如何为嵌入式代码编写单元测试？

Question

我正在使用C++为基于Cortex-M4的微控制器编写软件。我有很多高度依赖机器的代码（驱动程序等）。而且，我有更高级别的代码，通过直接使用驱动程序与低级别代码密切相关。例如：低级部分是例如UART驱动程序，它非常硬件特定，而高级部分是基于UART的通信协议。（此软件在“裸机”上运行，即底层没有操作系统。）

目前，这些代码紧密耦合，因此无法进行单元测试。
我想让它可测试。

因此，我想创建低级部分的抽象，并使高级部分仅依赖于该抽象。然后，我可以创建抽象的模拟，用于单元测试，并创建一个真实的实现，可在微控制器上运行。

• 这是正确的方法吗？
• 我该如何创建这样的抽象层？
  我找到的大部分资料 强烈反对 在嵌入式系统中使用继承和虚函数。还有其他什么方法吗？

所以，总之，我想创建一个硬件抽象层（HAL），但我想知道怎么做？我应该在C++中使用虚继承，还是有其他更好的方法？

- Venemo

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你所建议的抽象化将是一个硬件抽象层，这并不罕见，事实上非常合适。你可以在每个 HAL 上定义接口并实现它们。对于 Mocks，你只需实现该接口并提供所需的行为即可。 - Samer Tufail

如果您不想使用虚拟化，仍然可以有两个实现。由于您从未同时需要两者，请指示您的工具链构建和链接正确的实现。 - user4581301

通常的争论，除了性能影响之外，是通过使用函数指针，调用图不再是静态的。因此，在安全关键系统中，最大堆栈使用和分支覆盖等事项的静态工具辅助证明变得困难。- @Samer Tufail - doynax

@doynax：这是一个安全关键系统吗？如果是，那么您将面临一整套问题，其中动态内存是最重要的。 - Samer Tufail

@Samer Tufail：当然。不过我对楼主的应用程序一无所知。 - doynax

Answer 1

对于C++，我建议使用接口。比如我们有一个名为HAL.hpp的文件，在其中定义了我们想要实现的纯虚函数：

class HAL
{
    virtual void func1() = 0;
    virtual void func2() = 0;
};

然后你可以让你的 Mock.cpp 实现这个功能，同时你也可以让一个 Real.cpp 实现同样的功能：

Mock.cpp:
class Mock : HAL
{
        virtual void func1(){ }
        virtual void func2(){ }
}

现在另外一种方式是在HAL.h中定义您的函数，但不提供实现如下：

void func1();
void func2();

你需要创建一个名为HAL.cpp的文件，并在其中添加你希望在目标设备上看到的功能。将所有内容作为名为HAL的库创建，然后将该库链接到主项目中。

现在是关于模拟和测试的部分。为你的测试创建一个单独的项目。添加你想要测试的源文件，但不要链接HAL库。相反，创建另一个源文件Mock.cpp，包含HAL.h并为其提供实现。这样，调用的是Mock的实现，而不是来自HAL库的功能。

- Samer Tufail

Answer 2

将微控制器HAL与模拟HAL分别放在不同的文件中。对于微控制器，将微控制器HAL源文件包含在项目中。对于单元测试系统，请将模拟HAL源文件包含在项目中。

您还可以使用编译器宏定义在目标上进行测试，以切换模拟HAL的部分内容，并切换微控制器HAL的部分内容。

您甚至可以使用调试器在接口点处强制值以触发所有路径；使用代码覆盖工具进行此操作将让您知道是否已经执行了所有路径（如果需要MC/DC）。这有时是模拟硬件故障或异常情况的唯一方法。

- Doug Currie