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作者：Shawn Prestridge 職務(wù)：IAR資深現場(chǎng)應用工程師 / 美國FAE團隊負責人 近年來(lái)，國內電子公司和芯片設計企業(yè)大舉進(jìn)攻汽車(chē)、醫療和工業(yè)等高可靠應用（mission-critical）領(lǐng)域，為自己找到了擺脫紅海的新領(lǐng)域。但是高可靠應用多數都需要功能安全認證，在許多行業(yè)在諸如汽車(chē)、航空電子、醫療和工業(yè)控制等行業(yè)，是很常見(jiàn)甚至是必須的工作。這些認證通過(guò)必要的流程和測試來(lái)填寫(xiě)功能安全清單，一直以來(lái)都是一個(gè)非常困難的事情，但有一些方法可以加快您的認證。 雖然可以對研發(fā)過(guò)程進(jìn)行大量的微調以加快您的認證，但一切現代電子信息系統都從軟件即代碼質(zhì)量開(kāi)始。但如何能夠確保代碼質(zhì)量呢？幸運的是，使用一些簡(jiǎn)單的方法，可以幾乎立即提升您的代碼質(zhì)量，并盡可能地減少痛苦。 從標準中獲得幫助 作為一家產(chǎn)品被全球近五萬(wàn)家企業(yè)/機構采用的嵌入式開(kāi)發(fā)工具提供商，IAR的研發(fā)工程師評估在C99中，代碼規范中有大約190種模棱兩可之處。也就是在C99中，有190種不同的合乎句法的C結構，在C語(yǔ)言規范中沒(méi)有明確說(shuō)明。實(shí)際上，進(jìn)入C18，情況會(huì )變得有一點(diǎn)糟糕，在C++中，情況會(huì )更加糟糕，這里需要引入多繼承和虛擬繼承的概念。當然，編譯器必須把您的源代碼變成具體的代碼，所以它必須對代碼的含義選擇一種解釋?zhuān)缓笥盟鼇?lái)運行。 這在實(shí)踐中意味著(zhù)，您可以得到不同的編譯器，它們對源代碼有不同的解釋。在一個(gè)高可靠的系統中，這是一個(gè)如同噩夢(mèng)般的場(chǎng)景；特別是由于許多公司為了追求盡快通過(guò)功能安全認證，為了方便測試在多個(gè)平臺上交叉編譯他們的代碼�？梢韵胂�，這對您獲得認證的時(shí)間會(huì )有多么非常糟糕的影響，因為您不得不圍繞所有這些情況進(jìn)行測試，以證明代碼的可重復性和可靠性。 怎樣才能破解這個(gè)難題呢？簡(jiǎn)短的答案是，避免模棱兩可的情況出現在您的代碼中。但如何做到這一點(diǎn)呢？使用像MISRA這樣的編碼標準可以快速解決這個(gè)難題，因為這些標準就是為了讓您避免掉入代碼中那些常見(jiàn)類(lèi)型的陷阱。這些標準還倡導編碼要安全可靠，以減少您代碼中的漏洞數量。但是，怎樣才能確保我們遵循這些標準呢？幸運的是，功能安全標準提供了一種方法。 標準需要代碼分析 幾乎每一個(gè)功能安全標準都需要您對您的代碼進(jìn)行靜態(tài)分析，并且強烈建議您對您的代碼進(jìn)行運時(shí)（或動(dòng)態(tài)）分析。這些標準中影響最廣的是IEC 61508，涵蓋了一般與安全相關(guān)的系統。在該標準的C.4.2這一節中，對于安全完整性等級（SIL）1以上的產(chǎn)品，不建議使用沒(méi)有消除模棱兩可和危險行為的編碼標準的C語(yǔ)言。 換句話(huà)說(shuō)，如果您想為您的產(chǎn)品獲得SIL 2-4等級的認證，您必須使用靜態(tài)分析來(lái)讓您的代碼更加穩固。這是為什么呢？這些靜態(tài)分析工具可以迫使開(kāi)發(fā)者實(shí)施諸如MISRA的編碼標準。此外，靜態(tài)和運時(shí)分析可以幫助您提高代碼質(zhì)量，快速指出您何時(shí)的編碼行為是有風(fēng)險的，特別是存在上述編碼標準中模棱兩可的情況。 然而，當您使用這類(lèi)自動(dòng)化工具時(shí)，也會(huì )對您的認證時(shí)間線(xiàn)產(chǎn)生巨大影響。許多組織使用難以配置、難用的代碼分析工具，這些工具在構建服務(wù)器上運行，作為每日構建的一部分。這對您的幫助并不是很大，因為個(gè)體開(kāi)發(fā)者并沒(méi)有得到即時(shí)的反饋，他們并不知道自己剛剛寫(xiě)的代碼有什么問(wèn)題。此外，有時(shí)這些工具發(fā)出的警告信息是難以理解的，開(kāi)發(fā)者們要弄清楚是什么意思，以及怎樣修正代碼才能讓警告消失，這浪費了他們的時(shí)間。 換句話(huà)說(shuō)，安全性認證不是要突出項目的優(yōu)點(diǎn)（高性能），而是要盡量找出項目的弱點(diǎn)（漏洞），所以要盡可能地選用被最大量開(kāi)發(fā)人員群體驗證過(guò)的開(kāi)發(fā)工具，或者是“見(jiàn)多識廣”的開(kāi)發(fā)工具系統。