如何正確理解嵌入式軟件可靠性設(shè)計(jì)？資料下載

1、前言 設(shè)備的可靠性涉及多個(gè)方面：穩(wěn)定的硬件、優(yōu)秀的軟件架構(gòu)、嚴(yán)格的測(cè)試以及市場(chǎng)和時(shí)間的檢驗(yàn)等等。這里著重談一下作者自己對(duì)嵌入式軟件可靠性設(shè)計(jì)的一些理解，通過(guò)一定的技巧和方法提高軟件可靠性。這里所說(shuō)的嵌入式設(shè)備，是指使用單片機(jī)、ARM7、Cortex-M0，M3之類為核心的測(cè)控或工控系統(tǒng)。 嵌入式軟件可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)該從防錯(cuò)、判錯(cuò)和容錯(cuò)三方面進(jìn)行考慮。 此外，還需理解自己所使用的編譯器特性。 2、防錯(cuò) 良好的軟件架構(gòu)、清晰的代碼結(jié)構(gòu)、掌握硬件、深入理解C語(yǔ)言是防錯(cuò)的要點(diǎn)，這里只談一下C語(yǔ)言。 “人的思維和經(jīng)驗(yàn)積累對(duì)軟件可靠性有很大影響"。C語(yǔ)言詭異且有種種陷阱和缺陷，需要程序員多年歷練才能達(dá)到較為完善的地步?！败浖馁|(zhì)量是由程序員的質(zhì)量以及他們相互之間的協(xié)作決定的”。因此，作者認(rèn)為防錯(cuò)的重點(diǎn)是要考慮人的因素。 “深入一門語(yǔ)言編程，不要浮于表面”。軟件的可靠性，與你理解的語(yǔ)言深度密切相關(guān)，嵌入式C更是如此。除了語(yǔ)言，作者認(rèn)為嵌入式開(kāi)發(fā)還必須深入理解編譯器。 本節(jié)將對(duì)C語(yǔ)言的陷阱和缺陷做初步探討。 2.1 處處皆陷阱 最初開(kāi)始編程時(shí)，除了英文標(biāo)點(diǎn)被誤寫成中文標(biāo)點(diǎn)外，可能被大家普遍遇到的是將比較運(yùn)算符==誤寫成賦值運(yùn)算符=，代碼如下所示： if(x=5) { … } 這里本意是比較變量x是否等于常量5，但是誤將’==’寫成了’=’，if語(yǔ)句恒為真。如果在邏輯判斷表達(dá)式中出現(xiàn)賦值運(yùn)算符，現(xiàn)在的大多數(shù)編譯器會(huì)給出警告信息。并非所有程序員都會(huì)注意到這類警告，因此有經(jīng)驗(yàn)的程序員使用下面的代碼來(lái)避免此類錯(cuò)誤： if(5==x) { … } 將常量放在變量x的左邊，即使程序員誤將’==’寫成了’=’，編譯器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)任誰(shuí)也不能無(wú)視的語(yǔ)法錯(cuò)誤信息：不可給常量賦值！ +=與=+、-=與=-也是容易寫混的。復(fù)合賦值運(yùn)算符（+=、*=等等）雖然可以使表達(dá)式更加簡(jiǎn)潔并有可能產(chǎn)生更高效的機(jī)器代碼，但某些復(fù)合賦值運(yùn)算符也會(huì)給程序帶來(lái)隱含Bug，如下所示代碼： tmp=+1; 該代碼本意是想表達(dá)tmp=tmp+1，但是將復(fù)合賦值運(yùn)算符+=誤寫成=+：將正整數(shù)常量1賦值給變量tmp。編譯器會(huì)欣然接受這類代碼，連警告都不會(huì)產(chǎn)生。 如果你能在調(diào)試階段就發(fā)現(xiàn)這個(gè)Bug，你真應(yīng)該慶祝一下，否則這很可能會(huì)成為一個(gè)重大隱含Bug，且不易被察覺(jué)。 -=與=-也是同樣道理。與之類似的還有邏輯與&&和位與&、邏輯或||和位或|、邏輯非！和位取反~。此外字母l和數(shù)字1、字母O和數(shù)字0也易混淆，這種情況可借助編譯器來(lái)糾正。 很多的軟件BUG自于輸入錯(cuò)誤。在Google上搜索的時(shí)候，有些結(jié)果列表項(xiàng)中帶有一條警告，表明Google認(rèn)為它帶有惡意代碼。如果你在2009年1月31日一大早使用Google搜索的話，你就會(huì)看到，在那天早晨55分鐘的時(shí)間內(nèi)，Google的搜索結(jié)果標(biāo)明每個(gè)站點(diǎn)對(duì)你的PC都是有害的。這涉及到整個(gè)Internet上的所有站點(diǎn)，包括Google自己的所有站點(diǎn)和服務(wù)。Google的惡意軟件檢測(cè)功能通過(guò)在一個(gè)已知攻擊者的列表上查找站點(diǎn)，從而識(shí)別出危險(xiǎn)站點(diǎn)。在1月31日早晨，對(duì)這個(gè)列表的更新意外地包含了一條斜杠(“/”)。所有的URL都包含一條斜杠，并且，反惡意軟件功能把這條斜杠理解為所有的URL都是可疑的，因此，它愉快地對(duì)搜索結(jié)果中的每個(gè)站點(diǎn)都添加一條警告。很少見(jiàn)到如此簡(jiǎn)單的一個(gè)輸入錯(cuò)誤帶來(lái)的結(jié)果如此奇怪且影響如此廣泛，但程序就是這樣，容不得一絲疏忽。 