設(shè)計(jì)安全可靠的嵌入式系統(tǒng)最佳實(shí)踐

時(shí)間限制使開發(fā)人員面臨著在嚴(yán)格且在許多情況下不充分的時(shí)間表內(nèi)完成項(xiàng)目要求的壓力。此外，對(duì)嵌入式軟件的可靠性、準(zhǔn)確性和性能的期望高于對(duì)實(shí)時(shí)計(jì)算的期望。我們還需要考慮運(yùn)行嵌入式軟件的實(shí)際目標(biāo)硬件的約束。軟件合規(guī)性和認(rèn)證要求通常由行業(yè)強(qiáng)加以解決安全問題。

流程標(biāo)準(zhǔn)提供流程、驗(yàn)證方法和最佳實(shí)踐，以確保軟件安全、安全和質(zhì)量有足夠的信心。這些包括：

DO-178B/C（航空電子設(shè)備）

ISO 26262（汽車）

IEC 62304（醫(yī)療）

IEC 61508（工業(yè)）

EN 50128（導(dǎo)軌）

和更多

軟件驗(yàn)證和確認(rèn)是遵守流程標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵組成部分。這是一個(gè)涉及不同軟件測(cè)試技術(shù)的過程，這些技術(shù)可能是嚴(yán)格的、昂貴的和耗時(shí)的。

使用一種或兩種軟件測(cè)試技術(shù)并不能解決問題。在開發(fā)生命周期中使用各種自動(dòng)化方法將為您節(jié)省時(shí)間和金錢。它還將有助于建立無價(jià)的可靠性聲譽(yù)。

嵌入式軟件開發(fā)的自動(dòng)化測(cè)試方法

自動(dòng)化對(duì)于測(cè)試嵌入式軟件至關(guān)重要，因?yàn)槭謩?dòng)方法容易出錯(cuò)且耗時(shí)。讓我們討論對(duì)您的團(tuán)隊(duì)有幫助的重要自動(dòng)化測(cè)試方法。

靜態(tài)代碼分析

首先，我強(qiáng)烈建議始終將靜態(tài)代碼分析作為第一種測(cè)試方法。執(zhí)行靜態(tài)分析的一個(gè)絕妙優(yōu)勢(shì)是您可以在項(xiàng)目的任何階段引入和使用它。即使項(xiàng)目不完整且部分編碼，靜態(tài)代碼分析也是有效的，因?yàn)椴恍枰獔?zhí)行代碼。

引入靜態(tài)分析的最大挑戰(zhàn)是大量代碼會(huì)產(chǎn)生大量警告。將靜態(tài)分析集成到項(xiàng)目中時(shí)，建議關(guān)注以下內(nèi)容：

盡快讓團(tuán)隊(duì)高效工作。

最大限度地減少團(tuán)隊(duì)被所有靜態(tài)分析警告淹沒的機(jī)會(huì)。

這并不是要降低這些警告的重要性。但是，大多數(shù)開發(fā)人員沒有修復(fù)現(xiàn)有或遺留代碼的奢侈。至少不是馬上。

因?yàn)橛懈鞣N編碼合規(guī)性標(biāo)準(zhǔn)（MISRA C:2012、AUTOSAR C++14、SEI CERT、CWE 等）從一個(gè)目標(biāo)開始。如果安全是關(guān)鍵目標(biāo)，那么啟用所有與安全相關(guān)的規(guī)則、禁用不太重要的規(guī)則并啟用一種內(nèi)置的安全編碼標(biāo)準(zhǔn)（如 CERT C/C++）是有意義的。

動(dòng)態(tài)分析方法或運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤檢測(cè)

如前所述，一種測(cè)試方法是不夠的。僅通過靜態(tài)分析無法識(shí)別所有錯(cuò)誤或缺陷。動(dòng)態(tài)分析方法或運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤檢測(cè)也是一種可以采用的測(cè)試實(shí)踐。

該測(cè)試應(yīng)與需求相關(guān)聯(lián)。它檢查正在運(yùn)行的代碼，暴露架構(gòu)和行為缺陷、其他弱點(diǎn)和/或安全漏洞，包括內(nèi)存泄漏等。

團(tuán)隊(duì)可以在不同級(jí)別的軟件抽象上應(yīng)用這種類型的測(cè)試。從測(cè)試每個(gè)單獨(dú)的單元或功能開始，然后集成其他軟件部分。最終軟件測(cè)試系統(tǒng)作為一個(gè)整體或黑盒。這通常體現(xiàn)在著名的 V 模型軟件生命周期中。

結(jié)構(gòu)代碼覆蓋率

在動(dòng)態(tài)分析方法中，可以應(yīng)用其他技術(shù)，如結(jié)構(gòu)代碼覆蓋。

簡(jiǎn)而言之，結(jié)構(gòu)覆蓋是為了確定系統(tǒng)是否經(jīng)過充分測(cè)試而執(zhí)行和記錄的代碼的標(biāo)識(shí)。如果您可以確定已通過測(cè)試用例執(zhí)行的代碼，那么未發(fā)現(xiàn)或未執(zhí)行的代碼將暴露出對(duì)額外測(cè)試的需求。

