设计安全可靠的嵌入式系统最佳实践

时间限制使开发人员面临压力，要求他们在严格且在许多情况下不适当的时间表内完成项目要求。此外，对嵌入式软件的可靠性、准确性和性能的期望高于对实时计算的期望。我们还需要考虑运行嵌入式软件的实际目标硬件的限制。软件合规性和认证要求通常由行业实施，以解决安全问题。

流程标准提供流程、验证方法和最佳实践，以确保软件具有足够的信心，确保软件的安全性和质量。其中包括：

DO-178B/C（航空电子设备）

ISO 26262 （汽车）

IEC 62304（医疗）

IEC 61508（工业）

EN 50128（导轨）

以及更多

软件验证和确认是遵守流程标准的关键组成部分。这是一个涉及不同软件测试技术的过程，这些技术可能严格、昂贵且耗时。

采用一种或两种软件测试技术不会削减它。在开发生命周期中使用各种自动化方法将节省您的时间和金钱。它还将有助于建立无价的可靠性声誉。

嵌入式软件开发的自动化测试方法

自动化对于测试嵌入式软件至关重要，因为手动方法容易出错且耗时。让我们讨论一下对您的团队有帮助的重要自动化测试方法。

静态代码分析

首先，我强烈建议始终使用静态代码分析作为第一种测试方法。执行静态分析的一个奇妙优势是，您可以在项目的任何阶段引入和使用它。即使项目不完整且部分编码，静态代码分析也是有效的，因为不需要执行代码。

引入静态分析的最大挑战是大量代码会产生大量警告。将静态分析集成到项目中时，建议关注以下几点：

尽快让团队富有成效。

最大限度地减少团队被所有静态分析警告淹没的机会。

这并不是要贬低这些警告的重要性。但是，大多数开发人员无法修复现有或遗留代码。至少不是立即。

因为有各种编码合规性标准（MISRA C：2012、AUTOSAR C++14、SEI CERT、CWE 等）从目标开始。如果安全性是关键目标，则启用所有与安全相关的规则、禁用不太重要的规则并启用内置安全编码标准之一（如 CERT C/C++）是有意义的。

Dynamic Analysis Methods or Runtime Error Detection

如前所述，一种测试方法是不够的。仅通过静态分析无法识别所有错误或缺陷。动态分析方法或运行时错误检测也是要采用的测试实践。

此测试应与要求相关联。它检查正在运行的代码，暴露架构和行为缺陷、其他弱点和/或安全漏洞，包括内存泄漏等。

团队可以在软件抽象的各个级别应用这种类型的测试。从测试每个单独的单元或功能开始，然后集成其他软件部件。最终软件测试整个系统或黑匣子。这通常表现在众所周知的 V 模型软件生命周期中。

结构代码覆盖范围

在动态分析方法中，可以应用其他技术的叠加，例如结构代码覆盖率。

简而言之，结构覆盖是已执行和记录的代码的标识，目的是确定系统是否已经过充分测试。如果可以确定通过测试用例执行已执行的代码，则未覆盖或未执行的代码将暴露对其他测试的需求。

如果您的合规性要求是获得 100% 的代码覆盖率，则至少需要通过单元测试和手动测试来执行覆盖率。虽然我们可以继续揭示其他测试方法，如回归、性能、压力、API、UI、验收等，但让我们深入了解嵌入式系统测试的现代部署。

持续集成和持续交付

在过去几年中，持续集成和持续交付 （CI/CD） 越来越受欢迎的主题。CI/CD 是夜间集成（将较小的构建单元组合到应用、库或组件）的软件开发实践，目的是构建可测试的软件，以便持续交付和早期检测构建/集成问题和错误。

嵌入式软件开发中的 CI/CD 通常受到应用程序开发所不然的约束。除了目标硬件平台的物理和计算约束外，还存在合规性约束。嵌入式软件市场对生命周期极长的安全性和安全性有独特的要求。产品可以在市场上保留数十年。

如今，一些组织将静态分析纳入其 CI/CD 现代开发工作流。适应通常围绕基于 Git 的开发环境进行，采用动态的分支和合并方法，开发人员可以指定父/引用分支以与其当前开发分支进行比较，并自动比较和计算增量以进行分析。

因此，无需对整个项目运行分析（这可能需要相当长的时间甚至数小时），而是可以在最少的文件集上运行。这减少了评估会话和焦点的持续时间。然后，可以解决和纠正编码冲突，以实现干净、安全和可靠的构建。

容器化开发环境

另一种类型的现代化来自容器化开发环境。开发工具的容器化部署正在成为嵌入式开发团队的面包和黄油。

尽管容器最初是为了解决微服务和基于 Web 的应用程序的部署问题而开发的，但它们最近在嵌入式团队中越来越受欢迎。特别是对于使用容器来管理复杂工具链的大型团队。

在管理复杂的开发环境时，尤其是在安全关键领域，团队通常会面临以下挑战，这些挑战很容易通过容器解决：

将整个团队的升级同步到最新版本的工具，如编译器、构建工具链等。

动态响应库或软件开发工具包 （SDK） 等的新安全补丁。

确保所有团队成员的工具链和自动化基础架构 （CI/CD） 的一致性。

能够对开发环境进行版本控制并将其还原，以便为经过特定工具链认证的旧版本产品提供服务。

入职和设置新开发人员。

在下面的示例中，您有 Parasoft C/C++test访问容器化编译器 （GNU GCC） 和运行时环境。有两个独立的 Docker 容器，一个用于编译器和构建工具，另一个用于执行环境（例如，嵌入式 Linux 的剥离版本）。

在此示例中，Parasoft C/C++test 标准可用作基于命令行的工具，适用于容器内部署。它可以与编译器和构建系统一起打包到一个容器映像中，用于 CI/CD，并部署到开发人员的桌面以进行本地命令行扫描。下图显示了此设置的高级概述。

以下示例可以通过自动化完成，或者每个团队成员都可以拉取一致的开发环境，其中容器化提供以下内容：

开发环境版本控制

集中管理和部署

对安全漏洞的即时反应

降低入职成本

了解行业领导者如何提供安全可靠的软件

如果您想简化团队工作流程、降低成本并缩短上市时间，那么了解嵌入式安全和安保关键系统开发中的挑战、解决方案和现代方法对您来说非常重要。

审核编辑：郭婷