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1、引言 在國內(nèi)，目前大型的軟件工程中大都使用國外的軟件測試平臺(tái)，我們?cè)跍y試工程中使用法國的LOGISCOPE測試平臺(tái)對(duì)C語言開發(fā)的實(shí)時(shí)嵌入式軟件進(jìn)行測試。 由于實(shí)時(shí)嵌入式軟件主要是對(duì)外部接口設(shè)備進(jìn)行控制，而被送檢的軟件需要大量不同的硬件環(huán)境，在進(jìn)行測試時(shí)，由于無法建立大量不同的接口設(shè)備的硬件仿真環(huán)境，每當(dāng)執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，程序便無法繼續(xù)運(yùn)行，因此，測試軟件無法完整地覆蓋整個(gè)程序的各個(gè)分支和語句。同時(shí)，被測試軟件常常需要多個(gè)模塊同時(shí)對(duì)某個(gè)外設(shè)進(jìn)行共同測試，需要通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行集中測試。 為了完成對(duì)各種實(shí)時(shí)嵌入式軟件的測試工作，我們研制開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的接口設(shè)備的軟件仿真環(huán)境，使得用戶程序運(yùn)行時(shí)不再需要真正的接口硬件設(shè)備，而是與仿真軟件進(jìn)行通訊，交換數(shù)據(jù)，從而使得被測程序在脫離硬件的環(huán)境中順利運(yùn)行。本課題主要解決C語言和匯編語言混合編程中，把所有原來控制外設(shè)的輸入輸出指令都修改成與仿真軟件進(jìn)行通信的函數(shù)，同時(shí)，把原來由硬件觸發(fā)的中斷處理功能轉(zhuǎn)由軟件觸發(fā)，以及通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境完成多模塊的集中測試。 本課題的意義在于建成一種通用的方法，使得不同軟件開發(fā)的程序都能夠使用這些功能模塊與接口仿真軟件進(jìn)行通信，從而順利地進(jìn)行軟件測試。 被測軟件的運(yùn)行環(huán)境絕大多數(shù)是基于DOS的，在仿真環(huán)境下進(jìn)行測試時(shí)，由于原來的硬件環(huán)境不再存在，因此要求對(duì)被測軟件進(jìn)行相應(yīng)的修改，使其在一個(gè)新的系統(tǒng)模型當(dāng)中運(yùn)行：原來與硬件進(jìn)行I/O的指令，變成對(duì)仿真軟件通訊動(dòng)態(tài)鏈接庫中函數(shù)的調(diào)用；由硬件觸發(fā)的中斷信號(hào)變成來自仿真軟件的消息；更重要的是，原來由CPU負(fù)責(zé)調(diào)度的中斷服務(wù)函數(shù)必須由新的模型來負(fù)責(zé)（因?yàn)椴辉儆杏布袛嘈盘?hào)），而由于DOS是一個(gè)單任務(wù)的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)模型需要解決以下的問題：系統(tǒng)如何在程序運(yùn)行的時(shí)刻檢測到通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)過來的“中斷信號(hào)”，如何中斷當(dāng)前的程序，去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)，如何具有中斷嵌套的功能。 基于以上要求，系統(tǒng)模型采用以下兩種： 1、基于DOS的多任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)模型 2、基于Windows多線程環(huán)境的系統(tǒng)模型 3．基于DOS環(huán)境的多任務(wù)調(diào)度模型 2.1實(shí)現(xiàn)原理 想要在DOS環(huán)境下實(shí)現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度，必須使每個(gè)任務(wù)具有自己的堆棧。首先，棧用來實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換，其次，它用來存貯任務(wù)的局部變量。 任務(wù)的切換是通過調(diào)用一個(gè)子程序來實(shí)現(xiàn)的，該子程序?qū)⒍褩Ｖ羔樣稍瓉碇赶蚶先蝿?wù)的堆棧置為指向新任務(wù)的堆棧。程序返回時(shí)，新的任務(wù)指令指針（IP）就從棧中彈出。