由于嵌入式系統(tǒng)行業(yè)的快速發(fā)展，嵌入式設(shè)備的代碼質(zhì)量成為首要關(guān)注的問(wèn)題之一?？紤]到嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的特殊性(調(diào)試?yán)щy、出錯(cuò)成本高等)，嵌入式開(kāi)發(fā)者需要使用專(zhuān)門(mén)的工具來(lái)增強(qiáng)自己的代碼質(zhì)量。
靜態(tài)代碼分析器就是這些工具之一，本文描述了靜態(tài)分析及其在嵌入式系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)。
靜態(tài)代碼分析
首先，讓我們弄清楚什么是靜態(tài)代碼分析器，它們可以執(zhí)行什么功能。
靜態(tài)代碼分析器是分析程序而不實(shí)際執(zhí)行它的軟件，靜態(tài)分析工具比編譯器對(duì)源代碼進(jìn)行更深入的檢查。通常，編譯器只會(huì)發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤。
靜態(tài)分析工具如何工作：
分析器的輸入數(shù)據(jù)是源代碼（最好是可編譯的）
分析器將源代碼轉(zhuǎn)換為一個(gè)特殊的模型以供進(jìn)一步分析（AST、語(yǔ)義模型等）；
分析器通過(guò)將一組診斷規(guī)則應(yīng)用于模型來(lái)搜索缺陷，診斷規(guī)則基于各種方法；
分析儀以你方便的格式保存所有發(fā)出的警告；
開(kāi)發(fā)人員只需研究報(bào)告并修復(fù)所有缺陷；
靜態(tài)分析儀可以執(zhí)行各種任務(wù)。讓我們介紹一下分析儀最常見(jiàn)的任務(wù)：
程序代碼中的錯(cuò)誤檢測(cè)。在這種情況下，靜態(tài)分析極大地補(bǔ)充了代碼審查。它可以讓嵌入式開(kāi)發(fā)人員在代碼審查之前發(fā)現(xiàn)并解決一些問(wèn)題；
廣義的代碼質(zhì)量增強(qiáng)。代碼質(zhì)量可以包括可讀性、可維護(hù)性、代碼復(fù)雜性、內(nèi)聚程度，以及可以直接或間接影響錯(cuò)誤數(shù)量的其他方面。因此，靜態(tài)分析器有助于遵循編碼標(biāo)準(zhǔn)（公司內(nèi)部接受和普遍接受）；
代碼分析是CI/CD中質(zhì)量關(guān)機(jī)制的一部分。分析器不僅警告代碼中的潛在錯(cuò)誤，而且還起到保護(hù)機(jī)制的作用。如果代碼質(zhì)量水平不符合規(guī)定要求，他們將停止連續(xù)交付。如果這些代碼分析器檢測(cè)到不符合標(biāo)準(zhǔn)的錯(cuò)誤或代碼片段，則會(huì)擴(kuò)展編譯器行為并阻止構(gòu)建；
收集項(xiàng)目度量、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集、反映項(xiàng)目“總體健康狀況”的圖表結(jié)構(gòu)。
實(shí)施的好處
靜態(tài)分析器已被證明對(duì)嵌入式軟件非常有用，讓我們來(lái)看看靜態(tài)分析最明顯的積極方面。
1.首先，靜態(tài)分析的使用減少了昂貴的可能性。
嵌入式系統(tǒng)軟件中的錯(cuò)誤非常麻煩。問(wèn)題在于，一旦開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)，這些錯(cuò)誤就不可能或幾乎不可能糾正。比方說(shuō)，一家公司已經(jīng)生產(chǎn)了數(shù)千臺(tái)洗衣機(jī)，并交付給商店。然而，事實(shí)證明，機(jī)器在某種模式下無(wú)法正常工作。公司應(yīng)該做什么？
所以，嵌入式設(shè)備的代碼應(yīng)該盡可能徹底地測(cè)試，尤其是在錯(cuò)誤可能導(dǎo)致人員傷亡或巨大經(jīng)濟(jì)損失的情況下。
靜態(tài)代碼分析是檢測(cè)錯(cuò)誤的過(guò)程，但它不保證能找到代碼中的所有錯(cuò)誤。然而，嵌入式開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該利用任何機(jī)會(huì)額外檢查代碼的正確性。靜態(tài)分析器可以指出各種錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤甚至在幾次代碼審查之后仍然存在。
如果靜態(tài)分析可以幫助減少設(shè)備代碼中的錯(cuò)誤數(shù)量，那就太棒了。也許這些特殊錯(cuò)誤的發(fā)現(xiàn)會(huì)阻止生命的損失?；蛘撸@些公司不會(huì)浪費(fèi)很多錢(qián)，也不會(huì)因?yàn)榭蛻?hù)投訴而失去好名聲。
