程中，通常需要对CNI接口的时域和值域进行详细、精确的定义。在新的系统集成环境中，确认组件的前置条件以保证操作的鲁棒性，并对组件进行充分测试。这个精确的接口规约是组件测试和确认的依据。

美国University of California, Berkeley的Luca de Alfaro和Thomas A. Henzinger于2001年提出了一种轻量级的嵌入式软件组件接口模型：接口自动机模型（Interface Automata，IA）。IA基于状态机模型，可针对组件接口、组件行为和组件间的组合行为进行描述，并支持不同组件接口模型之间的可组合性和相容性检查。

基本的接口自动机中，缺乏对组件接口之间约束和依赖关系的描述，如两个接口操作之间输入、输出数据之间的依赖关系，以及接口操作前置/后置条件约束等。本发明扩展了接口自动机模型，引入接口参数定义和约束定义，为描述、理解、和分析组件提供更丰富的行为语义信息，并给出基于扩展的接口自动机模型的测试自动生成方法。本发明供包括两部分：（1）扩展的接口自动机定义；（2）基于扩展的接口自动机模型的测试生成方法。

测试是嵌入式组件质量保证的重要方法，扩展的接口自动机模型可辅助嵌入式组件分析理解，基于模型的测试自动化技术可提高嵌入式组件测试的效率和质量，对嵌入式系统基于组件的开发方法研究具有重要意义。

发明内容

本发明采用基于模型的软件测试技术，基于带约束的自动机理论，给出一种嵌入式组件的接口操作、数据、以及行为的建模方法；基于图搜索和约束求解理论，给出一种基于模型的测试自动生成方法。方法针对目前广泛应用的嵌入式系统，要求嵌入式系统满足以下条件：（1）采用基于组件的嵌入式系统开发方法；（1）具有明确的嵌入式组件接口定义。

本发明方法针对嵌入式组件E，依据以下步骤进行建模与测试：

步骤（1） 系统初始化

输入：嵌入式组件的接口定义，其中包括：接口操作、操作的输入/输出参数、操作的前置/后置条件以及组件的预期行为信息.

步骤（2） 按以下步骤建立嵌入式组件上的扩展接口自动机模型：

步骤（2.1）构建状态集合S_E，并定义其中的初始状态集合，且。

步骤（2.2）构建接口操作数据和变量集合V_E，且，其中，、、分别表示输入数据、输出数据和包括有全局和局部变量的内部数据。

步骤（2.3）构建接口操作集合A_E，且，其中，、、分别表示输入行为、输出行为和中间行为，对于任意一接口行为a∈A_E，用a(v)表示接口操作及其参数，v∈V_E。

步骤（2.4）构建对应于每个状态的前置条件/后置条件的约束集合C_E，前置条件用preCond、后置条件postCond表述，每条约束采用逻辑表达式描述，用于判定布尔取值。

步骤（2.5）构建状态转移关系的集合τ=S_E×A_E×S_E，对任意一个状态转移的关系τ有：，表示组件E若满足前置条件preCond，由状态s₁会通过操作a(v)，转移到状态s₂，且满足后置条件postCond，再完成相应的更新update处理。

步骤（3）根据步骤（2）的结果，按以下步骤生成测试用例：