嵌入式软件分析与测试的重要性

　　随着计算机硬件技术的进步和元件质量逐步提高,元件的集成量也大大增加,从而使嵌入式设备的硬件性能得到了极大的提高;与此同时,通过采用成熟的商用操作系统,使系统运行在一个高性能的、可靠的软件平台上,为实现各种大型的复杂的应用打下了良好的基础。面对系统复杂性的增加,自然需要功能强大、性能稳定的应用软件与之相适应。所以,在嵌入系统开发中软件的代码量也越来越大,电子类产品的代码量以每两年就翻一翻的速度增长。同时,系统又要求应用也要精简高效、稳定可靠,使软件的开发在整个系统开发中所占的时间也越来越长,软件的质量对产品的最终质量起到了决定性的作用。但是事实上由于软件的开发缺乏科学的管理手段,开发的软件得不到很好的测试与分析,所编写的程序没有得到有效的测试就交付给用户使用。那些没有运行过的代码带着潜在的危险交付到客户手中,经常会给用户带来巨大的经济损失,为产品供应商带来信誉上的损失,在一些特殊的领域甚至会危及人的生命安全。

　　综上所述,随着嵌入式系统的发展,我们迫切需要一种工具能够在软件开发的单板阶段、集成阶段、系统阶段等各阶段对嵌入式系统的软件进行实时在线的测试与分析,以保证系统的性能和可靠性。

　　市面上流行的测试工具大致分为纯软件的测试工具和纯硬件的测试工具（如逻辑分析仪和仿真器等）,下面我们从原理上分析使用传统的测试工具对嵌入式软件进行分析和测试的优缺点。

纯软件的测试工具

　　纯软件的测试工具采用的是软件打点技术,在被测代码中插入一些函数,用这些函数来完成数据的生成,并上送数据到目标系统的共享内存中。同时在目标系统中运行一个预处理任务,完成这些数据的预处理,将处理后的数据通过目标机的网口或串口上送到主机平台。这一切都需借助于用户的目标处理器完成。 通过以上过程,测试者得以知道程序当前的运行状态。 从上述分析可知,纯软件的测试工具的测试原理有两个必然存在的特点——插桩函数和预处理任务。

　　由于插入插桩函数和预处理任务的存在,使系统的代码增大,更严重的是这些代码会对系统的运行效率有很大的影响（超过50%）。函数本身要有它的实现过程,它要完成数据的生成和暂存,而且这些函数在它的实现过程中还可能被其他优先级更高的中断程序所中断,预处理任务需要占用目标系统CPU处理时间、共享内存和通信通道完成数据的处理、数据的上送。由于这些弊端的存在,当采用纯软件测试工具对目标系统进行测试时,用户目标系统是在一种不真实的环境下运行的,我们所捕获的数据也是不够精确。

　　所以采用纯软件的测试工具缺乏性能分析,它不能对用户目标系统中的函数和任务运行的时间指标进行精确的分析。

当做覆盖率分析的时候,因为要大量打点,而打点多于200时就会影响系统的运行,所以只能做单元覆盖率分析且单元的程序量不能太大。

它不能对内存的动态分配进行动态的观察。

纯硬件的测试工具

　　纯硬件工具通常用于系统的硬件设计与测试工作。当它用于软件的分析测试时,却无法满足用户的基本要求。

　以逻辑分析仪为例,逻辑分析仪是通过监控系统在运行时总线上的指令周期,并以一定的频率捕获这些信号,通过对捕获的信号进行分析来判断程序当前运行的状况。由于它使用的是采样的方式,难免会遗失一些重要的信号;同时,分析的范围也极其有限。以性能分析为例,当使用某种逻辑分析仪进行性能分析时,我们只能以抽样的方式,同时对80个函数做性能分析,得到一个不精确的结果;而若使用CodeTEST,我们可以同时对32000个函数做性能分析,得到一个精确的结果。

　　　当对程序做覆盖率分析时,因为硬件工具是从系统总线捕获数据的,如当CACHE打开我们会采用指令预取技术,从外存中读一段代码到一级CACHE中,这时逻辑分析仪在总线上监视到这些代码被读取的信号,就会报告这些代码已经被执行了,但实际上被送到CACHE中的代码可能根本没有被命中。为了避免这种误差必须把CACHE关闭掉,而CACHE关掉就不是系统真实的运行环境了,有时甚至会由于CACHE关闭而导致系统无法正常运行。

　　而仿真器通常采用内存标记技术,它所关心的也是处理器从外存的代码段读取数据的情况。所以也无法在CACHE打开的方式下工作。而它的性能分析也是以仿真器的时间系统以抽样的方式进行的,也无法实时对系统进行真实的分析。所以我们所得出的结果也是不精确的。

纯硬件工具根本不具有对内存分配进行分析和检查的能力。