前言

隨著汽車日益互聯(lián)化、智能化和電動化，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)提供了最佳的實踐。

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

軟件詳細(xì)設(shè)計文檔為單元測試提供了基礎(chǔ)的輸入?yún)⒄?。從ASPICE角度來說，沒有詳細(xì)設(shè)計文檔是無法進(jìn)行單元驗證或測試的。這表明，詳細(xì)設(shè)計文檔指導(dǎo)著單元測試過程的所有活動。同時，使用像VectorCAST/C++這樣的專業(yè)工具，高效進(jìn)行功能測試的同時，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)計文檔與單元測試的基本關(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，其特點就是它清楚的標(biāo)識了開發(fā)和測試的各個階段以及他們之間的對應(yīng)關(guān)系；左邊部分是軟件開發(fā)階段，右邊部分是軟件測試階段。從上圖中我們可以看出，軟件詳細(xì)設(shè)計文檔對應(yīng)著軟件單元測試，所以要想做好單元測試，就必須有軟件詳細(xì)設(shè)計文檔作為輸入，同時要求測試工程師對軟件詳細(xì)設(shè)計文檔有著深刻的理解。

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

1.2軟件詳細(xì)設(shè)計文檔是測試輸入的基礎(chǔ)參照之一

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

VectorCAST/C++可以為單元測試和集成測試提供高度自動化的解決方案，能夠顯著提升開發(fā)人員在驗證安全和任務(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)計文檔和單元需求文檔結(jié)合起來，會大大的提高編寫測試用例效率。特別是對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)行功能測試。

軟件詳細(xì)設(shè)計文檔與單元需求文檔相輔相成，所以軟件詳細(xì)設(shè)計文檔在單元測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)建測試工程，接著通過VectorCAST/C++工具為需求測試自定義編寫測試用例，同時將需求映射到測試用例，形成測試用例與單元測試需求、測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試報告中體現(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)該項測試測試的人員對項目內(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。即使是一個公司內(nèi)部進(jìn)行測試，只要不是開發(fā)人員來進(jìn)行測試，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)計文檔，測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)人員溝通時間與次數(shù)，而且能夠較完整的完成其單元測試。

圖 3 有無軟件詳細(xì)設(shè)計文檔對測試周期和溝通次數(shù)的影響示意圖

2、WHAT：（什么是軟件詳細(xì)設(shè)計文檔）

2.1詳細(xì)設(shè)計基本概念

詳細(xì)設(shè)計是為了確立每個模塊的實現(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)計產(chǎn)生的主要文件就是軟件詳細(xì)設(shè)計文檔。

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

軟件詳細(xì)設(shè)計則是對軟件組件的進(jìn)一步分解和設(shè)計，一般包含三個方面：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)計文檔包含的內(nèi)容

2.2詳細(xì)設(shè)計文檔基本內(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)計描述方法。詳細(xì)設(shè)計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，動態(tài)行為描述（比如任務(wù)，中斷和需求方案分析等），每個函數(shù)的設(shè)計（比如輸入、輸出、流程圖、偽代碼等）等。

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

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

3.1為測試用例的數(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)計文檔說明，就可以正確編寫測試用例，并保證了測試用例數(shù)據(jù)是有實際意義的，避免像“l(fā)ight_intensity=120”等這樣無意義的賦值。

圖 8 具有意義的測試用例并通過

圖 9 無意義的測試用例并失敗

3.2VectorCAST/C++工具RGW功能

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

VectorCAST/C++提供一個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，同時支持需求管理系統(tǒng)導(dǎo)出的CSV等格式文件。

對于經(jīng)過軟件詳細(xì)設(shè)計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。可以實現(xiàn)軟件單元需求、測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，映射到測試用例。

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

所以軟件詳細(xì)設(shè)計文檔，在很大程度上為項目團(tuán)隊提升了測試效率、提升工作的自動化率。

3.3批量生成測試用例

對于那些詳細(xì)設(shè)計文檔里的某些函數(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)建測試用例。

圖 11 包含測試所需數(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)列與測試用例模板里變量的對應(yīng)關(guān)系，最后選擇創(chuàng)建測試用例。

通過上面操作我們就會快速生成一系列的測試用例。

圖 12 對應(yīng)測試用例模板變量與CSV文件列的關(guān)系并生成測試用例

總結(jié)

眾所周知，進(jìn)行單元測試不僅可以盡早地發(fā)現(xiàn)錯誤，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，高效的實現(xiàn)正確的需求和代碼。而詳細(xì)設(shè)計文檔不僅為開發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)，也為后續(xù)的測試提供了參考。通過VectorCAST/C++聯(lián)系實際問題，能快速的完成動態(tài)單元測試。

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

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

本次為大家簡單介紹了軟件詳細(xì)設(shè)計文檔在單元測試過程的一些簡單應(yīng)用。后續(xù)將會為大家?guī)砀嗷赩ectorCAST／C++的動態(tài)測試相關(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)場合，模型設(shè)計可以等同于軟件詳細(xì)設(shè)計嗎？