嵌入式軟件測試的十大秘訣

在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一般來(lái)說(shuō)，花在測試和花在編碼的時(shí)間比為3:1(實(shí)際上可能更多)。這個(gè)比例隨著(zhù)你的編程和測試水平的提高而不斷下降，但不論怎樣，軟件測試對一般人來(lái)講很重要。很多年前，一位開(kāi)發(fā)人員為了在對嵌入式有更深層次的理解，向Oracle詢(xún)問(wèn)了這樣的一個(gè)問(wèn)題:我怎么才能知道并懂得我的系統到底在干些什么呢?　Oracle面對這個(gè)問(wèn)題有些吃驚，因為在當時(shí)沒(méi)有人這么問(wèn)過(guò)，而同時(shí)代的嵌入式開(kāi)發(fā)人員問(wèn)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(wèn)題。所以，面對這個(gè)不同尋常卻異乎成熟的問(wèn)題，Oracle感到欣喜并認真回復了他:你的問(wèn)題很有深度很成熟，因為只有不斷地去深入理解才有可能不斷地提高水平。并且Oracle為了鼓勵這位執著(zhù)的程序員，把１０條關(guān)于嵌入式軟件開(kāi)發(fā)測試的秘訣告訴了他:
1.懂得使用工具
2.盡早發(fā)現內存問(wèn)題
3.深入理解代碼優(yōu)化
4.不要讓自己大海撈針
5.重現并隔離問(wèn)題
6.以退為進(jìn)
7.確定測試的完整性
8.提高代碼質(zhì)量意味著(zhù)節省時(shí)間
9.發(fā)現它，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(kāi)論述。
 
１.懂得使用工具
　　
　　通常嵌入式系統對可靠性的要求比較高。嵌入式系統安全性的失效可能會(huì )導致災難性的后果，即使是非安全性系統，由于大批量生產(chǎn)也會(huì )導致嚴重的經(jīng)濟損失。這就要求對嵌入式系統，包括嵌入式軟件進(jìn)行嚴格的測試、確認和驗證。隨著(zhù)越來(lái)越多的領(lǐng)域使用軟件和微處理器控制各種嵌入式設備，對門(mén)益復雜的嵌入式軟件進(jìn)行快速有效的測試愈加顯得重要。
　　就象修車(chē)需要工具一樣，好的程序員應該能夠熟練運用各種軟件工具。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(wèn)題可能通過(guò)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。害怕是因為加入測試用具或測試模塊到代碼需要技巧同時(shí)有可能引入新的錯誤，所以他們總喜歡寄希望于通過(guò)不斷地修改重編譯代碼來(lái)消除bug,結果卻無(wú)濟于事。懶惰是因為他們習慣了使用printf之類(lèi)的簡(jiǎn)單測試手段。下面來(lái)介紹一些嵌入式常用的測試工具。
.源碼級調試器[Source-level Debugger]
這種調試器一般提供單步或多步調試、斷點(diǎn)設置、內存檢測、變量查看等功能，是嵌入式調試最根本有效的調試方法。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(lèi)似的打印顯示工具估計是最靈活最簡(jiǎn)單的調試工具。打印代碼執行過(guò)程中的各種變量可以讓你知道代碼執行的情況。但是，printf對正常的代碼執行干擾比較大(一般printf占用CPU比較長(cháng)的時(shí)間)，需要慎重使用，最好設置打印開(kāi)關(guān)來(lái)控制打印。
.ICE或JTAG調試器[In-circuit Emulator]
ICE是用來(lái)仿真CPU核心的設備，它可以在不干擾運算器的正常運行情況下，實(shí)時(shí)的檢測CPU的內部工作情況。像桌面調試軟件所提供的：復雜的條件斷點(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(chēng)為外合(bond-out)CPU。這是一種被打開(kāi)了封裝的CPU，并且通過(guò)特殊的連接，可以訪(fǎng)問(wèn)到CPU的內部信號，而這些信號，在CPU被封裝時(shí)，是沒(méi)法“看到”的。當和工作站上強大的調試軟件聯(lián)合使用時(shí)，ICE就能提供你所能找到的最全面的調試功能。但ICE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(shuō)，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(kāi)發(fā)出來(lái)是為了監測IC和電路連接，但是這種串行接口擴展了用途，包括對調試的支持。AD公司為Blackfin設計的Visual Dsp++就支持高速的JTAG調試。
.ROM監視器[ROM Monitor] 
