嵌入式軟件測(cè)試的十大秘訣

在嵌入式軟件開發(fā)過程中，一般來說，花在測(cè)試和花在編碼的時(shí)間比為3:1(實(shí)際上可能更多)。這個(gè)比例隨著你的編程和測(cè)試水平的提高而不斷下降，但不論怎樣，軟件測(cè)試對(duì)一般人來講很重要。很多年前，一位開發(fā)人員為了在對(duì)嵌入式有更深層次的理解，向Oracle詢問了這樣的一個(gè)問題:我怎么才能知道并懂得我的系統(tǒng)到底在干些什么呢?　Oracle面對(duì)這個(gè)問題有些吃驚，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)沒有人這么問過，而同時(shí)代的嵌入式開發(fā)人員問的最多的大都圍繞“我怎么才能使程序跑的更快”、“什么編譯器最好”等膚淺的問題。所以，面對(duì)這個(gè)不同尋常卻異乎成熟的問題，Oracle感到欣喜并認(rèn)真回復(fù)了他:你的問題很有深度很成熟，因?yàn)橹挥胁粩嗟厝ド钊肜斫獠庞锌赡懿粩嗟靥岣咚?。并且Oracle為了鼓勵(lì)這位執(zhí)著的程序員，把１０條關(guān)于嵌入式軟件開發(fā)測(cè)試的秘訣告訴了他:
1.懂得使用工具
2.盡早發(fā)現(xiàn)內(nèi)存問題
3.深入理解代碼優(yōu)化
4.不要讓自己大海撈針
5.重現(xiàn)并隔離問題
6.以退為進(jìn)
7.確定測(cè)試的完整性
8.提高代碼質(zhì)量意味著節(jié)省時(shí)間
9.發(fā)現(xiàn)它，分析它，解決它
10.利用初學(xué)者的思維
 
這十條秘訣在業(yè)界廣為流傳，使很多人受益。本文圍繞這十條秘訣展開論述。
 
１.懂得使用工具
　　
　　通常嵌入式系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求比較高。嵌入式系統(tǒng)安全性的失效可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，即使是非安全性系統(tǒng)，由于大批量生產(chǎn)也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。這就要求對(duì)嵌入式系統(tǒng)，包括嵌入式軟件進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試、確認(rèn)和驗(yàn)證。隨著越來越多的領(lǐng)域使用軟件和微處理器控制各種嵌入式設(shè)備，對(duì)門益復(fù)雜的嵌入式軟件進(jìn)行快速有效的測(cè)試愈加顯得重要。
　　就象修車需要工具一樣，好的程序員應(yīng)該能夠熟練運(yùn)用各種軟件工具。不同的工具，有不同的使用范圍，有不同的功能。使用這些工具，你可以看到你的系統(tǒng)在干些什么，它又占用什么資源，它到底和哪些外界的東西打交道。讓你郁悶好幾天的問題可能通過某個(gè)工具就能輕松搞定，可惜你就是不知道。那么為什么那么多的人總是在折騰個(gè)半死之后才想到要用測(cè)試工具呢？原因很多，主要有兩個(gè)。一個(gè)是害怕，另一個(gè)是惰性。害怕是因?yàn)榧尤霚y(cè)試用具或測(cè)試模塊到代碼需要技巧同時(shí)有可能引入新的錯(cuò)誤，所以他們總喜歡寄希望于通過不斷地修改重編譯代碼來消除bug,結(jié)果卻無濟(jì)于事。懶惰是因?yàn)樗麄兞?xí)慣了使用printf之類的簡(jiǎn)單測(cè)試手段。下面來介紹一些嵌入式常用的測(cè)試工具。
.源碼級(jí)調(diào)試器[Source-level Debugger]
這種調(diào)試器一般提供單步或多步調(diào)試、斷點(diǎn)設(shè)置、內(nèi)存檢測(cè)、變量查看等功能，是嵌入式調(diào)試最根本有效的調(diào)試方法。比如VxWorks TornadoII提供的gdb就屬于這一種。
.簡(jiǎn)單實(shí)用的打印顯示工具[printf]
printf或其它類似的打印顯示工具估計(jì)是最靈活最簡(jiǎn)單的調(diào)試工具。打印代碼執(zhí)行過程中的各種變量可以讓你知道代碼執(zhí)行的情況。但是，printf對(duì)正常的代碼執(zhí)行干擾比較大(一般printf占用CPU比較長(zhǎng)的時(shí)間)，需要慎重使用，最好設(shè)置打印開關(guān)來控制打印。
