航天嵌入式软件静态测试方法研究

航天器在轨运行场景高度复杂,部分场景很难在地面实现真实状态下的动态验证.通过对近30年来航天软件在轨、在研以及第三方评测发现缺陷的分析与研究,提出了一套涵盖检查单法、变量分析法、中断访问冲突分析法、代码逻辑分析法、工具静态扫描分析法在内的以人工代码审查为主、工具静态扫描分析为辅的静态测试方案.检查单法侧重于检查项的对照...     

航天嵌入式软件整数溢出的形式化验证方法

整数溢出引起的软件系统安全性问题屡见不鲜,已有的模型检测技术由于存在状态空间爆炸、不能有效支持中断驱动型程序检测等缺点而少有工程应用.结合真实案例,对航天嵌入式软件整数溢出问题的分布和特征进行了系统性的分析.在有界模型检测技术的基础上,结合整数溢出特征,提出了基于整数溢出变量依赖的程序模型约简技术;同时,针对中断驱动型程序,结合中断函数特征抽象,提出了基于干扰变量的中断驱动程序顺序化方法.经过基准测试程序和真实航天嵌入式软件实验,结果表明：该方法在保证整数溢出问题检出率的前提下,不仅能够提高分析效率,还使得已有的模型检测技术能够适用于中断驱动型程序整数溢出检测.     

基于SysML模型的需求建模及测试方法

为了将模型驱动测试有效应用于嵌入式系统测试中,本文说明了需求建模方法以及用例生成方法,以及SysML建模语言中状态机图的抽象语法、图元符号和形式化语义,针对性能测试要求,总结了关于状态机模型的性能测试建模方法,并通过实例构建状态机图描述性能需求,建立测试场景分析方法,有效覆盖系统的性能测试类型.经验证,采用基于模型驱动的测试方法能够建立明确系统执行逻辑,构建测试最长路径等场景,保证测试的充分性和覆盖性,提升测试效率和自动化程度.     

一种星载嵌入式软件安全性测试方法

研究了星载嵌入式软件安全性测试问题.提出一种基于故障注入的安全性测试框架,通过构建全数字仿真测试环境,模拟目标系统输入异常故障及运行态异常故障,可以灵活地实现故障注入.根据软件实际运行结果与预期结果的一致性来评价软件检错、容错能力,进而完成对软件的安全性测试及验证过程.     

基于变量访问序模式的中断数据竞争检测方法

在航天嵌入式软件等中断驱动型软件中,中断数据竞争问题十分突出.然而中断在并发语义、同步机制、调度机制等方面与线程（任务）有诸多不同,具有Ad-hoc特征,难以统一刻画,因此主流的数据竞争检测方法并不适用.以航天嵌入式软件数据竞争案例库为基础进行了系统分析,提出刻画有害中断数据竞争的7种缺陷模式.针对其中最常见且最难解决的单变量访问序模式,基于抽象解释提出一种支持过程间分析、中断并发分析的高效检测方法.设计并实现了相应的检测工具SpaceDRC.实验表明,SpaceDRC能够在145毫秒内检测出约21400行程序中的真实数据竞争.SpaceDRC已经在多个航天重点型号中进行了应用,使得中断数据竞争专项分析的效率提高了至少5倍,并且降低了问题遗漏率.     

基于数据模型的接口用例自动生成

在嵌入式软件设计过程中，接口是非常重要的设计元素，对接口协议进行验证是接口测试中的主要内容。但现在软件接口类型不同，需要人工识别与组装各种接口的测试用例报文，接口协议的复杂度直接影响测试用例编制的难度与工作量。为实现接口测试用例的自动生成，提出一种基于数据模型的接口用例自动生成技术，根据复杂的接口协议文件，建立被测软件的接口协议形式化模型，准确、高效地表达接口协议规则及要素，并使用动态计算与替换算法得到相应业务场景下的预期结果，生成标准化的测试用例，更可兼容多种类型的接口，有效提升了接口测试效率。     

一种基于数据流/控制流+知识条目的回归影响域分析方案

结合实例对基于数据流/控制流的回归影响域分析方法进行了阐述,总结了分析要点,强调加强变异流分析以确保分析充分性.针对需求更动,提出了基于知识条目的回归影响域分析方法.对两种分析方法进行对比分析,提出一种基于数据流/控制流+知识条目的回归影响域分析方案.实践证明,基于知识条目的分析方法可以对基于数据流/控制流的分析方法形成有效的补充,从而对回归测试的充分性形成有效的保证.     

航天嵌入式软件代码逻辑分析

为提高航天嵌入式软件的测试质量、确保航天型号任务的圆满完成,对航天嵌入式软件代码审查重要内容之一的代码逻辑分析进行了研究.通过对软件缺陷的机理、缺陷查找过程、缺陷暴露过程、以及缺陷引发后果的分析,结合多年软件测试工程实践经验的总结,提出了场景分析法、时序分析法、假想故障追源法等10种主要的代码逻辑分析方法.开展了代码逻辑分析方法的应用分析、代码审查与其它测试手段之间的对比分析,通过分析,给出了代码审查的工程适用性说明.研究成果已在航天型号软件第三方评测中全面推广应用,实践数据表明,应用效果良好,使代码审查的缺陷发现率由业界公认的30％～70％提升至90％以上.相关分析方法和分析思路对动态测试设计以及软件缺陷自动化检测工具的研发均具有一定的参考作用.     

航天嵌入式软件隐含需求分析与实践

基于软件测试的角度,聚焦航天嵌入式软件隐含需求分析,提出需求颗粒度分析、代码设计无依据分析、引申推导分析3种隐含需求分析方法,研究构建了包含隐含需求库在内的可良性循环利用的隐含需求分析框图。结合实践应用,从接口、可靠性安全性、恢复性、性能、功能等方面给出了航天嵌入式软件典型隐含需求。研究成果不仅可以指导研发过程的需求分析与编码、提升软件研发质量,而且可以指导测试过程的测试需求分析与测试设计,避免因测试疏漏而导致的软件缺陷遗漏,从而有效提升软件质量。     

航天嵌入式软件测试用例典型设计缺陷研究

作为动态测试充分性的基本评价指标,覆盖率分析只能帮助修正因输入不足而导致的测试用例设计缺陷。针对航天嵌入式软件测试过程中不影响覆盖率统计结果的用例设计缺陷,从测试步骤和预期结果两大测试用例核心要素开展研究,提出十个典型缺陷,分别予以分析,并进行缺陷修正。工程实践证明,这些缺陷的发生率高,具有典型性;修正这些缺陷后,可以有效检出软件设计缺陷;与用例执行后的覆盖率统计数据分析相结合,可以有效提高测试充分性。