Neil Johnson – 首席顧問(wèn) – XtremeEDA
Soheil Salehian – 助理研究員 – 卡爾加里大學(xué)

模擬（Mocking）是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)中用于單元測(cè)試和測(cè)試驅(qū)動(dòng)的一種技術(shù)。模擬的好處在于通過(guò)刪除不相關(guān)的從屬代碼，它允許開(kāi)發(fā)者很容易地隔離和單元測(cè)試其中一部分代碼。在嵌入式系統(tǒng)中，這些從屬代碼可能被當(dāng)作由設(shè)備驅(qū)動(dòng)和硬件運(yùn)行的功能集合而存在。在這篇博客中，我們將討論關(guān)于模擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)和硬件以及使用GoogleTest和GoogleMock來(lái)測(cè)試應(yīng)用程序代碼。

在我們的例子中，目標(biāo)硬件是Zynq-7000 SoC的ZedBoard。之所以挑選Zedboard是因?yàn)樗写罅繐碥O和很多簡(jiǎn)便可用的參考設(shè)計(jì)。不過(guò)其不足是，一板難求！--由于需求量大，這塊開(kāi)發(fā)板的運(yùn)送時(shí)間超過(guò)2個(gè)月。不過(guò)目標(biāo)硬件送達(dá)延遲對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是個(gè)普遍問(wèn)題。沒(méi)有目標(biāo)硬件，嵌入式開(kāi)發(fā)者通常只有兩種選擇：

a) 等待，或…
b) 在沒(méi)有硬件的情況下開(kāi)發(fā)并測(cè)試高質(zhì)量應(yīng)用

我們的選擇是不等待 :-)

我們的應(yīng)用是一個(gè)視頻演示平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)上，Zynq SoC中ARM Cortex-A9 MPCore CPU上運(yùn)行的軟件創(chuàng)建一系列視頻幀，將它們通過(guò)由Xilinx IP核組建的硬件流水線傳輸?shù)紿DMI視頻輸出。我們的目的就是通過(guò)模擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)寫(xiě)入和測(cè)試整個(gè)應(yīng)用程序。然后，當(dāng)收到ZedBoard后，我們就可以用真正的設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)重新部署我們的應(yīng)用了。

模擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能
我們選擇一個(gè)對(duì)我們單元測(cè)試很好的粒度（granularity）水平，因此我們能夠從一系列很小的步驟開(kāi)始建立和測(cè)試我們的應(yīng)用程序， 每一步測(cè)試完畢后再進(jìn)行下一步。例如，軟件功能是用xiic_l.中的Xiic_DynInit()函數(shù)對(duì)目標(biāo)硬件I2C 控制器基地址進(jìn)行適當(dāng)?shù)某跏蓟?br />

為了模擬像Xiic_DynInit()這樣的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，我們的應(yīng)用包含賽靈思設(shè)備驅(qū)動(dòng)頭文件xiic_l.h，正如你通常做的一樣。然后我們新建我們自己的該函數(shù)實(shí)現(xiàn)的存根來(lái)代替從libxil.a中鏈接真正的設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼。這存根始于空的實(shí)現(xiàn)體，由此我們可以流水清除Makefile然后build，確保編譯器和鏈接器都沒(méi)問(wèn)題（大多數(shù)有經(jīng)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)者也許不會(huì)有這個(gè)習(xí)慣，但是這是個(gè)開(kāi)始階段，我們覺(jué)得有幫助）。

下一步是在存根下插入真正的功能，我可以使用這些功能來(lái)模擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)的功能。這就是要用到GoogleMock。GoogleMock 是一個(gè)C++框架，我們用它來(lái)模擬C函數(shù)（實(shí)際上GoogleMock只是個(gè)C++框架，對(duì)C++不熟悉的開(kāi)發(fā)者不必為此擔(dān)心。所有的事都會(huì)由單內(nèi)襯（one-liner）的宏和函數(shù)完成，所以你會(huì)感到在沒(méi)C++知識(shí)下創(chuàng)建和使用模擬也很容易）。

我們選擇模擬GoogleMock中的一些設(shè)備驅(qū)動(dòng),叫做xdriverMock。在xdriverMock中，有我們感興趣的每個(gè)函數(shù)的聲明。例如 Xiic_DynInit(),我們使用MOCK_METHOD1，用來(lái)定義一個(gè)輸入變量的函數(shù)。（類(lèi)似的，也有MOCK_METHOD2，MOCK_METHOD3之類(lèi)的來(lái)聲明有任意個(gè)輸入變量的函數(shù)。）MOCK_METHOD宏定義了很多一般特性使得編寫(xiě)單元測(cè)試和測(cè)試相互作用變得非常容易。更多好處還在后面。

作為我們 xdriverMock的一部分，我們也有叫做getXdriverMock()和destroyXdriverMock()的全局函數(shù)分別來(lái)實(shí)例化和析構(gòu)這個(gè)mock對(duì)象。如果你熟悉C++，getXdriverMock()和destroyXdriverMock()函數(shù)很像是構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)；它們構(gòu)造一個(gè)xdriverMock的實(shí)例用于測(cè)試，然后析構(gòu)作為碎片收集。在具體實(shí)現(xiàn)的文件里這些方法看上去如下：

有了這個(gè)，我們就成功地用GoogleMock代替了真正設(shè)備驅(qū)動(dòng)的功能。對(duì)單元測(cè)試來(lái)說(shuō)，我們現(xiàn)在有了對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能完整的控制，也擺脫了對(duì)硬件的依賴。記住我們的首要任務(wù)是驗(yàn)證分配給 I2C控制器的基地址，現(xiàn)在我們可以開(kāi)始編寫(xiě)驗(yàn)證應(yīng)用程序正常工作的單元測(cè)試了。

測(cè)試你的第一個(gè)功能
為了用我們新的設(shè)備驅(qū)動(dòng)模擬器開(kāi)始編寫(xiě)測(cè)試，我們首先需要建立GoogleTest線束，這相對(duì)簡(jiǎn)單，涉及新建測(cè)試單元實(shí)例，叫做licCtrl的類(lèi)和xdriverMock的一個(gè)副本。如果你的測(cè)試單元是純粹的C函數(shù)而不是像我們這樣的C++類(lèi)，當(dāng)然你就只要直接調(diào)用C函數(shù)，不必管該類(lèi)實(shí)例了。