ROM監控器是一小程序，駐留在嵌入系統ROM中，通過(guò)串行的或網(wǎng)絡(luò )的連接和運行在工作站上的調試軟件通信。這是一種便宜的方式，當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存空間外，不需要其它任何專(zhuān)門(mén)的硬件。并提供了如下功能：下載代碼、運行控制、斷點(diǎn)、單步步進(jìn)、以及觀(guān)察、修改寄存器和內存。因為ROM監控器是操作軟件的一部分，只有當你的應用程序運行時(shí)，它才會(huì )工作。如果你想檢查CPU和應用程序的狀態(tài)，你就必須停下應用程序，再次進(jìn)入ROM監控器。
.Data監視器[Data Monitor]
這種監視器在不停止CPU運行的情況下不僅可以顯示指定變量?jì)热?，還可以收集并以圖形形式顯示各個(gè)變量的變化過(guò)程。
.OS監視器[Operating System Monitor]
操作系統監視器可以顯示諸如任務(wù)切換、信號量收發(fā)、中斷等事件。一方面，這些監視器能夠為你呈現事件之間的關(guān)系和時(shí)間聯(lián)系；另一方面，還可以提供對信號量?jì)?yōu)先級反轉、死鎖和中斷延時(shí)等問(wèn)題的診斷。
.性能分析工具[Profiler]
可以用來(lái)測試CPU到底耗在那里。profiler工具可以讓你知道系統的瓶頸在那里、CPU的使用率以及需要優(yōu)化的地方。
.內存測試工具[Memory Teseter]
可以找到內存使用的問(wèn)題所在，比如內存泄露、內存碎片、內存崩潰等問(wèn)題。如果發(fā)現系統出現一些不可預知的或間歇性的問(wèn)題，就應該使用內存測試工具測測看。
.運行跟蹤器[Execution Tracer]
可以顯示CPU執行了哪些函數、誰(shuí)在調用、參數是什么、何時(shí)調用等情況。這種工具主要用于測試代碼邏輯，可以在大量的事件中發(fā)現異常的那些。
.覆蓋工具[Coverage Tester]
主要顯示CPU具體執行了那些代碼，并讓你知道那些代碼分支沒(méi)有被執行到。這樣有助于提高代碼質(zhì)量并消除無(wú)用代碼。
.GUI測試工具[GUI Tester]
很多嵌入式應用帶有某種形式的圖形用戶(hù)界面進(jìn)行交互，有些系統性能測試足根掘用戶(hù)輸入響應時(shí)間進(jìn)行的。GUI測試工具可以作為腳本工具有開(kāi)發(fā)環(huán)境中運行測試用例，其功能包括對操作的記錄和回放、抓取屏幕顯示供以后分析和比較、設置和管理測試過(guò)程(Rational公司的robot和Mercury的Loadrunner工具是杰出的代表)。很多嵌入式設備沒(méi)有GUI，但常?？梢詫η度胧皆O備進(jìn)行插裝來(lái)運行GUI測試腳本，雖然這種方式可能要求對被測代碼進(jìn)行更改，但是節省了功能測試和回歸測試的時(shí)間。
.自制工具[Home-made tester]
在嵌入式應用中，有時(shí)候為了特定的目的，需要自行編寫(xiě)一些工具來(lái)達到某種測試目的。本人曾經(jīng)編寫(xiě)的視頻流錄顯工具在測試視頻會(huì )議數據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)現內存問(wèn)題 
　　內存問(wèn)題危害很大，不容易排查，主要有三種類(lèi)型:內存泄露、內存碎片和內存崩潰。對于內存問(wèn)題態(tài)度必須要明確，那就是早發(fā)現早“治療”。在軟件設計中，內存泄露的“名氣”最大，主要由于不斷分配的內存無(wú)法及時(shí)地被釋放，久而久之，系統的內存耗盡。即使細心的編程老手有時(shí)后也會(huì )遭遇內存泄露問(wèn)題。有測試過(guò)內存泄露的朋友估計都有深刻地體驗，那就是內存泄露問(wèn)題一般隱藏很深，很難通過(guò)代碼閱讀來(lái)發(fā)現。有些內存泄露甚至可能出現在庫當中。有可能這本身是庫中的bug，也有可能是因為程序員沒(méi)有正確理解它們的接口說(shuō)明文檔造成錯用。
　　在很多時(shí)候，大多數的內存泄露問(wèn)題無(wú)法探測，但可能表現為隨機的故障。程序員們往往會(huì )把這種現象怪罪于硬件問(wèn)題。如果用戶(hù)對系統穩定性不是很高，那么重啟系統問(wèn)題也不大；但，如果用戶(hù)對系統穩定很高，那么這種故障就有可能使用戶(hù)對產(chǎn)品失去信心，同時(shí)也意味著(zhù)你的項目是個(gè)失敗的項目。由于內存泄露危害巨大，現在已經(jīng)有許多工具來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。這些工具通過(guò)查找沒(méi)有引用或重復使用的代碼塊、垃圾內存收集、庫跟蹤等技術(shù)來(lái)發(fā)現內存泄露的問(wèn)題。每個(gè)工具都有利有弊，不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，用要比不用好?？傊?，負責的開(kāi)發(fā)人員應該去測試內存泄露的問(wèn)題，做到防患于未然。
　　內存碎片比內存泄露隱藏掛?。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?，久而緩洰，禂黎要申请蠢洐壴熸薁楷愉\贍芫突崾О?。染J低襯詿婀淮?，那么坚持的时间会长一些，但租倵９事N硬懷齜峙涫О艿畝蛟?。灾o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