嵌入式软件单元测试培训课程-曙海培训

嵌入式软件单元测试培训大纲

一、单元测试的理论基础

1.1 软件测试基础知识

软件测试定义：对软件测试的一个定义。

软件测试内容：用V模型展示出软件开发各阶段与软件测试阶段的对应关系。

对软件测试按级别分类：单元测试、部件测试、配置项测试、系统测试。

对软件测试按类型分类：功能测试、性能测试、接口测试、安全性测试、边界测试等

对软件测试方法的分类。

1.2 单元测试的定义

单元：软件设计的最小单位，通常是一个函数或一个类

单元测试：对软件基本组成单元进行的测试

模块的特点：

具有唯一标识（名字）

明确的功能

拥有局部数据

实现特定功能的算法

与其它模块存在数据联系

可被其它模块调用

1.3 为什么要进行单元测试

尽早测试原则：在开发早期发现缺陷

全面的测试：可以在单元层面进行较为全面的检验

便于定位错误：单元粒度小，易于隔离和定位

支持并行测试：多个模块可以同时进行测试

1.4 单元测试的内容与任务

1.5 静态测试与动态测试

静态测试：不执行代码的评估（人工检查、自动静态分析）

动态测试：执行代码的测试（白盒测试、黑盒测试）

静态分析的三种方式：

基于模式（规则）的静态分析

数据流静态分析

代码度量计算

二、测试方法

2.1 白盒测试方法

2.1.1 逻辑覆盖法

2.1.2 基本路径测试法

步骤：

导出程序控制流图

计算圈复杂度 V(G) = 边数 - 节点数 + 2

确定基本路径集

准备测试用例

2.2 静态分析方法

2.2.1 基于规则（模式）的静态分析

目的：检查代码是否符合编码标准（MISRA、JSF等）

价值：预防已知缺陷类型，约70%的安全性问题可通过此方法发现

规则创建：从历史缺陷中提炼（如爱国者导弹浮点误差案例）

2.2.2 数据流静态分析

原理：静态模拟程序执行路径，发现运行时错误

可发现的问题：资源泄漏、空指针异常、SQL注入、安全漏洞

优势：在早期发现需要数周才能定位的严重缺陷

2.2.3 代码度量

2.3 测试用例设计方法

等价类划分：将输入数据分成有效和无效等价类

边界值分析：测试边界附近的值

错误推测：基于经验和直觉

2.4 单元测试环境

驱动模块（Driver）：调用被测单元，传递参数

桩模块（Stub）：模拟被调用模块，返回预设值

2.5 嵌入式环境中的单元测试

策略：主机环境生成测试用例 → 交叉编译 → 目标机执行 → 报告回传

优势：无需硬件即可开始测试，复杂系统可分解独立测试

三、实际案例

案例1：浮点数比较错误（爱国者导弹）

背景：爱国者导弹因浮点数精度误差导致拦截失败，28人死亡

问题：0.1在二进制中是无穷循环，24位近似导致累积误差

教训：不能直接比较浮点数，不能用浮点数作为循环控制变量

MISRA规则：禁止浮点数相等比较，禁止浮点数在循环表达式中

案例2：C语言优先级陷阱

问题：运算符优先级理解错误导致逻辑错误

教训：明确使用括号，避免依赖默认优先级

案例3：switch缺少break

问题：缺少break导致多个case连续执行

教训：每个case后必须有break或明确注释

案例4：赋值与等于混淆

问题：赋值操作被误用为比较

教训：将常量放在左侧 if(0 == x) 可避免此类错误

案例5：局部变量与全局变量同名

问题：同名变量导致作用域混淆

教训：避免局部与全局变量同名

案例6：数组越界

问题：数组索引从0开始，A[10]不存在

教训：循环边界要准确

案例7：多任务代码中的死锁风险

问题：持锁延时可能导致死锁或性能问题

教训：临界区代码应尽量短，避免持锁延时

案例8：ISR中使用浮点运算

问题：中断服务程序中使用浮点运算可能导致不可预测行为

教训：ISR应保持简洁，避免浮点、复杂运算

案例9：宏定义陷阱

问题：宏名后的空格改变了含义

教训：宏定义中不能有空格

案例10：条件判断顺序

问题：C语言中&&和||保证短路求值，但顺序很重要

教训：将可能出错的条件放在前面

四、公司级推广与流程

4.1 单元测试的四个关键问题

4.2 单元测试流程

详细设计阶段完成单元测试计划

建立测试环境，完成测试设计和开发

执行测试用例，记录结果

判定测试结果（预期 vs 实际）

修正错误后进行回归测试

完成单元测试报告

4.3 通过准则

功能与设计需求一致

接口与设计需求一致

能正确处理输入和运行中的错误

发现的问题已修改并通过回归测试

达到规定的测试覆盖率

完成单元测试报告

4.4 静态分析的最佳实践

持续进行：不同阶段逐步递增实施

自动化扫描：日常扫描源码库，结果发送到IDE

团队策略：基于规则的静态分析作为团队规范

流程优先：流程比工具更重要

4.5 自动化流程建议

扫描源码库，保证代码同步

最新修改的代码被静态分析工具检查

每项规则冲突匹配到开发人员

开发者在开发工具中导入违规代码，快速修复

4.6 单元测试与相关活动的关系

4.7 常见误区与应对