前言

隨著汽車日益互聯(lián)化、智能化和電動(dòng)化，硬件組件的抽象化，軟件功能變得愈發(fā)復(fù)雜——汽車正在從基于硬件的創(chuàng)新轉(zhuǎn)向基于軟件的創(chuàng)新，并且軟件安全和質(zhì)量越來越受到制造商和消費(fèi)者的關(guān)注，而傳統(tǒng)的工具和流程可能無法滿足汽車發(fā)展與應(yīng)用的實(shí)際需求。為了解決這些安全和質(zhì)量方面的問題，汽車工業(yè)已經(jīng)采用了ASPICE標(biāo)準(zhǔn)和ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)，它們?yōu)?a target="_blank">電氣和電子系統(tǒng)的開發(fā)提供了最佳的實(shí)踐。

單元測(cè)試是軟件測(cè)試階段最基本的測(cè)試，它能夠消除深度未知隱患。它反饋更快，更省時(shí)間。此外，ASPICE過程及ISO26262安全規(guī)范同樣對(duì)單元測(cè)試提出了相關(guān)要求。

軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔為單元測(cè)試提供了基礎(chǔ)的輸入?yún)⒄?。從ASPICE角度來說，沒有詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔是無法進(jìn)行單元驗(yàn)證或測(cè)試的。這表明，詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔指導(dǎo)著單元測(cè)試過程的所有活動(dòng)。同時(shí)，使用像VectorCAST/C++這樣的專業(yè)工具，高效進(jìn)行功能測(cè)試的同時(shí)，保證了代碼的覆蓋度，符合ASPICE和ISO26262行業(yè)規(guī)范要求。

1、WHY：（軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔與單元測(cè)試的基本關(guān)系）

1.1從V模型角度

圖 1 ISO 26262里面的V模型

V模型是在快速應(yīng)用開發(fā)（Rapid Application Development，RAD）模型基礎(chǔ)上演變而來，其特點(diǎn)就是它清楚的標(biāo)識(shí)了開發(fā)和測(cè)試的各個(gè)階段以及他們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；左邊部分是軟件開發(fā)階段，右邊部分是軟件測(cè)試階段。從上圖中我們可以看出，軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔對(duì)應(yīng)著軟件單元測(cè)試，所以要想做好單元測(cè)試，就必須有軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔作為輸入，同時(shí)要求測(cè)試工程師對(duì)軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔有著深刻的理解。

軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔應(yīng)在編寫代碼之前完成，軟件代碼是對(duì)軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔的具體實(shí)現(xiàn)，軟件單元測(cè)試則是以軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)為參照，判斷軟件代碼是否符合軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔的工作。

1.2軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔是測(cè)試輸入的基礎(chǔ)參照之一

圖 2 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔是測(cè)試輸入的基礎(chǔ)參照之一

VectorCAST/C++可以為單元測(cè)試和集成測(cè)試提供高度自動(dòng)化的解決方案，能夠顯著提升開發(fā)人員在驗(yàn)證安全和任務(wù)關(guān)鍵型嵌入式系統(tǒng)方面的工作效率。廣泛應(yīng)用于航空電子、醫(yī)療設(shè)備、汽車、工業(yè)控制、鐵路和金融行業(yè)。

如上圖所示，將詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔和單元需求文檔結(jié)合起來，會(huì)大大的提高編寫測(cè)試用例效率。特別是對(duì)于那些顆粒度較大的“單元需求文檔”，需要結(jié)合軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔，從顆粒度較大的需求提取出有效的部分來進(jìn)行功能測(cè)試。

軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔與單元需求文檔相輔相成，所以軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔在單元測(cè)試中有著十分重要的作用。

然后，通過相應(yīng)的源代碼使用VectorCAST/C++工具創(chuàng)建測(cè)試工程，接著通過VectorCAST/C++工具為需求測(cè)試自定義編寫測(cè)試用例，同時(shí)將需求映射到測(cè)試用例，形成測(cè)試用例與單元測(cè)試需求、測(cè)試用例與代碼覆蓋度之間的雙向可追溯性，并且可以在最后的測(cè)試報(bào)告中體現(xiàn)出來。

1.3快速理解功能需求，降低溝通成本

如果負(fù)責(zé)該項(xiàng)測(cè)試測(cè)試的人員對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容了解很有限的話，這就免不了與開發(fā)人員進(jìn)行頻繁的溝通。即使是一個(gè)公司內(nèi)部進(jìn)行測(cè)試，只要不是開發(fā)人員來進(jìn)行測(cè)試，一般也避免不了與開發(fā)人員進(jìn)行溝通，但是如果有了軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔，測(cè)試人員可以快速了解開發(fā)內(nèi)容，理解功能需求，降低與開發(fā)人員溝通時(shí)間與次數(shù)，而且能夠較完整的完成其單元測(cè)試。

圖 3 有無軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔對(duì)測(cè)試周期和溝通次數(shù)的影響示意圖

2、WHAT：（什么是軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔）

2.1詳細(xì)設(shè)計(jì)基本概念

詳細(xì)設(shè)計(jì)是為了確立每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及接口定義，用適當(dāng)?shù)姆椒ū硎舅惴ê蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。

它通過一些設(shè)計(jì)描述工具，無歧義的描述過程單位的相關(guān)細(xì)節(jié)。詳細(xì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的主要文件就是軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔。

此外，軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔一般來源于軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步分析。在軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)活動(dòng)中，設(shè)計(jì)了軟件組件和組件間接口。

軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)則是對(duì)軟件組件的進(jìn)一步分解和設(shè)計(jì)，一般包含三個(gè)方面：軟件單元，軟件單元的內(nèi)部邏輯和軟件單元間的交互邏輯。

