|
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，我們在測試工程中使用法國的LOGISCOPE測試平臺對C語言開發(fā)的實時嵌入式軟件進行測試。 由于實時嵌入式軟件主要是對外部接口設(shè)備進行控制，而被送檢的軟件需要大量不同的硬件環(huán)境，在進行測試時，由于無法建立大量不同的接口設(shè)備的硬件仿真環(huán)境，每當執(zhí)行輸入輸出指令時，程序便無法繼續(xù)運行，因此，測試軟件無法完整地覆蓋整個程序的各個分支和語句。同時，被測試軟件常常需要多個模塊同時對某個外設(shè)進行共同測試，需要通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行集中測試。 為了完成對各種實時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，使得用戶程序運行時不再需要真正的接口硬件設(shè)備，而是與仿真軟件進行通訊，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行通信的函數(shù)，同時，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行通信，從而順利地進行軟件測試。 被測軟件的運行環(huán)境絕大多數(shù)是基于DOS的，在仿真環(huán)境下進行測試時，由于原來的硬件環(huán)境不再存在，因此要求對被測軟件進行相應(yīng)的修改，使其在一個新的系統(tǒng)模型當中運行：原來與硬件進行I/O的指令，變成對仿真軟件通訊動態(tài)鏈接庫中函數(shù)的調(diào)用；由硬件觸發(fā)的中斷信號變成來自仿真軟件的消息；更重要的是，原來由CPU負責(zé)調(diào)度的中斷服務(wù)函數(shù)必須由新的模型來負責(zé)（因為不再有硬件中斷信號），而由于DOS是一個單任務(wù)的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)模型需要解決以下的問題：系統(tǒng)如何在程序運行的時刻檢測到通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)過來的“中斷信號”，如何中斷當前的程序，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實現(xiàn)原理 想要在DOS環(huán)境下實現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度，必須使每個任務(wù)具有自己的堆棧。首先，棧用來實現(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)用一個子程序來實現(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，新的任務(wù)指令指針（IP）就從棧中彈出。新任務(wù)就開始自動開始執(zhí)行。 這個負責(zé)調(diào)度的子程序是通過時鐘中斷來定期觸發(fā)的。當產(chǎn)生時鐘中斷時，需要做兩件事情。首先，將標志（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開始運行.中斷返回時，CS，IP和Flags寄存器的內(nèi)容自動彈出。為了實現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度，新的時鐘中斷服務(wù)函數(shù)要完成兩項工作。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，使它們指向另一個任務(wù)的堆棧。因此，當ISR返回時，新的任務(wù)的堆棧被彈出到各寄存器中，這使得機器的狀態(tài)是針對新的任務(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)運行前，它必須按一定方式使堆棧初始化，這樣使得當?shù)谝粋�時間片到來時，從棧中彈出的值能夠使該任務(wù)從頭開始運行。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)核實現(xiàn)所用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) interrupt 類型 當說明一個函數(shù)為interrupt類型時，它告訴編譯器自動保存所有寄存器（sp和ss除外）的值，并且IRET指令終止該函數(shù)。每當進入到interrupt函數(shù)時，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，CPU自動將Flags，cs和IP寄存器壓棧。我們將利用interrupt函數(shù)的棧的安排方式對要執(zhí)行的任務(wù)的堆棧進行初始化。 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)嚴格按照interrupt函數(shù)入口處堆棧的結(jié)構(gòu)定義，初始化時，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； } 當執(zhí)行任務(wù)切換時，sp和ss保存當前棧指針和堆棧段地址，而任務(wù)調(diào)度程序?qū)斍皸Ｖ羔槪╛SP）和棧地址（_SS）設(shè)置成下一個將要執(zhí)行的任務(wù)的棧指針和棧地址，當調(diào)度程序結(jié)束運行時，由于從棧中彈出的各個寄存器，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)將自動運行，從而達到任務(wù)切換的目的。 2.3應(yīng)用多任務(wù)調(diào)度功能實現(xiàn)對中斷的仿真處理 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)生的中斷信號從而自動執(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，若有，則中斷當前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)執(zhí)行。 因為用戶的程序當中顯式地設(shè)置中斷向量,在改寫用戶的程序時,將每個中斷服務(wù)函數(shù)入口都置于一個向量數(shù)組當中，此數(shù)組即為全局中斷向量表，將任務(wù)號與相應(yīng)的中斷號一一對應(yīng)。 當時鐘中斷觸發(fā)任務(wù)調(diào)度程序時，調(diào)度程序首先檢測由仿真軟件發(fā)來的中斷信號，如果有，則調(diào)度程序在當前運行的任務(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）、當前任務(wù)號，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,使得當調(diào)度程序返回時,能夠從新的任務(wù)開始運行。然后生成一個新的任務(wù),在此任務(wù)當中調(diào)度對應(yīng)于此中斷號的中斷服務(wù)程序這樣就可以實現(xiàn)中斷功能。 3.基于Windows多線程環(huán)境的系統(tǒng)模型 3.1實現(xiàn)原理 考慮部分由C語言編寫的實時嵌入式程序經(jīng)過適當?shù)男薷目梢杂蒝C編譯后，在Windows環(huán)境中運行。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)初始化時生成的一個主線程當中運行，同時，系統(tǒng)主函數(shù)監(jiān)測由Socket端口發(fā)來的數(shù)據(jù)，如果是一個中斷產(chǎn)生信號，系統(tǒng)主函數(shù)掛起當前正在執(zhí)行的線程，新生成一個新的線程，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類不能夠由各個線程之間共享，而各個線程內(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制,下面是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖: 當線程需要通過Socket接口收發(fā)數(shù)據(jù)時，首先檢測/設(shè)置相應(yīng)函數(shù)的信號量，若此資源不能使用，則線程被自動掛起。系統(tǒng)的主調(diào)函數(shù)負責(zé)輪詢來自Socket接口的數(shù)據(jù)以及各個信號量資源，當資源可用時，喚醒相應(yīng)的線程，完成其請求的操作。如果接收到中斷產(chǎn)生信號，則生成新的線程，并掛起當前的線程，從而完成對中斷請求的響應(yīng)。 4.結(jié)束語 本文介紹了針對實時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，構(gòu)造了兩種系統(tǒng)模型。通過實際的使用，都達到了比較滿意的結(jié)果。這兩種系統(tǒng)模型經(jīng)過適當?shù)男薷模梢詰?yīng)用在其它語言編寫的軟件上，從而可以實現(xiàn)通用的模塊功能。 |
