如何查找PCB设计过程中的软件缺陷

本文将探讨其中三个潜在的问题领域:

* 堆栈溢出

* 竞争条件

* 死锁

读者可在网上阅读本文的第二部分,它将探讨下列问题:

* 时序问题

* 可重入条件

在采用多任务实时设计技术的系统中,以上所有问题都相当普遍。

堆栈溢出

处理器使用堆栈来存储临时变量、向被调函数传递参数、保存线程“状态”,等等。如果系统不使用虚拟内存(换句话说,它不能将内存页面转移到磁盘上以释放内存空间供其它用途),堆栈将固定为产品出厂时的大小。如果由于某种原因堆栈越出了编程人员所分配的数量范围,程序将变得不确定。这种不稳定可能导致系统发生严重故障。因此,确保系统在最坏情况下能够分配到足够的堆栈至关重要。

确保永不发生堆栈溢出的唯一途径就是分析代码,确定程序在各种可能情况下的最大堆栈用量,然后检查是否分配了足够的堆栈。测试不大可能触发特定的瞬时输入组合进而导致系统出现最坏情况。

堆栈深度分析的概念比较简单:

1. 为每个独立的线程建立一棵调用树。

2. 确定调用树中每个函数的堆栈用量。

3. 检查每棵调用树,确定从树根到外部“树叶”的哪条调用路径需要使用的堆栈最多。

4. 将每个独立线程调用树的最大堆栈用量相加。

5. 确定每个中断优先级内各中断服务程序(ISR)的最大堆栈用量并计算其总和。但是,如果ISR本身没有堆栈而使用被中断线程的堆栈,则应将ISR使用的最大堆栈数加到各线程堆栈之上。

6. 对于每个优先级,加上中断发生时用来保存处理器状态的堆栈数。

7.如果使用RTOS,则加上RTOS自身内部用途需要的最大堆栈数(与应用代码引发的系统调用不同,后者已包含在步骤2中)。

除此之外,还有两个重要事项需要考虑。首先,仅仅从高级语言源代码建立的调用树很可能并不完善。大部分编译器采用运行时库(run-time library)来优化常用计算任务,如大值整数的乘除、浮点运算等,这些调用只在编译器产生的汇编语言中才可见。运行时库函数本身可能使用大量的堆栈空间,在分析时必须将它们包括进去。如果使用的是C++语言,则以下所有类型的函数(方法)也都必须包含到调用树内:结构器、析构器、重载运算符、复制结构器和转换函数。所有的函数指针也都必须进行解析,并且将它们调用的函数包含进分析之中。

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