新任務(wù)就開始自動(dòng)開始執(zhí)行。 這個(gè)負(fù)責(zé)調(diào)度的子程序是通過時(shí)鐘中斷來定期觸發(fā)的。當(dāng)產(chǎn)生時(shí)鐘中斷時(shí)，需要做兩件事情。首先，將標(biāo)志（Flags）寄存器的內(nèi)容壓入棧中，其次，緊跟在指令指針（IP）之后，將CS（代碼段）也壓入棧中。最后，將中斷服務(wù)子程序的段地址裝入CS寄存器中,將偏址裝入IP寄存器中.這樣可以使ISR開始運(yùn)行.中斷返回時(shí)，CS，IP和Flags寄存器的內(nèi)容自動(dòng)彈出。為了實(shí)現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度，新的時(shí)鐘中斷服務(wù)函數(shù)要完成兩項(xiàng)工作。首先，它將除了棧指針（SP）和棧段（SS）寄存器之外的所有寄存器的值都存到棧中。（SP和SS的值存在另外的位置）。其次，它改變SS和SP寄存器的值，使它們指向另一個(gè)任務(wù)的堆棧。因此，當(dāng)ISR返回時(shí)，新的任務(wù)的堆棧被彈出到各寄存器中，這使得機(jī)器的狀態(tài)是針對(duì)新的任務(wù)的。由于IP中也是彈出的寄存器的值，因此新任務(wù)就開始執(zhí)行。 在任務(wù)運(yùn)行前，它必須按一定方式使堆棧初始化，這樣使得當(dāng)?shù)谝粋�(gè)時(shí)間片到來時(shí)，從棧中彈出的值能夠使該任務(wù)從頭開始運(yùn)行。因此，任務(wù)的堆棧必須初始化并存放正確的寄存器值，同時(shí)指令指針也必須指向程序中的第一條指令。 2.2調(diào)度內(nèi)核實(shí)現(xiàn)所用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) interrupt 類型 當(dāng)說明一個(gè)函數(shù)為interrupt類型時(shí)，它告訴編譯器自動(dòng)保存所有寄存器（sp和ss除外）的值，并且IRET指令終止該函數(shù)。每當(dāng)進(jìn)入到interrupt函數(shù)時(shí)，執(zhí)行下列指令： push ax, push bx, push cx, push dx, push es, push ds push si, push di, push bp 發(fā)生中斷時(shí)，CPU自動(dòng)將Flags，cs和IP寄存器壓棧。我們將利用interrupt函數(shù)的棧的安排方式對(duì)要執(zhí)行的任務(wù)的堆棧進(jìn)行初始化。 Bp＜-top of stack DI SI DS ES DX CX BX AX IP CS PLAGS 任務(wù)中使用的寄存器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) typedef struct int_regs{ unsigned bp； unsigned di； unsigned si； unsigned ds； unsigned es； unsigned dx； unsigned cx； unsigned bx； unsigned ax； unsigned ip； unsigned cs； unsigned flags； }； 此結(jié)構(gòu)嚴(yán)格按照interrupt函數(shù)入口處堆棧的結(jié)構(gòu)定義，初始化時(shí)，將結(jié)構(gòu)中的代碼段（CS），指令指針（IP）設(shè)置成構(gòu)成此任務(wù)的函數(shù)的段地址和偏移地址。 用于任務(wù)管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) struct task_struct{ unsigned sp； unsigned ss； unsigned char *stck； unsigned LastTask； unsigned IntNum; unsigned Status； } 當(dāng)執(zhí)行任務(wù)切換時(shí)，sp和ss保存當(dāng)前棧指針和堆棧段地址，而任務(wù)調(diào)度程序?qū)?dāng)前棧指針（_SP）和棧地址（_SS）設(shè)置成下一個(gè)將要執(zhí)行的任務(wù)的棧指針和棧地址，當(dāng)調(diào)度程序結(jié)束運(yùn)行時(shí)，由于從棧中彈出的各個(gè)寄存器，包括代碼段和指令指針都是指向新任務(wù)的，因此，新任務(wù)將自動(dòng)運(yùn)行，從而達(dá)到任務(wù)切換的目的。 