代曉倩++尤志堅

摘要：該文探討了單片機軟件測試的關鍵技術(shù)中斷測試技術(shù)，并根據(jù)自己的測試實踐討論了型號項目軟件測試中出現(xiàn)的問題。

關鍵詞：軟件測試；中斷測試；單片機

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）11-0195-02

Research of interrupt testing technology of Single Chip Microcomputer

Dai Xiao-qian，You Zhi-jian

（Shanghai Aerospace Electronic Technology Institute， Shanghai 201109， China）

Abstract： This paper discusses the important technology about interrupt testing of Single Chip Microcomputer software， according to the authors testing practice it discuss some issues derived from the software testing of a type of project.

Key words： software testing； Interrupt testing； Single Chip Microcomputer

單片機因其高可靠性已被廣泛應用于航天系統(tǒng)中，因此單片機軟件的可靠性也成為影響這些系統(tǒng)的非常關鍵的因素。由于中斷技術(shù)在軟件實時響應、多任務處理和突發(fā)事件響應中的優(yōu)勢，使得它在航天型號軟件中不可或缺。但是中斷程序執(zhí)行的隨機性，使得中斷所帶來的問題具有偶發(fā)性和隱蔽性，在軟件測試中通常很難被發(fā)現(xiàn)，這給軟件測試帶來了很大的困難。

因此，本文結(jié)合航天軟件測評工作的特點，將單片機軟件中斷測試細化到以下測試類型包括代碼審查、性能測試、余量測試、強度測試中，力求中斷測試更充分有效，更多發(fā)現(xiàn)問題。

1 代碼審查

在實際應用中，由于中斷和硬件、環(huán)境、以及應用密切相關，復雜性高，不可能進行充分的測試，所以必須在進行中斷測試之前做好比較完備的中斷代碼審查及分析，然后在此基礎上進行一些必要的測試。以單片機軟件為例，做好中斷的代碼審查工作，除了編碼的正確性需要得到保證之外，還需要著重對以下幾個方面進行審查。

1.1 未使用中斷向量是否處理

對未用中斷的中斷向量進行處理，避免觸發(fā)未用中斷或者跳到未用中斷的中斷向量區(qū)而帶來的未知影響。處理方法可以采用跳轉(zhuǎn)到統(tǒng)一的陷阱處理程序等。

1.2 軟件復位是否進行兩次中斷返回

MSC-51單片機有兩個中斷優(yōu)先級，如果軟件在二級中斷嵌套時走飛，隨后由軟件陷阱轉(zhuǎn)入初始化程序時，則當前中斷服務狀態(tài)標志有2個，需要進行2次RETI操作來清除中斷服務狀態(tài)標志，否則，軟件無法響應中斷請求。代碼實現(xiàn)如下：

1.3 檢查是否存在函數(shù)重入

Keil c51默認環(huán)境下，函數(shù)如果不做特殊處理是不可重入的。如果函數(shù)調(diào)用有重入，會產(chǎn)生不同模塊間變量相互覆蓋的風險。對于無法避免重入函數(shù)的情況，設計師可編寫兩個語句相同名稱不同的子函數(shù)分別供主程序和中斷服務程序調(diào)用。

1.4 檢查變量類型是否合理

在單片機高級語言編程中，對于在主程序和中斷（或在不同優(yōu)先級的中斷）中同時用到的公共變量應盡量定義為單字節(jié)變量如unsigned char型。下文描述了一個錯誤的案例，代碼如下圖。

其中Int0為低優(yōu)先級中斷，Int1為高優(yōu)先級中斷。變量Cnt定義為16位unsigned int型，

在單片機中分高低字節(jié)存儲。Int0中斷服務子程序中Cnt加1（C語言描述為Cnt++）對應的匯編代碼及解釋如下：

其中“Cnt+01H”和“Cnt”分別表示存放Cnt變量的低字節(jié)和高字節(jié)數(shù)據(jù)地址。從上述匯編代碼分析可知，當Int0中斷服務子程序執(zhí)行完第一句后執(zhí)行第二句前，此時被高優(yōu)先級的Int1中斷打斷，而后在Int1中斷服務子程序中又將Cnt的高低字節(jié)均清為0，因此導致Int1中斷處理結(jié)束后，程序回到Int0中斷服務子程序執(zhí)行上面第二句代碼時，誤以為是Cnt低字節(jié)加1溢出（0xff+1），因此將Cnt高字節(jié)加1（變?yōu)?x0100），進而導致后續(xù)大于200條件判斷成立，即錯誤執(zhí)行語句“Bus1553B= ERR；”從而導致軟件復位1553B總線芯片。