.ICE或JTAG調(diào)試器[In-circuit Emulator]
ICE是用來仿真CPU核心的設(shè)備，它可以在不干擾運(yùn)算器的正常運(yùn)行情況下，實(shí)時(shí)的檢測(cè)CPU的內(nèi)部工作情況。像桌面調(diào)試軟件所提供的：復(fù)雜的條件斷點(diǎn)、先進(jìn)的實(shí)時(shí)跟蹤、性能分析和端口分析這些功能，它也都能提供。ICE一般都有一個(gè)比較特殊的CPU，稱為外合(bond-out)CPU。這是一種被打開了封裝的CPU，并且通過特殊的連接，可以訪問到CPU的內(nèi)部信號(hào)，而這些信號(hào)，在CPU被封裝時(shí)，是沒法“看到”的。當(dāng)和工作站上強(qiáng)大的調(diào)試軟件聯(lián)合使用時(shí)，ICE就能提供你所能找到的最全面的調(diào)試功能。但I(xiàn)CE同樣有一些缺點(diǎn)：昂貴；不能全速工作；同樣，并不是所有的CPU都可以作為外合CPU的，從另一個(gè)角度說，這些外合CPU也不大可能及時(shí)的被新出的CPU所更換。JTAG(Joint Test Action Group)雖然它最初開發(fā)出來是為了監(jiān)測(cè)IC和電路連接，但是這種串行接口擴(kuò)展了用途，包括對(duì)調(diào)試的支持。AD公司為Blackfin設(shè)計(jì)的Visual Dsp++就支持高速的JTAG調(diào)試。
.ROM監(jiān)視器[ROM Monitor] 
ROM監(jiān)控器是一小程序，駐留在嵌入系統(tǒng)ROM中，通過串行的或網(wǎng)絡(luò)的連接和運(yùn)行在工作站上的調(diào)試軟件通信。這是一種便宜的方式，當(dāng)然也是最低端的技術(shù)。它除了要求一個(gè)通信端口和少量的內(nèi)存空間外，不需要其它任何專門的硬件。并提供了如下功能：下載代碼、運(yùn)行控制、斷點(diǎn)、單步步進(jìn)、以及觀察、修改寄存器和內(nèi)存。因?yàn)镽OM監(jiān)控器是操作軟件的一部分，只有當(dāng)你的應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，它才會(huì)工作。如果你想檢查CPU和應(yīng)用程序的狀態(tài)，你就必須停下應(yīng)用程序，再次進(jìn)入ROM監(jiān)控器。
.Data監(jiān)視器[Data Monitor]
這種監(jiān)視器在不停止CPU運(yùn)行的情況下不僅可以顯示指定變量?jī)?nèi)容，還可以收集并以圖形形式顯示各個(gè)變量的變化過程。
.OS監(jiān)視器[Operating System Monitor]
操作系統(tǒng)監(jiān)視器可以顯示諸如任務(wù)切換、信號(hào)量收發(fā)、中斷等事件。一方面，這些監(jiān)視器能夠?yàn)槟愠尸F(xiàn)事件之間的關(guān)系和時(shí)間聯(lián)系；另一方面，還可以提供對(duì)信號(hào)量?jī)?yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)、死鎖和中斷延時(shí)等問題的診斷。
.性能分析工具[Profiler]
可以用來測(cè)試CPU到底耗在那里。profiler工具可以讓你知道系統(tǒng)的瓶頸在那里、CPU的使用率以及需要優(yōu)化的地方。
.內(nèi)存測(cè)試工具[Memory Teseter]
可以找到內(nèi)存使用的問題所在，比如內(nèi)存泄露、內(nèi)存碎片、內(nèi)存崩潰等問題。如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)一些不可預(yù)知的或間歇性的問題，就應(yīng)該使用內(nèi)存測(cè)試工具測(cè)測(cè)看。
.運(yùn)行跟蹤器[Execution Tracer]
可以顯示CPU執(zhí)行了哪些函數(shù)、誰在調(diào)用、參數(shù)是什么、何時(shí)調(diào)用等情況。這種工具主要用于測(cè)試代碼邏輯，可以在大量的事件中發(fā)現(xiàn)異常的那些。