2.3應(yīng)用多任務(wù)調(diào)度功能實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷的仿真處理 由于被測試的用戶源程序是工作在仿真環(huán)境下，無法接收硬件產(chǎn)生的中斷信號(hào)從而自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。因此，改編后的程序應(yīng)該能夠定期檢查是否有從仿真軟件發(fā)過來的中斷信號(hào)，若有，則中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)執(zhí)行。 因?yàn)橛脩舻某绦虍?dāng)中顯式地設(shè)置中斷向量,在改寫用戶的程序時(shí),將每個(gè)中斷服務(wù)函數(shù)入口都置于一個(gè)向量數(shù)組當(dāng)中，此數(shù)組即為全局中斷向量表，將任務(wù)號(hào)與相應(yīng)的中斷號(hào)一一對(duì)應(yīng)。 當(dāng)時(shí)鐘中斷觸發(fā)任務(wù)調(diào)度程序時(shí)，調(diào)度程序首先檢測由仿真軟件發(fā)來的中斷信號(hào)，如果有，則調(diào)度程序在當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中保存堆棧段段地址寄存器（_SS）、棧指針寄存器（_SP）、當(dāng)前任務(wù)號(hào)，并將堆棧段段地址寄存器和棧指針寄存器設(shè)置成新的中斷服務(wù)程序所在的任務(wù)的相應(yīng)的值,使得當(dāng)調(diào)度程序返回時(shí),能夠從新的任務(wù)開始運(yùn)行。然后生成一個(gè)新的任務(wù),在此任務(wù)當(dāng)中調(diào)度對(duì)應(yīng)于此中斷號(hào)的中斷服務(wù)程序這樣就可以實(shí)現(xiàn)中斷功能。 3.基于Windows多線程環(huán)境的系統(tǒng)模型 3.1實(shí)現(xiàn)原理 考慮部分由C語言編寫的實(shí)時(shí)嵌入式程序經(jīng)過適當(dāng)?shù)男薷目梢杂蒝C編譯后，在Windows環(huán)境中運(yùn)行。因此可以利用Windows的多線程特性構(gòu)造系統(tǒng)模型：把用戶的主函數(shù)放在系統(tǒng)初始化時(shí)生成的一個(gè)主線程當(dāng)中運(yùn)行，同時(shí)，系統(tǒng)主函數(shù)監(jiān)測由Socket端口發(fā)來的數(shù)據(jù)，如果是一個(gè)中斷產(chǎn)生信號(hào)，系統(tǒng)主函數(shù)掛起當(dāng)前正在執(zhí)行的線程，新生成一個(gè)新的線程，并在新線程中執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)。 3.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 由于CSocket類不能夠由各個(gè)線程之間共享，而各個(gè)線程內(nèi)部又要通過Socket端口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，因此應(yīng)建立高效而又防止各線程之間沖突的機(jī)制,下面是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖: 當(dāng)線程需要通過Socket接口收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，首先檢測/設(shè)置相應(yīng)函數(shù)的信號(hào)量，若此資源不能使用，則線程被自動(dòng)掛起。系統(tǒng)的主調(diào)函數(shù)負(fù)責(zé)輪詢來自Socket接口的數(shù)據(jù)以及各個(gè)信號(hào)量資源，當(dāng)資源可用時(shí)，喚醒相應(yīng)的線程，完成其請(qǐng)求的操作。如果接收到中斷產(chǎn)生信號(hào)，則生成新的線程，并掛起當(dāng)前的線程，從而完成對(duì)中斷請(qǐng)求的響應(yīng)。 4.結(jié)束語 本文介紹了針對(duì)實(shí)時(shí)嵌入式軟件的測試工具的研究與完善工作，根據(jù)不同的軟件特點(diǎn)，構(gòu)造了兩種系統(tǒng)模型。通過實(shí)際的使用，都達(dá)到了比較滿意的結(jié)果。這兩種系統(tǒng)模型經(jīng)過適當(dāng)?shù)男薷�，可以�?yīng)用在其它語言編寫的軟件上，從而可以實(shí)現(xiàn)通用的模塊功能。 |