圖 4 軟件詳細(xì)文設(shè)計(jì)文檔包含的內(nèi)容

2.2詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔基本內(nèi)容

由于自然語言不具有單義性，所以要進(jìn)行無歧義的描述軟件過程單元細(xì)節(jié)，就必須使用一些特定的設(shè)計(jì)描述方法。詳細(xì)設(shè)計(jì)采用的方法一般有程序流程圖、HIPO（Hierarchy plus Input Process Output）圖、N-S圖等，還有其他描述說明形式（如圖5）。使用這些方法就是來規(guī)范和輔助說明算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和接口相關(guān)細(xì)節(jié)的。

這些細(xì)節(jié)涵蓋了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義，全局變量和宏定義描述，動(dòng)態(tài)行為描述（比如任務(wù)，中斷和需求方案分析等），每個(gè)函數(shù)的設(shè)計(jì)（比如輸入、輸出、流程圖、偽代碼等）等。

圖 5 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔包含了GetStopSigLevel函數(shù)的定義

3、HOW：（軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔在VectorCAST/C++工具中的應(yīng)用）

3.1為測(cè)試用例的數(shù)據(jù)提供依據(jù)

圖 6 單元需求文檔csv文件

Key：FR6

ID：FR6

Module：requirement 3

Title Description："The signal light_intensity shall be an input to lights control. Its value shall range from 0 to 100."

圖 7 需求文檔csv文件中的某條需求

如上圖標(biāo)黃區(qū)域，說明了“l(fā)ight_intensity”變量變化范圍是0~100。所以根據(jù)這條詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔說明，就可以正確編寫測(cè)試用例，并保證了測(cè)試用例數(shù)據(jù)是有實(shí)際意義的，避免像“l(fā)ight_intensity=120”等這樣無意義的賦值。

圖 8 具有意義的測(cè)試用例并通過

圖 9 無意義的測(cè)試用例并失敗

3.2VectorCAST/C++工具RGW功能

圖 10 通過工具實(shí)現(xiàn)軟件單元需求與測(cè)試用例關(guān)聯(lián)

VectorCAST/C++提供一個(gè)RGW（Requirements Gateway）功能。VectorCAST/C++支持與一些需求管理系統(tǒng)Polarion、DOORS、RequisitePro等進(jìn)行集成，同時(shí)支持需求管理系統(tǒng)導(dǎo)出的CSV等格式文件。

對(duì)于經(jīng)過軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔印證的需求文檔，我們可以按照這些結(jié)構(gòu)文件編寫，使需求文檔契合VectorCAST/C++工具，使用該功能?？梢詫?shí)現(xiàn)軟件單元需求、測(cè)試用例和代碼覆蓋率之間的可追溯性，并允許將單元需求導(dǎo)入，映射到測(cè)試用例。

這樣可以幫助測(cè)試人員，當(dāng)需求發(fā)生更新或迭代時(shí)，能夠快速更新測(cè)試用例或編寫測(cè)試用例，提高工作效率。

所以軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔，在很大程度上為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提升了測(cè)試效率、提升工作的自動(dòng)化率。

3.3批量生成測(cè)試用例

對(duì)于那些詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔里的某些函數(shù)，若具有一般數(shù)學(xué)表達(dá)式的功能的函數(shù)且我們可以事先確定好它的輸入與輸出的，可以通過VectorCAST/C++工具提供的CSV Mapping功能來批量構(gòu)建測(cè)試用例。

圖 11 包含測(cè)試所需數(shù)據(jù)的CSV文件

首先我們根據(jù)函數(shù)關(guān)系確定好一系列的輸入值和期望值形成CSV文件，然后將CSV文件加載到工具中，接著確定好數(shù)據(jù)列與測(cè)試用例模板里變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最后選擇創(chuàng)建測(cè)試用例。

通過上面操作我們就會(huì)快速生成一系列的測(cè)試用例。

圖 12 對(duì)應(yīng)測(cè)試用例模板變量與CSV文件列的關(guān)系并生成測(cè)試用例

總結(jié)

眾所周知，進(jìn)行單元測(cè)試不僅可以盡早地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，還容易發(fā)現(xiàn)深層次問題，并能快速定位問題的來源，針對(duì)相關(guān)需求，向開發(fā)人員進(jìn)行反饋，小步快速迭代，高效的實(shí)現(xiàn)正確的需求和代碼。而詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔不僅為開發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)，也為后續(xù)的測(cè)試提供了參考。通過VectorCAST/C++聯(lián)系實(shí)際問題，能快速的完成動(dòng)態(tài)單元測(cè)試。

北匯信息專注于汽車電子測(cè)試，提供專業(yè)的汽車電子測(cè)試系統(tǒng)搭建及測(cè)試咨詢服務(wù)；提供完整的汽車新能源測(cè)試服務(wù)。當(dāng)然在代碼測(cè)試方面，我們也有完整的代碼測(cè)試解決方案。

VectorCAST/C++作為Vector公司的代碼動(dòng)態(tài)測(cè)試工具，既可以用于手寫代碼，也可以用于自動(dòng)生成代碼的測(cè)試，如模型轉(zhuǎn)代碼的測(cè)試。

本次為大家簡(jiǎn)單介紹了軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔在單元測(cè)試過程的一些簡(jiǎn)單應(yīng)用。后續(xù)將會(huì)為大家?guī)砀嗷赩ectorCAST／C++的動(dòng)態(tài)測(cè)試相關(guān)內(nèi)容。

注：文中圖片來源于ISO 26262、VectorCAST/C++（Vector）。

參考文獻(xiàn)

[1] VectorCAST/C++相關(guān)文檔

[2]仨人談起·基于模型開發(fā)(MBD)場(chǎng)合，模型設(shè)計(jì)可以等同于軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)嗎？