2.靜態(tài)代碼分析器大大降低了軟件測(cè)試和調(diào)試過(guò)程的成本。
靜態(tài)分析允許你在編碼期間或者在夜間構(gòu)建期間就已經(jīng)找到bug。因此，搜索和修復(fù)大多數(shù)錯(cuò)誤的成本會(huì)低得多。
大概每個(gè)開(kāi)發(fā)者都有過(guò)不成功的“刷新”設(shè)備的嘗試。例如，在這個(gè)過(guò)程中，設(shè)備沒(méi)有設(shè)置合適的電壓或者完全燒毀。發(fā)生了什么，你從哪里尋找問(wèn)題？畢竟，問(wèn)題的根源不僅僅是軟件錯(cuò)誤。這也可能是硬件本身的錯(cuò)誤或低質(zhì)量的布局。因此，查找錯(cuò)誤的過(guò)程可能需要很長(zhǎng)時(shí)間。
3.靜態(tài)分析的使用保證了沒(méi)有太多經(jīng)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)人員。
程序錯(cuò)誤可以形象地分為兩種類(lèi)型。開(kāi)發(fā)者知道第一種類(lèi)型的錯(cuò)誤。由于疏忽，這些錯(cuò)誤意外地出現(xiàn)在代碼中。第二種錯(cuò)誤出現(xiàn)在嵌入式開(kāi)發(fā)人員不知道不可能用這種方式編寫(xiě)代碼的情況下。換句話(huà)說(shuō)，他們可以盡可能多地檢查這樣的代碼，但仍然不會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。
靜態(tài)分析器包含關(guān)于各種代碼模式的知識(shí)庫(kù)。在某些條件下，這些模式會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。因此，他們可以指出開(kāi)發(fā)人員自己不會(huì)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。一個(gè)例子是使用32位time_t類(lèi)型，這可能導(dǎo)致2038年后設(shè)備工作不正確。
另一個(gè)例子是程序的未定義行為，這是由于不正確使用移位運(yùn)算符<</>>而發(fā)生的。這些運(yùn)算符在微控制器的代碼中被廣泛使用。不幸的是，開(kāi)發(fā)人員經(jīng)常非常粗心地使用這些運(yùn)算符。這使得程序不可靠，并且依賴(lài)于編譯器的特定版本和設(shè)置。同時(shí)，程序可以運(yùn)行，但這不是因?yàn)榇a編寫(xiě)正確，而是因?yàn)殚_(kāi)發(fā)人員很幸運(yùn)。
使用靜態(tài)分析器，嵌入式開(kāi)發(fā)人員可以避免許多這種不愉快的情況。此外，你可以使用分析器來(lái)控制總體代碼質(zhì)量。當(dāng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在成長(zhǎng)或變化時(shí)，這一點(diǎn)很重要。換句話(huà)說(shuō)，分析器幫助跟蹤初學(xué)者是否開(kāi)始編寫(xiě)錯(cuò)誤代碼。
4.現(xiàn)代靜態(tài)分析器不僅發(fā)現(xiàn)代碼錯(cuò)誤和漏洞，而且支持嵌入式系統(tǒng)的編碼標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)提高了程序的安全性、可移植性和可靠性。
C和C++是嵌入式系統(tǒng)的流行編程語(yǔ)言。MISRA C、MISRA C++和AUTOSAR C++等標(biāo)準(zhǔn)是為這些語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有大量的規(guī)則和建議（MISRA C:143，MISRA C++：228，AUTOSAR C++：超過(guò)350）。在沒(méi)有靜態(tài)代碼分析器的情況下進(jìn)行編碼時(shí)，根本不可能遵守這么多規(guī)則和建議。這些規(guī)則是開(kāi)發(fā)人員需要避免的編碼模式，從而降低出錯(cuò)的可能性。目前，靜態(tài)分析的所有主要參與者（Coverity、Klockwork、PVS Studio等）都努力盡可能增加標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋范圍。
結(jié)論
在嵌入式開(kāi)發(fā)中，使用靜態(tài)分析器對(duì)于任何嵌入式項(xiàng)目都是非常有用的，是否需要靜態(tài)分析由你決定！