.覆蓋工具[Coverage Tester]
主要顯示CPU具體執(zhí)行了那些代碼，并讓你知道那些代碼分支沒有被執(zhí)行到。這樣有助于提高代碼質(zhì)量并消除無用代碼。
.GUI測(cè)試工具[GUI Tester]
很多嵌入式應(yīng)用帶有某種形式的圖形用戶界面進(jìn)行交互，有些系統(tǒng)性能測(cè)試足根掘用戶輸入響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行的。GUI測(cè)試工具可以作為腳本工具有開發(fā)環(huán)境中運(yùn)行測(cè)試用例，其功能包括對(duì)操作的記錄和回放、抓取屏幕顯示供以后分析和比較、設(shè)置和管理測(cè)試過程(Rational公司的robot和Mercury的Loadrunner工具是杰出的代表)。很多嵌入式設(shè)備沒有GUI，但常?？梢詫?duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行插裝來運(yùn)行GUI測(cè)試腳本，雖然這種方式可能要求對(duì)被測(cè)代碼進(jìn)行更改，但是節(jié)省了功能測(cè)試和回歸測(cè)試的時(shí)間。
.自制工具[Home-made tester]
在嵌入式應(yīng)用中，有時(shí)候?yàn)榱颂囟ǖ哪康?，需要自行編寫一些工具來達(dá)到某種測(cè)試目的。本人曾經(jīng)編寫的視頻流錄顯工具在測(cè)試視頻會(huì)議數(shù)據(jù)流向和變化上幫了大忙,幫公司找到了幾個(gè)隱藏很深的bug。
 
２.盡早發(fā)現(xiàn)內(nèi)存問題 
　　內(nèi)存問題危害很大，不容易排查，主要有三種類型:內(nèi)存泄露、內(nèi)存碎片和內(nèi)存崩潰。對(duì)于內(nèi)存問題態(tài)度必須要明確，那就是早發(fā)現(xiàn)早“治療”。在軟件設(shè)計(jì)中，內(nèi)存泄露的“名氣”最大，主要由于不斷分配的內(nèi)存無法及時(shí)地被釋放，久而久之，系統(tǒng)的內(nèi)存耗盡。即使細(xì)心的編程老手有時(shí)后也會(huì)遭遇內(nèi)存泄露問題。有測(cè)試過內(nèi)存泄露的朋友估計(jì)都有深刻地體驗(yàn)，那就是內(nèi)存泄露問題一般隱藏很深，很難通過代碼閱讀來發(fā)現(xiàn)。有些內(nèi)存泄露甚至可能出現(xiàn)在庫當(dāng)中。有可能這本身是庫中的bug，也有可能是因?yàn)槌绦騿T沒有正確理解它們的接口說明文檔造成錯(cuò)用。
　　在很多時(shí)候，大多數(shù)的內(nèi)存泄露問題無法探測(cè)，但可能表現(xiàn)為隨機(jī)的故障。程序員們往往會(huì)把這種現(xiàn)象怪罪于硬件問題。如果用戶對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性不是很高，那么重啟系統(tǒng)問題也不大；但，如果用戶對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定很高，那么這種故障就有可能使用戶對(duì)產(chǎn)品失去信心，同時(shí)也意味著你的項(xiàng)目是個(gè)失敗的項(xiàng)目。由于內(nèi)存泄露危害巨大，現(xiàn)在已經(jīng)有許多工具來解決這個(gè)問題。這些工具通過查找沒有引用或重復(fù)使用的代碼塊、垃圾內(nèi)存收集、庫跟蹤等技術(shù)來發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄露的問題。每個(gè)工具都有利有弊，不過總的來說，用要比不用好?？傊?，負(fù)責(zé)的開發(fā)人員應(yīng)該去測(cè)試內(nèi)存泄露的問題，做到防患于未然。
　　內(nèi)存碎片比內(nèi)存泄露隱藏掛?。随着脑煁鼓矚g戲峙洳⑹頭?，蠢洐壴熸矚g戲紙馕】檳詿媯傭緯傷櫧枚彌?，禂黎要申请蠢洐壴熸薁楷愉\贍芫突崾О?。染J低襯詿婀淮螅敲醇岢值氖奔浠岢ひ恍?，但租倵９事N硬懷齜峙涫О艿畝蛟恕Ｔ謔褂枚峙淶南低持?，脑熸藱浆经常发生。臍ぐ，金q穌飧鑫侍庾钚У姆椒ň褪鞘褂霉ぞ咄