嵌入式軟件設(shè)計(jì)中查找缺陷的幾個(gè)技巧
加入技術(shù)交流群
1. 在測(cè)試期間，觀察堆棧所能達(dá)到的深度，并保證有較大的堆?？臻g余量。
2. 檢測(cè)堆棧溢出，并采取改進(jìn)措施。
觀察堆棧深度的方法很簡(jiǎn)單:
* 向整個(gè)內(nèi)存堆棧區(qū)寫入一個(gè)特定的數(shù)據(jù)圖案符號(hào)，如55AA。
* 在預(yù)期使用最大堆?？臻g的條件下運(yùn)行系統(tǒng)。
* 使用仿真器或其它工具檢查堆棧存儲(chǔ)區(qū)，看有多少符號(hào)圖案由于堆棧的使用而被改寫了。
當(dāng)然，這些步驟并不能保證在一些不同條件下不會(huì)需要更多的堆棧，但確實(shí)可以表明所需要的最小堆棧數(shù)。
使用帶內(nèi)存管理單元(MMU)的處理器時(shí)，有可能檢測(cè)出運(yùn)行時(shí)的堆棧溢出現(xiàn)象。MMU將內(nèi)存劃分為多個(gè)區(qū)域，用一個(gè)受保護(hù)的內(nèi)存段來“警戒”堆棧區(qū)域。發(fā)生堆棧溢出時(shí)，處理器將訪問這個(gè)受保護(hù)段。這個(gè)操作將引發(fā)一個(gè)異常事件(如產(chǎn)生SIGSEGV信號(hào))，可被程序捕獲到。創(chuàng)建線程時(shí)，與實(shí)時(shí)POSIX標(biāo)準(zhǔn)兼容的RTOS提供有這種堆棧警戒功能選項(xiàng)，大大簡(jiǎn)化了編程人員的工作。GNU工具等其它開發(fā)環(huán)境包含有編譯器開關(guān)，可在程序中添加實(shí)現(xiàn)堆棧警戒功能所需的代碼，但它們?nèi)匀灰揽康讓硬僮飨到y(tǒng)來有效地處理堆棧溢出。但是，按照這種方式檢測(cè)溢出還只是問題的一部分。為了使這類設(shè)計(jì)更為有效，系統(tǒng)必須能夠從堆棧溢出中恢復(fù)過來并繼續(xù)正確地工作。
在一個(gè)對(duì)安全或任務(wù)要求嚴(yán)格的應(yīng)用中，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)在測(cè)試或檢測(cè)堆棧溢出期間監(jiān)視堆棧的深度可能并不是一項(xiàng)足夠的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。對(duì)于一些應(yīng)用，必須確保系統(tǒng)絕對(duì)不會(huì)越出所分配的堆棧范圍；只有通過完整的堆棧深度分析才能證明這一點(diǎn)。這意味著，如果整個(gè)程序在同一內(nèi)存空間運(yùn)行，則必須對(duì)所有代碼執(zhí)行這項(xiàng)分析。不過，如果使用MMU，分析?？珊?jiǎn)化。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，可將所有關(guān)鍵代碼置于一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立線程內(nèi)，而這些線程分別在各自的保護(hù)內(nèi)存段中運(yùn)行。這樣，只要對(duì)這些關(guān)鍵線程進(jìn)行堆棧使用分析就可以了。當(dāng)然，這項(xiàng)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)假定當(dāng)非關(guān)鍵線程溢出其堆棧并失效時(shí)，關(guān)鍵線程仍可正確執(zhí)行。
由于分析工作所需的堆棧使用數(shù)據(jù)來自匯編語言清單，因此修改代碼時(shí)，相應(yīng)模塊的堆棧使用信息必須予以更新。如果使用不同的編譯器版本，或者改變了優(yōu)化設(shè)置，也必須復(fù)核整個(gè)分析過程。在理想情況下，編譯器將提供每個(gè)函數(shù)(如果不是每個(gè)線程的話)的堆棧使用數(shù)量，因?yàn)樗鼡碛杏?jì)算需要的所有信息。例如，瑞薩公司提供有Call Walker，這是該公司高性能的Embedded Workshop開發(fā)環(huán)境的一部分。這個(gè)工具可以圖形化地顯示每個(gè)函數(shù)使用的調(diào)用樹和堆棧，包括運(yùn)行時(shí)庫和C庫的函數(shù)。Call Walker也能找出使用堆棧數(shù)量最大的路徑。使用這樣的工具可以實(shí)現(xiàn)步驟1到步驟3的自動(dòng)化。
大部分軟件開發(fā)項(xiàng)目依靠結(jié)合代碼檢查、結(jié)構(gòu)測(cè)試和功能測(cè)試來識(shí)別軟件缺陷。盡管這些傳統(tǒng)技術(shù)非常重要，而且能發(fā)現(xiàn)大多數(shù)軟件問題，但它們無法檢查出當(dāng)今復(fù)雜系統(tǒng)中的許多共性錯(cuò)誤。本文將介紹如何避免那些隱蔽然而常見的錯(cuò)誤，并介紹的幾個(gè)技巧幫助工程師發(fā)現(xiàn)軟件中隱藏的錯(cuò)誤。
二、競(jìng)爭(zhēng)條件
當(dāng)兩個(gè)或更多獨(dú)立線程同時(shí)訪問同一資源時(shí)，就出現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)條件。競(jìng)爭(zhēng)條件的影響多種多樣，取決于具體的情況。清單1解釋了一個(gè)潛在的競(jìng)爭(zhēng)條件。函數(shù)Update_Sensor()通過調(diào)用get_raw()來讀取傳感器的原始數(shù)據(jù)。在處理過程中，該數(shù)據(jù)被乘上一個(gè)定標(biāo)因子，并加上一個(gè)偏移量。處理是在該數(shù)據(jù)的一個(gè)臨時(shí)副本上進(jìn)行的，然后，該臨時(shí)副本被寫入共享變量。
評(píng)論