1.5 中斷資源沖突檢查

中斷程序可以在任何時刻運行，如某一資源同時為兩個以上的中斷程序或中斷程序和主程序所使用，這時相互之間就可能發(fā)生資源沖突。當軟件中斷程序很長變量較多，并且比較復雜的情況下，中斷資源沖突檢查的難度也將大大增加。怎樣才能做好中斷資源沖突檢查呢？目前，中斷資源沖突檢查主要還是采用人工分析方法，首先列出主程序和中斷程序中使用的公共資源，包括括寄存器、變量、緩沖區(qū)、IO端口等等，并明確這些資源在函數(shù)中的訪問特性，包括只讀、只寫、讀寫特性；接著對上述資源逐一分析，一般情況下，當公共資源在中斷函數(shù)中為只讀狀態(tài)，不會與主程序使用該資源產(chǎn)生沖突；而當公共資源在中斷函數(shù)中為讀寫或者只寫狀態(tài)時，就要注意資源使用沖突問題了。

做好中斷資源沖突檢查，測評人員不光要做到對中斷程序心中有數(shù)，還要對整個系統(tǒng)運行十分清楚，這需要在工程實踐中慢慢積累經(jīng)驗。

2 性能測試

與中斷服務程序有關的性能好壞往往與軟件質(zhì)量有著密切的聯(lián)系。通?？蓮囊韵聨追矫嫒胧郑?/p>

2.1 測試定時中斷執(zhí)行周期

主要測試定時中斷周期設置是否合理，在被高優(yōu)先級中斷推遲執(zhí)行的情況下，執(zhí)行周期是否滿足要求。

例如，若定時中斷程序每0.5ms執(zhí)行一次，且用來輸出某周期性控制信號，而此周期信號的頻率又被下級軟件采集使用，則當軟件中存在另一高優(yōu)先級中斷執(zhí)行將定時中斷推遲執(zhí)行后，會直接影響某周期信號的輸出，進而對下級軟件的執(zhí)行產(chǎn)生影響。

2.2 測試中斷服務程序最長執(zhí)行時間

通常中斷服務程序執(zhí)行時間不應太長，數(shù)據(jù)處理要盡量放在主程序中進行。在中斷服務程序中應避免出現(xiàn)延時等待的語句。發(fā)生嵌套時高優(yōu)先級的中斷處理完畢后低優(yōu)先級的中斷應還有足夠的時間繼續(xù)處理。

測試的方法主要是利用性能測試的手段，得到高優(yōu)先級和低優(yōu)先級中斷的最長處理時間，當中斷嵌套產(chǎn)生時，高優(yōu)先級中斷最長處理時間加上低優(yōu)先級中斷最長處理時間應小于低優(yōu)先級中斷的產(chǎn)生周期。

2.3 分析中斷執(zhí)行時間對主循環(huán)的影響

主循環(huán)最大執(zhí)行時間要考慮主循環(huán)被中斷打斷后的最大執(zhí)行時間，并確認主循環(huán)最大執(zhí)行時間是否仍然滿足要求。

3 余量測試

中斷的余量測試主要測試以下兩點：

1） 中斷執(zhí)行時間的余量，一般針對有周期性時間要求的中斷進行，測試的方法主要是利用性能測試的手段，得到中斷的最長處理時間，中斷處理時間一般要求留有20%的余量，即中斷最長處理時間不應超過中斷周期時間的80%。

2） 堆棧使用余量

函數(shù)/子程序嵌套、中斷嵌套以及函數(shù)和中斷之間的嵌套運行都要占用堆?？臻g，而堆?？臻g的不足會導致不可預知的后果。所以軟件中斷內(nèi)代碼不能太多，涉及變量也不要太多，否則可能會導致比較大的堆棧需要，甚至導致堆棧溢出。

堆棧使用情況的測試通常是先采用人工分析方法找出程序的最大調(diào)用深度即最長執(zhí)行路徑，然后在仿真環(huán)境中運行程序，記錄SP指針的初始值，然后沿最大調(diào)用深度執(zhí)行程序記錄SP指針的最大值，最后計算堆棧空間余量?？紤]系統(tǒng)升級和擴展的需要，堆棧使用余量要大于20%。

4 強度測試

中斷的強度測試就是測試中斷產(chǎn)生的頻率達到什么情況時軟件無法正常處理；一般都是對通訊類的中斷進行強度測試，測試的方法是逐漸縮短中斷產(chǎn)生的時間間隔直到軟件無法正常響應，得到軟件中斷處理的強度。另外值得注意的是當縮短中斷產(chǎn)生的時間間隔后，適當延長軟件測試時間，往往可以加速暴露一些資源使用沖突問題，因此在進行強度測試時，在考慮增加頻率的情況下應適當延長軟件測試時間，使軟件問題充分暴露。

5 結(jié)束語

本文從四大測試類型即代碼審查、性能測試、余量測試、強度測試出發(fā)，全面總結(jié)了單片機軟件中斷測試技術(shù)。其中中斷代碼審查技術(shù)是重點也是基礎，性能、余量、強度測試是深入化的測試，測試人員需靈活運用上述測試技術(shù)，才能較好的發(fā)現(xiàn)中斷程序的問題，提高軟件質(zhì)量。

參考文獻：

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[2] 柳純錄.軟件評測師教程[M]. 清華大學出版社，2005.