設(shè)計安全可靠的嵌入式系統(tǒng)最佳實踐

時間限制使開發(fā)人員面臨壓力，需要在嚴(yán)格且在許多情況下不充分的時間表內(nèi)完成項目要求。此外，對嵌入式軟件的可靠性、準(zhǔn)確性和性能的期望高于對實時計算的期望。我們還需要考慮運行嵌入式軟件的實際目標(biāo)硬件的約束。軟件合規(guī)性和認(rèn)證要求通常由行業(yè)強加，以解決安全性問題。

過程標(biāo)準(zhǔn)提供過程、驗證方法和最佳實踐，以確保軟件的安全、安全和質(zhì)量具有足夠的信心。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）

以及更多

軟件驗證和確認(rèn)是遵守過程標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵組成部分。這是一個涉及不同軟件測試技術(shù)的過程，這些技術(shù)可能非常嚴(yán)格，昂貴且耗時。

采用一兩種軟件測試技術(shù)不會削減它。在開發(fā)生命周期中使用各種自動化方法將節(jié)省您的時間和金錢。它還將有助于建立可靠性聲譽，這是無價的。

嵌入式軟件開發(fā)的自動化測試方法

自動化對于測試嵌入式軟件至關(guān)重要，因為手動方法容易出錯且耗時。讓我們討論一下對您的團隊有幫助的重要自動化測試方法。

靜態(tài)代碼分析

首先，我強烈建議始終使用靜態(tài)代碼分析作為第一種測試方法。執(zhí)行靜態(tài)分析的一個絕妙優(yōu)勢是，您可以在項目的任何階段引入和使用它。即使項目不完整且部分編碼，靜態(tài)代碼分析也是有效的，因為不需要執(zhí)行代碼。

引入靜態(tài)分析的最大挑戰(zhàn)是，大量代碼可能會產(chǎn)生大量警告。將靜態(tài)分析集成到項目中時，建議關(guān)注以下幾點：

讓團隊盡快提高工作效率。

最大限度地減少團隊被所有靜態(tài)分析警告淹沒的機會。

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

因為有各種編碼合規(guī)性標(biāo)準(zhǔn)（MISRA C：2012，自動sar C++14，SEI CERT，CWE等）從目標(biāo)開始。如果安全性是關(guān)鍵目標(biāo)，則啟用所有與安全相關(guān)的規(guī)則，禁用不太重要的規(guī)則并啟用內(nèi)置安全編碼標(biāo)準(zhǔn)之一（如 CERT C/C++）是有意義的。

動態(tài)分析方法或運行時錯誤檢測

如前所述，一種測試方法是不夠的。僅通過靜態(tài)分析無法識別所有錯誤或缺陷。動態(tài)分析方法或運行時錯誤檢測也是一種測試實踐。

此測試應(yīng)與要求相關(guān)聯(lián)。它檢查正在運行的代碼，暴露架構(gòu)和行為缺陷，其他弱點和/或安全漏洞，包括內(nèi)存泄漏等。

團隊可以在軟件抽象的各個級別應(yīng)用這種類型的測試。從測試每個單獨的單元或功能開始，然后集成其他軟件部件。最終，軟件將系統(tǒng)作為一個整體或黑匣子進(jìn)行測試。這通常表現(xiàn)在眾所周知的V模型軟件生命周期中。

結(jié)構(gòu)代碼覆蓋率

在動態(tài)分析方法中，可以應(yīng)用其他技術(shù)的疊加，例如結(jié)構(gòu)代碼覆蓋率。

簡而言之，結(jié)構(gòu)覆蓋是識別已執(zhí)行和記錄的代碼，以確定系統(tǒng)是否已經(jīng)過充分測試。如果可以通過測試用例執(zhí)行確定已執(zhí)行的代碼，則未發(fā)現(xiàn)或未執(zhí)行的代碼將公開對其他測試的需求。

如果您的合規(guī)性要求是獲得 100% 的代碼覆蓋率，則至少需要通過單元測試和手動測試來執(zhí)行覆蓋率。雖然我們可以繼續(xù)沿著揭示其他測試方法（如回歸、性能、壓力、API、UI、驗收等）的路徑前進(jìn)，但讓我們深入研究用于測試嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)代部署。

持續(xù)集成和持續(xù)交付

在過去幾年中，一個越來越受歡迎的主題是持續(xù)集成和持續(xù)交付（CI / CD）。CI/CD 是夜間集成的軟件開發(fā)實踐（將較小的構(gòu)建單元合并到應(yīng)用程序、庫或組件中），目的是構(gòu)建可測試的軟件以實現(xiàn)持續(xù)交付并及早發(fā)現(xiàn)構(gòu)建/集成問題和錯誤。

嵌入式軟件開發(fā)中的 CI/CD 通常以應(yīng)用程序開發(fā)不然的方式受到限制。除了目標(biāo)硬件平臺的物理和計算約束外，還有合規(guī)性約束。嵌入式軟件市場對安全性和安全性有獨特的要求，并且具有極長的生命周期。產(chǎn)品可以在市場上保留數(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。適應(yīng)通常圍繞基于Git的開發(fā)環(huán)境，采用動態(tài)的分支和合并方法，開發(fā)人員可以指定父/參考分支來與他們當(dāng)前的開發(fā)分支進(jìn)行比較，并自動比較和計算增量以進(jìn)行分析。

因此，無需對整個項目運行分析（這可能需要相當(dāng)長的時間，甚至數(shù)小時），而是可以在最小的文件集上運行。這減少了評估會話和重點的持續(xù)時間。然后，可以解決和糾正編碼違規(guī)，以實現(xiàn)干凈、安全且可靠的構(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)團隊的面包和黃油。

盡管容器最初是為解決微服務(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隊中越來越受歡迎。特別是對于使用容器來管理復(fù)雜工具鏈的大型團隊。

在管理復(fù)雜的開發(fā)環(huán)境時，特別是在安全關(guān)鍵領(lǐng)域，團隊通常會面臨以下挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)很容易用容器解決：

將整個團隊的升級同步到最新版本的工具（如編譯器、生成工具鏈等）。

動態(tài)響應(yīng)庫或軟件開發(fā)工具包 （SDK） 等的新安全補丁。

確保所有團隊成員的工具鏈和自動化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) （CI/CD） 的一致性。

能夠?qū)﹂_發(fā)環(huán)境進(jìn)行版本控制并對其進(jìn)行還原，以便為使用特定工具鏈認(rèn)證的舊版本產(chǎn)品提供服務(wù)。

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++測試訪問容器化編譯器 （GNU GCC） 和運行時環(huán)境。有兩個單獨的 Docker 容器，一個用于編譯器和構(gòu)建工具，另一個用于執(zhí)行環(huán)境（例如，嵌入式 Linux 的剝離版本）。

在這個例子中，Parasoft C/C++測試標(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)打包到一個容器映像中，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。

以下示例可以通過自動化完成，或者每個團隊成員都可以拉取一致的開發(fā)環(huán)境，其中容器化提供以下內(nèi)容：

開發(fā)環(huán)境版本控制

集中管理和部署

對安全漏洞的即時反應(yīng)

更低的入職成本

了解行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者如何交付安全可靠的軟件

如果您想簡化團隊工作流程、削減成本并縮短上市時間，那么了解嵌入式安全和安保關(guān)鍵型系統(tǒng)開發(fā)中的挑戰(zhàn)、解決方案和現(xiàn)代方法對您來說非常重要。

審核編輯：郭婷