基于程序变异的Simulink模型测试方法

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1、2015年3月北京航空航天大学学报March2015第4l卷第3期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．3http：／／bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0211基于程序变异的Simulink模型测试方法周艺斌，殷永峰+，李骁丹，王明威(北京航空航天大学可靠性与系统工程学院，北京100191)摘要：为解决当前Simulink模型变异测试中测试执行开销大、测试用例生成效率低等问题，首先根据当前的S

2、imulink模型变异算子集，基于程序变异技术提出了Simulink模型的变异测试过程和一组改进变异算子集．实验表明，在不影响测试用例集变异评分的情况下，该组变异算子集能够有效减少变异模型的生成数量，从而降低测试开销．其次，设计了一种基于搜索的Simulink模型变异测试用例生成方法，该方法将变异模型的测试用例生成问题转换为目标函数极小化问题，通过模拟退火算法对目标函数寻优，最终搜索出能够杀死该变异模型的测试用例．最后，将该方法应用于典型案例，验证了方法的正确性和有效性．关键词：软件测试；程序变异；Simulink模型测试；测试用例生成；模拟退火算法中图分类号：TP311文献标

3、识码：A文章编号：1001-5965(2015)03-0391-07随着模型驱动软件设计思想(MBD)的广泛应用，软件开发的重心已由传统的代码设计转移到建模及模型的转换上⋯．如果能在完成软件初步设计的同时，及早发现并修复模型中的错误，不仅能缩短后期的代码测试周期，还能提高模型的可靠性，改善软件产品的质量．因此，越来越多的研究开始关注高层次的模型验证与测试工作．Simulink是Matlab提供的一个用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具．它为用户建模提供了一个图形化的用户界面，通过不同类型模块库中的功能模型来完成系统的建模．目前，许多航空机载安全关键软件已运用Simulink

4、／RTw技术进行开发，但仍存在缺乏完善的模型测试充分性准则及自动高效的测试用例生成等问题嵋1．不同于基于控制流和数据流的测试充分性准则，程序变异是一项用于评价测试优良程度的有效技术，它为测试评价和测试增强提供了准则．将程序变异技术应用于Simulink的模型测试，不仅可以为Simulink模型提供测试充分性准则，还可以用来指导设计较强发现故障能力的测试用例生成．但是由于Simulink模型的变异测试过程中存在的测试执行开销大和测试用例生成效率低两个问题，是将变异测试技术从学术界研究转化为工业界应用所面临的主要技术难题．本文研究设计了针对Simulink模型测试的改进变异算子集，

5、在不影响测试用例集变异评分的情况下，该组变异算子集能够减少变异模型的生成数量，从而有效降低测试开销．在此基础上设计了一种基于搜索的Simulink模型变异测试用例生成方法．1相关工作程序变异(programmutation)是一种面向缺陷的测试技术，最早由DeMillo等在文献[3]中提收稿日期：2014-04．17；录用日期：2014-05-21；网络出版时间：2014-07-0117：0l网络出版地址：WWW．enki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0211．html基金项目：航空科学基金资助项目(20095551025

6、)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(YwF一11-03．Q一114)作者简介：周艺斌(1990一)，男，山西运城人，博士生，zhouyibin@buaa．edu．cn·通讯作者：殷永峰(1978一)，男，山东潍坊人，副教授，yyf@buaa．edu．cn，主要研究方向为软件可靠性工程．引用格式：周艺斌，殷永峰，李骁丹，等．基于程序变异的Simulink模型测试方法ⅣJ．北京航空航天大学学报，2015，4If3)：391．397．ZhouYB，YinYF，LiXD．eta1．Simulinkmodeltestingmethodbasedonprogrammutation【

7、】]．JoumalofBeijingUniver-sityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(3)：391-397(inChinese)．392北京航空航天大学学报出，主要应用于单元测试，在接口测试、面向方面测试及面向对象测试中也有相关的理论研究．它依赖于两个基本原则：其一是称职程序员假设，即假设熟练的程序员写出的是一个接近于正确的程序P；另一个是耦合效应假设，即若测试用例可以检测出简单缺陷，则该测试用例也易于检测到更为复杂的缺陷．程序变异的基础是变异算