前言

許多軟件開發和驗證工程師其實并不能真正理解獲得結構覆蓋率的重要性。大部分人這么做只是因為這是他們行業的功能標準所要求的，而并沒有真正認真對待它。

像ADAS這樣的安全關鍵系統能夠實現在沒有司機的情況下運送乘客、能夠讓自動駕駛飛行器能夠在天空中飛行、通過醫療設備維持患者的生命。人們的生命依賴于這些系統。因此，獲得結構化代碼覆蓋率是至關重要的。接下來讓我們來看看什么是結構覆蓋率，以及它重要的更多原因。

什么是結構覆蓋率

簡而言之，結構覆蓋率是為了確定系統是否經過充分測試而對已執行和記錄的代碼的標識。安全關鍵系統覆蓋率的徹底性取決于安全完整性級別(SIL)、汽車工業中的ASIL和航空電子設備中常用的開發保證級別(DAL)。

所謂徹底性，指的是代碼中的結構元素。在嵌入式系統中，這些通常被細分為代碼語句、分支、修改的條件決策，此外還可以深入到更細的粒度級別，如目標代碼或匯編語言。

語句及分支覆蓋率

語句覆蓋是最簡單的工作，它表示程序中的每一行代碼。然而，代碼語句可能具有不同程度的復雜性。例如，分支語句在代碼中表示if then else條件，像case或switch這樣的語句被解釋為分支。但是，如果您要獲得分支的覆蓋率，這意味著必須同時覆蓋真實和錯誤決策路徑的執行。

如果需要考慮更高的安全級別，則可能需要修改條件/決策覆蓋率(MC/DC)。分支的復雜性可能會逐步遞增，其中一個決策中有多個條件，而每個條件都必須獨立測試。

對于覆蓋率標準，這意味著決策中的每個條件都已被證明能夠獨立地影響該決策的結果。真值表可用于幫助進行分析，如下圖所示。

此外，程序中決策的每個條件都至少采用了一次所有可能的結果，程序中的每個決策至少一次采用了所有可能的結果。

在下面包含4個條件語句的示例中，有16個可能的測試用例。在本例中，MC/DC只需要5個。取條件的數量并添加1。

公式:(C + 1)

目標代碼覆蓋率

對于最嚴格的安全關鍵應用，如航空電子設備，流程標準DO-178B/C Level A要求目標代碼覆蓋率。這是由于編譯器或鏈接器會產生額外的代碼，這些代碼不能直接追蹤到源代碼語句。因此，必須進行匯編級覆蓋。

想象一下執行這項任務的嚴格程度和人工成本。幸運的是，有Parasoft ASMTools這樣一個獲得目標代碼覆蓋率的自動化解決方案。

（Parasoft ASMTools匯編語言代碼覆蓋）

獲取代碼覆蓋率

代碼覆蓋率通常是通過對代碼進行檢測來確定的。工具化是指在用戶代碼中添加額外的代碼，以便在執行期間確定該語句、分支或MC/CD是否已被執行。

根據嵌入式目標或設備的不同，覆蓋數據可以存儲在文件系統中，也可以寫入內存，也可以通過串口、TCP/IP端口、USB甚至JTAG等各種通信通道發送出去。

部分插樁

值得注意的是，代碼插樁會導致代碼膨脹，代碼大小的增加可能會影響將代碼加載到內存受限的目標硬件上進行測試的能力。

其解決方法是對部分代碼進行插樁。

運行您的測試并獲取覆蓋率。

對另一部分代碼進行插樁

再次執行測試

獲取覆蓋率。

合并以往測試執行的覆蓋率。

根據您的目標限制，理想狀態是不會有太多的插樁分區要處理。不停重復運行相同的測試會非常耗時及花費成本。簡單來說，插樁也許還會導致有關不良的時間和性能影響。

獲得嵌入式功能及信息安全關鍵系統的代碼覆蓋率

讓我們深入了解一下組織如何獲得嵌入式功能及信息安全關鍵系統獲得代碼覆蓋率。

對于代碼覆蓋率需求，比如強制的100%結構、分支和MC/DC覆蓋率，有幾種測試方法可以用來滿足您的目標。以下為最常見的方法:

系統測試

單元測試

手動測試

結合這些不同實踐的覆蓋率指標是典型的。

系統測試覆蓋率

通過系統測試獲得代碼覆蓋率是確定是否執行了足夠測試的最佳方法。其方法是運行所有的系統測試，然后檢查代碼的哪些部分沒有執行。

未執行的代碼意味著可能需要新的測試用例來執行可能潛伏著缺陷的未觸及代碼，并有助于確認以下問題：我們是否做了足夠的測試?

單元測試覆蓋率

如前所述，單元測試可以作為系統測試的補充方法，以獲得100%的覆蓋率。通過單元測試獲得代碼覆蓋率是一種比較流行的方法，但是它并不能暴露您是否對系統進行了足夠的測試，因為重點是在單元級別(函數/過程)。

這里的目標是創建一組單元測試用例，在所需的覆蓋率遵從性需求(語句、分支和MC/DC)下執行整個單元，以便達到單個單元的100%覆蓋率。每個單元都要重復做，直到覆蓋整個代碼庫。然而，要充分利用單元測試，不能只關注獲得代碼覆蓋率。這通常可以通過行路徑測試用例來完成。

為了通過單元測試加速代碼覆蓋，Parasoft C/ C++test中存在可配置的和自動化的測試用例生成功能。可以自動生成測試用例來測試空指針、最小-中-最大值范圍、邊界值的使用等。這種自動化可以讓您走得更遠，在幾分鐘內，您將獲得大量的代碼覆蓋率。

然而，與系統測試一樣，由于使用了防御性代碼或形式語言語義，獲得100%的代碼覆蓋率是難以實現的。在單元的粒度級別上，防御代碼可能以交換機中的默認語句的形式出現。如果捕獲了交換機中所有可能的情況，則會導致無法訪問默認語句。在下面的例子中，返回0;將永遠不會被執行，因為while(1)是無限的。

用戶可以使用調試器對語句進行標記或標記，修改調用堆棧并執行返回0;聲明。視覺上見證執行過程，至少記錄文件名、代碼行和代碼語句。

通過手動/可視化檢查執行的覆蓋率和報告可以用來補充通過單元測試捕獲的覆蓋率。兩個覆蓋率報告的添加可以用來證明100%的結構代碼覆蓋率。

（Parasoft DTP儀表板代碼覆蓋報告示例）

總結

結構代碼覆蓋率可以幫助回答以下問題：我是否進行了足夠的測試?

它也可能是您必須滿足的遵從性需求。獲得代碼覆蓋率的目標是幫助我們確保代碼功能安全、信息安全和可靠性的一種附加手段。它顯示已執行測試的證據。通過該測試我們能夠識別和修復缺陷。

您可能需要執行不同級別的覆蓋(語句、分支、MC/DC等覆蓋率)，其中所用標準是基于您的SIL、ASIL或DAL級別。幸運的是，Parasoft提供了自動化軟件測試解決方案和為了獲得100%的結構代碼覆蓋率而所需的解決方法。

審核編輯：湯梓紅