如果您的合規(guī)性要求是獲得 100% 的代碼覆蓋率，那么您至少需要通過單元測(cè)試和手動(dòng)測(cè)試來執(zhí)行覆蓋率。雖然我們可以繼續(xù)揭示其他測(cè)試方法，如回歸、性能、壓力、API、UI、接受度等，但讓我們深入研究嵌入式系統(tǒng)測(cè)試的現(xiàn)代部署。

持續(xù)集成和持續(xù)交付

在過去幾年中越來越受歡迎的一個(gè)主題是持續(xù)集成和持續(xù)交付 （CI/CD）。CI/CD 是夜間集成的軟件開發(fā)實(shí)踐（將較小的構(gòu)建單元組合到應(yīng)用程序、庫或組件中），旨在構(gòu)建可測(cè)試的軟件以實(shí)現(xiàn)持續(xù)交付和早期檢測(cè)構(gòu)建/集成問題和錯(cuò)誤。

嵌入式軟件開發(fā)中的 CI/CD 通常受到應(yīng)用程序開發(fā)不受限制的方式。除了目標(biāo)硬件平臺(tái)的物理和計(jì)算約束之外，還有合規(guī)性約束。嵌入式軟件市場(chǎng)對(duì)具有極長(zhǎng)生命周期的安全性有獨(dú)特的要求。產(chǎn)品可以在市場(chǎng)上保留數(shù)十年。

如今，一些組織將靜態(tài)分析納入其 CI/CD 現(xiàn)代開發(fā)工作流程中。適應(yīng)通常圍繞基于 Git 的開發(fā)環(huán)境，采用動(dòng)態(tài)方法進(jìn)行分支和合并，開發(fā)人員可以指定父/引用分支與他們當(dāng)前的開發(fā)分支進(jìn)行比較，并自動(dòng)比較和計(jì)算增量以進(jìn)行分析。

因此，與其在整個(gè)項(xiàng)目上運(yùn)行分析，這可能需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，甚至幾個(gè)小時(shí)，它可以在最小的文件集上運(yùn)行。這減少了評(píng)估會(huì)議的持續(xù)時(shí)間和重點(diǎn)。然后可以解決和糾正編碼違規(guī)，以實(shí)現(xiàn)干凈、安全和可靠的構(gòu)建。

容器化開發(fā)環(huán)境

另一種類型的現(xiàn)代化來自容器化開發(fā)環(huán)境。開發(fā)工具的容器化部署正在成為嵌入式開發(fā)團(tuán)隊(duì)的生計(jì)。

盡管容器最初是為了解決微服務(wù)和基于 Web 的應(yīng)用程序的部署問題而開發(fā)的，但它們最近在嵌入式團(tuán)隊(duì)中流行起來。尤其是對(duì)于使用容器來管理復(fù)雜工具鏈的大型團(tuán)隊(duì)。

在管理復(fù)雜的開發(fā)環(huán)境時(shí)，尤其是在安全關(guān)鍵領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)通常會(huì)遇到以下挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)很容易通過容器解決：

將整個(gè)團(tuán)隊(duì)的升級(jí)同步到編譯器、構(gòu)建工具鏈等工具的最新版本。

動(dòng)態(tài)響應(yīng)庫或軟件開發(fā)工具包 （SDK） 等的新安全補(bǔ)丁。

確保所有團(tuán)隊(duì)成員和自動(dòng)化基礎(chǔ)設(shè)施 （CI/CD） 的工具鏈的一致性。

能夠?qū)﹂_發(fā)環(huán)境進(jìn)行版本化并恢復(fù)它以服務(wù)于通過特定工具鏈認(rèn)證的舊版本產(chǎn)品。

入職和設(shè)置新的開發(fā)人員。

在下面的示例中，您讓Parasoft C/C++test訪問容器化編譯器 （GNU GCC） 和運(yùn)行時(shí)環(huán)境。有兩個(gè)獨(dú)立的 Docker 容器，一個(gè)用于編譯器和構(gòu)建工具，另一個(gè)用于執(zhí)行環(huán)境（例如，嵌入式 Linux 的剝離版本）。

在這個(gè)例子中，Parasoft C/C++test 標(biāo)準(zhǔn)可以用作基于命令行的工具，適用于容器內(nèi)部署。它可以與編譯器和構(gòu)建系統(tǒng)一起打包成一個(gè)容器鏡像，用于 CI/CD 并部署到開發(fā)人員的桌面上進(jìn)行本地命令行掃描。下圖顯示了此設(shè)置的高級(jí)概述。

以下示例可以通過自動(dòng)化完成，或者每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員都可以拉出一致的開發(fā)環(huán)境，其中容器化提供以下功能：

開發(fā)環(huán)境版本控制

集中管理和部署

對(duì)安全漏洞的即時(shí)反應(yīng)

較低的入職成本

了解行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者如何提供安全可靠的軟件

如果您想簡(jiǎn)化團(tuán)隊(duì)工作流程、削減成本并縮短上市時(shí)間，那么了解嵌入式安全和安全關(guān)鍵系統(tǒng)開發(fā)中的挑戰(zhàn)、解決方案和現(xiàn)代方法對(duì)您來說很重要。

審核編輯：郭婷