嵌入式開發(fā)中靜態(tài)代碼分析工具的功能

當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的C語言編譯器存在普遍只能找出代碼中潛在的缺陷，而對(duì)程序方案設(shè)計(jì)并沒有效。

使用靜態(tài)代碼分析器有助于提升固件和捕獲編譯器難以察覺的問題。

1、用于嵌入式的常見代碼靜態(tài)分析工具

代碼靜態(tài)分析工具，顧名思義就是對(duì)代碼進(jìn)行靜待分析，以提前預(yù)判（分析出）代碼潛在的一些問題的工具。換句話說，就是通過工具找出你代碼的bug（錯(cuò)誤、警告）。

代碼靜態(tài)分析工具需要你的代碼遵循一定規(guī)范，比如遵循?C99?、MISRA C：2012等，不然工具不支持對(duì)你代碼的靜態(tài)分析。

代碼靜態(tài)分析工具有獨(dú)立存在的（就是一款軟件工具），也有集成在IDE中的。比如：IAR EWARM就自帶靜待分析工具。

同時(shí)，有些工具支持通過“安裝插件”的形式集成在IDE中，比如：?在keil MDK中添加PC-lint代碼靜態(tài)分析工具?。

下面羅列幾個(gè)常見的代碼靜態(tài)分析工具：

PC-lint

LDRA

Parasoft C / C ++ test

PVS-Studio

VectorCAST

以下是每一位嵌入式軟件開發(fā)工程師都應(yīng)該熟悉的靜態(tài)代碼編譯器的七種功能和用法。

2、捕捉潛在的漏洞

靜態(tài)代碼分析器廣為人知的用途之一就是掃描軟件中潛在的問題和漏洞。這些問題小到switch case遺漏了break語句，大到緩存溢出的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

靜態(tài)代碼分析器能夠發(fā)現(xiàn)那些容易被編譯器或者代碼審核人員忽略的問題。在開發(fā)的早期階段配置一個(gè)靜態(tài)代碼分析器在實(shí)踐中能夠確保潛在風(fēng)險(xiǎn)被立即處理，而不是等到開發(fā)的后期階段。

3、強(qiáng)制執(zhí)行代碼規(guī)范

執(zhí)行代碼規(guī)范是確保軟件開發(fā)一致性和代碼可讀性的重要舉措。代碼規(guī)范不僅會(huì)涉及代碼可讀性等問題，它還能迫使代碼變得優(yōu)雅。一個(gè)典型的例子就是許多靜態(tài)代碼分析器支持MISRA C。

靜態(tài)代碼分析器能夠確保開發(fā)者沒有違背大多數(shù)推薦實(shí)現(xiàn)方法，也沒有違背標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)雅實(shí)踐（但是有些規(guī)則要求人工檢查，機(jī)器無法自動(dòng)判別）。如果真的發(fā)生了違規(guī)行為，靜態(tài)分析器會(huì)將違規(guī)行為報(bào)告給開發(fā)者，開發(fā)者可以給予糾正。使用靜態(tài)分析器能夠快速判斷代碼是否遵循了已定義的標(biāo)準(zhǔn)。

4、確保嚴(yán)格執(zhí)行ANSI-C標(biāo)準(zhǔn)

那些想嚴(yán)格按照ANSI-C標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)可移植軟件的開發(fā)者可以用靜態(tài)代碼分析器判斷是否有非標(biāo)準(zhǔn)的用法混雜在代碼里。

將分析器設(shè)置為“strict”將會(huì)查找出那些可移植性較差的或者兼容性較弱的代碼區(qū)域。開發(fā)者隨后可以再次檢查這部分代碼，使得軟件更好地遵守ANSI-C標(biāo)準(zhǔn)，或者至少在文檔中注明這部分代碼。

5、強(qiáng)大的類型檢查功能

C語言并不支持強(qiáng)類型檢查。在C語言中，如果開發(fā)者自己創(chuàng)建了一種類型，編譯器會(huì)忽略新類型而使用底層的C語言類型。

舉個(gè)例子，如上圖所示，編譯器會(huì)視變量Var1為int類型（實(shí)現(xiàn)時(shí)定義）而不是新的MyEnum_t類型。開發(fā)者也許想?yún)^(qū)分int和MyEnum_t兩種類型，并讓編譯器在兩者混用之時(shí)做出警告。

然而，在第13行編譯器并不認(rèn)為把變量Var2（底層是int類型）的值賦給變量Var1（底層也是int類型）存在什么錯(cuò)誤。靜態(tài)代碼分析器能夠設(shè)置嚴(yán)格的類型檢查，將Var1=Var2因不同類型間的賦值而置為高亮，以及檢查出其它不符合開發(fā)者本意的問題。

6、提供量綱檢查

1998年發(fā)射失敗的火星氣候探測(cè)器是我最關(guān)注的航空器失事事故之一。航空器的失敗是由于輸入軌道插入參數(shù)時(shí)使用了非標(biāo)準(zhǔn)的lbss 而不是 Ns （哎呀！）?；鹦菤夂蛱綔y(cè)器的失事永遠(yuǎn)警示著我們確保度量單位正確的重要性。但C編程語言沒有提供任何的量綱分析來確保計(jì)算的一致性。

但是，靜態(tài)代碼分析器能夠完成這些檢查，以確保不會(huì)將千米誤乘以英尺從而得到一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)果。量綱分析的設(shè)置在各種工具中各不相同，但開發(fā)者應(yīng)該好好利用這個(gè)重要的特性。

7、支持基本的堆棧分析

理解棧的最壞使用場(chǎng)景是開發(fā)任何實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵。有很多的方法能分析和確定堆棧的最壞情況下的的使用狀態(tài)，但可以用靜態(tài)代碼分析器來找找合理使用堆棧的感覺。靜態(tài)分析器可以計(jì)算函數(shù)的堆棧使用情況和調(diào)用圖來給出堆棧所需的大致空間。

靜態(tài)分析工具還可以幫助深入了解程序?qū)瘮?shù)調(diào)用，以及函數(shù)結(jié)果的確定性。使用靜態(tài)分析來熟悉堆棧的使用和最壞工作狀態(tài)有助于初步理解堆棧的最壞狀態(tài)分析。

8、幫助檢查線程

靜態(tài)分析工具也可以用來查看在相同處理器上同時(shí)執(zhí)行的線程和任務(wù)所出現(xiàn)的問題。

舉個(gè)例子，分析工具可以識(shí)別是否有與加鎖或解鎖互斥相關(guān)的任何異常。線程檢查對(duì)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中查找問題非常有效，但配置此類分析卻要花費(fèi)很大的代價(jià)。只要能發(fā)現(xiàn)存在異常的線程，這種代價(jià)還是值得付出的。

9、總 結(jié)

靜態(tài)分析是開發(fā)人員開發(fā)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的一個(gè)寶貴工具。靜態(tài)分析器的七種用途只是其強(qiáng)大功能的幾個(gè)例子。

靜態(tài)代碼分析器的使用可以大大提高代碼的質(zhì)量和魯棒性，如果設(shè)置得當(dāng)，甚至可以確保代碼與常見的或自定義的編碼標(biāo)準(zhǔn)的一致性。

　　審核編輯：湯梓紅