數(shù)組常常也是引起程序不穩(wěn)定的重要因素，C語(yǔ)言數(shù)組的迷惑性與數(shù)組下標(biāo)從0開(kāi)始密不可分，你可以定義int a[30]，但是你絕不可以使用數(shù)組元素a[30]，除非你自己明確知道在做什么。 switch…case語(yǔ)句可以很方便的實(shí)現(xiàn)多分支結(jié)構(gòu)，但要注意在合適的位置添加break關(guān)鍵字。程序員往往容易漏加break從而引起順序執(zhí)行多個(gè)case語(yǔ)句，這也許是C的一個(gè)缺陷之處。對(duì)于switch…case語(yǔ)句，從概率論上說(shuō)，絕大多數(shù)程序一次只需執(zhí)行一個(gè)匹配的case語(yǔ)句，而每一個(gè)這樣的case語(yǔ)句后都必須跟一個(gè)break。去復(fù)雜化大概率事件，這多少有些不合常情。 break關(guān)鍵字用于跳出最近的那層循環(huán)語(yǔ)句或者switch語(yǔ)句，但程序員往往不夠重視這一點(diǎn)。 1990年1月15日，AT&T電話網(wǎng)絡(luò)位于紐約的一臺(tái)交換機(jī)當(dāng)機(jī)并且重啟，引起它鄰近交換機(jī)癱瘓，由此及彼，一個(gè)連著一個(gè)，很快，114臺(tái)交換機(jī)每六秒當(dāng)機(jī)重啟一次，六萬(wàn)人九小時(shí)內(nèi)不能打長(zhǎng)途電話。當(dāng)時(shí)的解決方式：工程師重裝了以前的軟件版本。事后的事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這是break關(guān)鍵字誤用造成的?！禖專家編程》提供了一個(gè)簡(jiǎn)化版的問(wèn)題源碼： network code() { switch(line) { case THING1: doit1(); break; case THING2: if(x==STUFF) { do_first_stuff(); if(y==OTHER_STUFF) break; do_later_stuff(); } /*代碼的意圖是跳轉(zhuǎn)到這里… …*/ initialize_modes_pointer(); break; default: processing(); }/*… …但事實(shí)上跳到了這里。*/ use_modes_pointer();/*致使modes_pointer未初始化*/ } 那個(gè)程序員希望從if語(yǔ)句跳出，但他卻忘記了break關(guān)鍵字實(shí)際上跳出最近的那層循環(huán)語(yǔ)句或者switch語(yǔ)句?，F(xiàn)在它跳出了switch語(yǔ)句，執(zhí)行了use_modes_pointer()函數(shù)。但必要的初始化工作并未完成，為將來(lái)程序的失敗埋下了伏筆。 將一個(gè)整形常量賦值給變量，代碼如下所示： int a=34, b=034; 變量a和b相等嗎？答案是不相等的。我們知道，16進(jìn)制常量以’0x’為前綴，10進(jìn)制常量不需要前綴，那么8進(jìn)制呢？它與10進(jìn)制和16進(jìn)制表示方法都不相通，它以數(shù)字’0’為前綴，這多少有點(diǎn)奇葩：三種進(jìn)制的表示方法完全不相通。如果8進(jìn)制也像16進(jìn)制那樣以數(shù)字和字母表示前綴的話，或許更有利于減少軟件Bug，畢竟你使用8進(jìn)制的次數(shù)可能都不會(huì)有誤使用的次數(shù)多！下面展示一個(gè)誤用8進(jìn)制的例子，最后一個(gè)數(shù)組元素賦值錯(cuò)誤： a[0]=106; /*十進(jìn)制數(shù)106*/ a[1]=112; /*十進(jìn)制數(shù)112*/ a[2]=052; /*實(shí)際為十進(jìn)制數(shù)42，本意為十進(jìn)制52*/ 指針的加減運(yùn)算是特殊的。下面的代碼運(yùn)行在32位ARM架構(gòu)上，執(zhí)行之后，a和p的值分別是多少？ int a=1; int *p=(int*)0x00001000; a=a+1; p=p+1; 對(duì)于a的值很容判斷出結(jié)果為2，但是p的結(jié)果卻是0x00001004。指針p加1后，p的值增加了4，這是為什么呢？原因是指針做加減運(yùn)算時(shí)是以指針的數(shù)據(jù)類型為單位。p+1實(shí)際上是p+1*sizeof(int)。不理解這一點(diǎn)，在使用指針直接操作數(shù)據(jù)時(shí)極易犯錯(cuò)。比如下面對(duì)連續(xù)RAM初始化零操作代碼: unsigned int *pRAMaddr; //定義地址指針變量 for(pRAMaddr=StartAddr;pRAMaddr{ *pRAMaddr=0x00000000; //指定RAM地址清零 }