全球有超過(guò)15萬(wàn)開(kāi)發(fā)人員在使用IAR提供的IAR Embedded Workbench開(kāi)發(fā)工具來(lái)完成其各種嵌入式項目，通過(guò)與其中許多“高手”開(kāi)發(fā)人員溝通發(fā)現：如果您能在開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行代碼分析--在正式構建之前--那么漏洞就像是從來(lái)沒(méi)有過(guò)一樣。您項目的漏洞會(huì )比較低，這正是認證機構想要的，因為這意味著(zhù)您有一個(gè)非常成熟的開(kāi)發(fā)組織。 讓代碼分析成為日常工作流程的一部分 IAR的工程師們見(jiàn)過(guò)許多來(lái)自各行各業(yè)的公司，我們注意到的是，配置起來(lái)越容易使用的代碼分析工具越簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)人員就更有可能使用它們，這樣能夠幫助開(kāi)發(fā)人員更快完成項目實(shí)現產(chǎn)品上市。讓這些自動(dòng)化工具成為開(kāi)發(fā)者工具箱的一部分，意味著(zhù)您可以在編寫(xiě)應用程序時(shí)檢查和改進(jìn)代碼質(zhì)量，同時(shí)可以在“區域”內了解這部分代碼要做什么以及它如何與系統中的其他模塊進(jìn)行交互。為了有效地做到這一點(diǎn)，這些工具必須被整合到日常工作流程中。 在瀏覽其他人對整合代碼分析的看法時(shí)，IAR的工程師發(fā)現谷歌在A(yíng)CM出版物上發(fā)表了一篇文章，探討了代碼分析的優(yōu)點(diǎn)。雖然文章對他們的整個(gè)代碼庫，包括C、C++和Java進(jìn)行了全面的考察，但他們的結果非常明確： “在開(kāi)發(fā)過(guò)程的早期就能發(fā)現編譯器錯誤，并且能夠整合到開(kāi)發(fā)人員的工作流程中。我們發(fā)現擴大編譯器的檢查集對提高 Google的代碼質(zhì)量是有效的�！� 作者說(shuō)，將靜態(tài)分析檢查整合到編譯器工作流程中，并使其作為錯誤出現，極大地提高了對工具調查結果的關(guān)注度，這意味著(zhù)他們的代碼質(zhì)量最后會(huì )很高。再往下看，他們談到了一項調查，這項調查面向最近遇到編譯器錯誤以及已經(jīng)收到修復同一問(wèn)題補丁的開(kāi)發(fā)者： “谷歌開(kāi)發(fā)者認為，在編譯時(shí)標記的問(wèn)題（與已提交的代碼補丁不同）能捕捉到更嚴重的漏洞；例如，編譯過(guò)程中標記的問(wèn)題里面有74%被調查參與者認為是‘真正的問(wèn)題’，相比之下，在已提交的代碼中發(fā)現的問(wèn)題只有21%�！� 文章還談到了將代碼分析作為工作流程一部分的重要性，指出當他們通過(guò)靜態(tài)分析工具自動(dòng)運行提交的代碼并邀請工程師查看分析儀表板時(shí)，很少有工程師跟進(jìn)到底。在編譯過(guò)程中的即時(shí)反饋讓靜態(tài)分析使用起來(lái)更簡(jiǎn)單，也更難被忽視。因此，他們選擇在每個(gè)人的工作流程中默認加入靜態(tài)分析。谷歌團隊認為，代碼分析工具要想取得成功，一定要讓開(kāi)發(fā)人員感覺(jué)到他們用了這些工具，并從中受益，并且很享受用這些工具。 但是，在工作流程中加入代碼分析，您期望看到什么樣的結果呢？有一件事情是可以期望實(shí)現的，那就是提高應用程序的整體安全性，因為高質(zhì)量代碼可以消除漏洞去利用諸如緩沖區溢出和非法指針等機會(huì )，如該文所述。雖然這本身就是使用代碼分析的一個(gè)很好的理由，但有時(shí)很難說(shuō)服人們相信“一針不補，十針難縫”這句格言，您需要更顯著(zhù)的結果來(lái)說(shuō)服開(kāi)發(fā)者和管理層，讓他們信服代碼分析的好處。 Stefan Wagner等人的一篇論文使用經(jīng)驗數據來(lái)計算代碼分析工具與傳統測試在不同代碼庫上的優(yōu)勢。他們的結果很有說(shuō)服力：在769個(gè)被識別到的漏洞中，76%是被代碼分析工具發(fā)現，只有4%是在傳統測試中發(fā)現，其余20%在代碼審查中發(fā)現。如果能在開(kāi)始測試前就消除75%的漏洞，那么能多快地實(shí)現軟件的平均故障間隔時(shí)間（MTTF）目標？答案是 “非�？臁�。僅僅是看測試節省下來(lái)的時(shí)間和金錢(qián)，即可發(fā)現對代碼分析工具的投資就是值得的，更不用說(shuō)縮短產(chǎn)品上市周期省下的時(shí)間。這些都是功能安全認證機構喜歡看到的流程類(lèi)型，因為它極大地降低了最終產(chǎn)品仍然含有漏洞的風(fēng)險。 高質(zhì)量的代碼讓您在通往功能安全的道路上快速前進(jìn) 加快功能安全認證之路的關(guān)鍵是提高代碼質(zhì)量。提高代碼質(zhì)量，可以降低您的產(chǎn)品漏洞率，這意味著(zhù)可以更快地達到軟件發(fā)布標準，讓您的開(kāi)發(fā)組織在功能安全認證機構看來(lái)非常成熟。雖然您永遠不可能確切地知道一個(gè)應用程序中還有多少漏洞，但盡早地多使用代碼分析工具可以減少漏洞的數量。 |
