嵌入式軟件設(shè)計中查找缺陷的幾個技巧
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1. 在測試期間，觀察堆棧所能達到的深度，并保證有較大的堆?？臻g余量。
2. 檢測堆棧溢出，并采取改進措施。
觀察堆棧深度的方法很簡單:
* 向整個內(nèi)存堆棧區(qū)寫入一個特定的數(shù)據(jù)圖案符號，如55AA。
* 在預期使用最大堆棧空間的條件下運行系統(tǒng)。
* 使用仿真器或其它工具檢查堆棧存儲區(qū)，看有多少符號圖案由于堆棧的使用而被改寫了。
當然，這些步驟并不能保證在一些不同條件下不會需要更多的堆棧，但確實可以表明所需要的最小堆棧數(shù)。
使用帶內(nèi)存管理單元(MMU)的處理器時，有可能檢測出運行時的堆棧溢出現(xiàn)象。MMU將內(nèi)存劃分為多個區(qū)域，用一個受保護的內(nèi)存段來“警戒”堆棧區(qū)域。發(fā)生堆棧溢出時，處理器將訪問這個受保護段。這個操作將引發(fā)一個異常事件(如產(chǎn)生SIGSEGV信號)，可被程序捕獲到。創(chuàng)建線程時，與實時POSIX標準兼容的RTOS提供有這種堆棧警戒功能選項，大大簡化了編程人員的工作。GNU工具等其它開發(fā)環(huán)境包含有編譯器開關(guān)，可在程序中添加實現(xiàn)堆棧警戒功能所需的代碼，但它們?nèi)匀灰揽康讓硬僮飨到y(tǒng)來有效地處理堆棧溢出。但是，按照這種方式檢測溢出還只是問題的一部分。為了使這類設(shè)計更為有效，系統(tǒng)必須能夠從堆棧溢出中恢復過來并繼續(xù)正確地工作。
在一個對安全或任務(wù)要求嚴格的應用中，系統(tǒng)運行時在測試或檢測堆棧溢出期間監(jiān)視堆棧的深度可能并不是一項足夠的風險控制措施。對于一些應用，必須確保系統(tǒng)絕對不會越出所分配的堆棧范圍；只有通過完整的堆棧深度分析才能證明這一點。這意味著，如果整個程序在同一內(nèi)存空間運行，則必須對所有代碼執(zhí)行這項分析。不過，如果使用MMU，分析?？珊喕Ｔ谠O(shè)計系統(tǒng)時，可將所有關(guān)鍵代碼置于一個或多個獨立線程內(nèi)，而這些線程分別在各自的保護內(nèi)存段中運行。這樣，只要對這些關(guān)鍵線程進行堆棧使用分析就可以了。當然，這項簡化設(shè)計假定當非關(guān)鍵線程溢出其堆棧并失效時，關(guān)鍵線程仍可正確執(zhí)行。
由于分析工作所需的堆棧使用數(shù)據(jù)來自匯編語言清單，因此修改代碼時，相應模塊的堆棧使用信息必須予以更新。如果使用不同的編譯器版本，或者改變了優(yōu)化設(shè)置，也必須復核整個分析過程。在理想情況下，編譯器將提供每個函數(shù)(如果不是每個線程的話)的堆棧使用數(shù)量，因為它擁有計算需要的所有信息。例如，瑞薩公司提供有Call Walker，這是該公司高性能的Embedded Workshop開發(fā)環(huán)境的一部分。這個工具可以圖形化地顯示每個函數(shù)使用的調(diào)用樹和堆棧，包括運行時庫和C庫的函數(shù)。Call Walker也能找出使用堆棧數(shù)量最大的路徑。使用這樣的工具可以實現(xiàn)步驟1到步驟3的自動化。
大部分軟件開發(fā)項目依靠結(jié)合代碼檢查、結(jié)構(gòu)測試和功能測試來識別軟件缺陷。盡管這些傳統(tǒng)技術(shù)非常重要，而且能發(fā)現(xiàn)大多數(shù)軟件問題，但它們無法檢查出當今復雜系統(tǒng)中的許多共性錯誤。本文將介紹如何避免那些隱蔽然而常見的錯誤，并介紹的幾個技巧幫助工程師發(fā)現(xiàn)軟件中隱藏的錯誤。
二、競爭條件
當兩個或更多獨立線程同時訪問同一資源時，就出現(xiàn)了競爭條件。競爭條件的影響多種多樣，取決于具體的情況。清單1解釋了一個潛在的競爭條件。函數(shù)Update_Sensor()通過調(diào)用get_raw()來讀取傳感器的原始數(shù)據(jù)。在處理過程中，該數(shù)據(jù)被乘上一個定標因子，并加上一個偏移量。處理是在該數(shù)據(jù)的一個臨時副本上進行的，然后，該臨時副本被寫入共享變量。
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