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关于单片机抓取覆盖率的一次尝试

news 2026/7/18 17:21:34

前言

数年前有一个项目，当时使用了gcov抓取了用户态代码的覆盖率。我认为是一个很好的工具和方法。
如果有代码不能运行到，要么就是测试用例不充分，要么就是代码是冗余无效的代码。

做了几年嵌入式了，用户态可以借助linux系统的机制去抓，对于单片机这种没有linux环境的项目如何抓取覆盖率呢。这个疑问在我脑中一直滞留。

这不，最近职场Loser跑路避难结束，在日本成功就职，工作是写点STM32。最近也不加班了，工资降了不少，但WLB基本实现了。所以，这个念头…可以实现以下。我也就来尝试一下，单片机能不能抓取覆盖率数据。

其实是可以的，github上有一个嵌入式gcov的项目，我看到之后就在想，理论上可以为什么不去试一下呢，于是我就自己动手，在qemu的环境下，尝试了一下。

环境

Linux虚拟机一台。
qemu
其他，什么交叉gcc，python，make，你能点进来看，我想应该都知道吧。
（我对IDE环境不太熟，就在linux下手搓了，理论上IDE环境也可以）

代码

#include<stdint.h>externuint32_t_estack;externuint32_t_sidata;externuint32_t_sdata;externuint32_t_edata;externuint32_t_sbss;externuint32_t_ebss;intmain(void);voidReset_Handler(void);voidDefault_Handler(void);voidNMI_Handler(void)__attribute__((weak,alias("Default_Handler")));voidHardFault_Handler(void)__attribute__((weak,alias("Default_Handler")));voidMemManage_Handler(void)__attribute__((weak,alias("Default_Handler")));voidBusFault_Handler(void)__attribute__((weak,alias("Default_Handler")));voidUsageFault_Handler(void)__attribute__((weak,alias("Default_Handler")));voidSVC_Handler(void)__attribute__((weak,alias("Default_Handler")));voidDebugMon_Handler(void)__attribute__((weak,alias("Default_Handler")));voidPendSV_Handler(void)__attribute__((weak,alias("Default_Handler")));voidSysTick_Handler(void)__attribute__((weak,alias("Default_Handler")));voidTIM2_IRQHandler(void)__attribute__((weak,alias("Default_Handler")));__attribute__((section(".isr_vector")))constvoid*vector_table[]={&_estack,Reset_Handler,NMI_Handler,HardFault_Handler,MemManage_Handler,BusFault_Handler,UsageFault_Handler,0,0,0,0,SVC_Handler,DebugMon_Handler,0,PendSV_Handler,SysTick_Handler,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,TIM2_IRQHandler,};voidReset_Handler(void){uint32_t*src=&_sidata;uint32_t*dst=&_sdata;while(dst<&_edata){*dst++=*src++;}for(dst=&_sbss;dst<&_ebss;++dst){*dst=0;}(void)main();while(1){}}voidDefault_Handler(void){while(1){}}

#include"stm32f100.h"#include<stdint.h>#include"gcov-io-uart.h"#defineSYSTEM_CORE_CLOCK_HZ8000000UL#ifndefTIMER_IRQ_PERIOD_MS#defineTIMER_IRQ_PERIOD_MS100U#endifstaticvolatileuint32_tg_elapsed_ms;staticvolatileuint32_tg_timer_irq_count;staticvoidirq_enable(void){__asmvolatile("cpsie i");}staticvoiddelay_ms(uint32_tms){constuint32_tstart=g_elapsed_ms;while((uint32_t)(g_elapsed_ms-start)<ms){}}staticvoiduart_putc(usart_t*uart,charch){if(ch==10){uart_putc(uart,13);}while((uart->SR&USART_SR_TXE)==0U){}uart->DR=(uint32_t)ch;}staticvoiduart_puts(usart_t*uart,constchar*text){while(*text!=0){uart_putc(uart,*text++);}}staticvoiduart_put_u32(usart_t*uart,uint32_tvalue){charbuf[10];uint32_tindex=0;if(value==0U){uart_putc(uart,48);return;}while(value>0U&&index<sizeof(buf)){buf[index++]=(char)(48U+(value%10U));value/=10U;}while(index>0U){uart_putc(uart,buf[--index]);}}staticvoiduart1_init(void){RCC->APB2ENR|=RCC_APB2ENR_AFIOEN|RCC_APB2ENR_IOPAEN|RCC_APB2ENR_USART1EN;GPIOA->CRH&=~(0xFUL<<4);GPIOA->CRH|=(0xBUL<<4);/* PA9 USART1_TX. */USART1->CR1=0;USART1->BRR=0x0045;/* 8 MHz / 115200 baud. */USART1->CR1=USART_CR1_TE|USART_CR1_UE;}staticvoiduart2_init(void){RCC->APB2ENR|=RCC_APB2ENR_AFIOEN|RCC_APB2ENR_IOPAEN;RCC->APB1ENR|=RCC_APB1ENR_USART2EN;GPIOA->CRL&=~((0xFUL<<8)|(0xFUL<<12));GPIOA->CRL|=(0xBUL<<8)|(0x4UL<<12);/* PA2 TX, PA3 RX floating input. */USART2->CR1=0;USART2->BRR=0x0045;/* 8 MHz / 115200 baud. */USART2->CR1=USART_CR1_RE|USART_CR1_TE|USART_CR1_UE;}staticvoidtimer_irq_init(void){constuint32_treload=((SYSTEM_CORE_CLOCK_HZ/1000UL)*TIMER_IRQ_PERIOD_MS)-1UL;SYSTICK->CTRL=0;SYSTICK->LOAD=reload;SYSTICK->VAL=0;SYSTICK->CTRL=SYSTICK_CTRL_CLKSOURCE|SYSTICK_CTRL_TICKINT|SYSTICK_CTRL_ENABLE;}voidSysTick_Handler(void){g_elapsed_ms+=TIMER_IRQ_PERIOD_MS;++g_timer_irq_count;}intmain(void){uint32_tseconds=0;uart1_init();uart2_init();timer_irq_init();irq_enable();uart_puts(USART1,"stm32vldiscovery qemu demo\n");while(seconds<10){delay_ms(2000U);++seconds;uart_put_u32(USART1,seconds);uart_puts(USART1,"\n");if(0){uart_puts(USART1,"TEST--->\n");}}uart_puts(USART1,"TEST--->\n");gcov_data_dump_to_uart();}

以上这些都是AI生成的哈，大致就是这么一个思路。我们直接说重要的改动。

1.链接脚本

需要新增一个区域，这个区域要用来放gcov的数据

.gcov_info:{.=ALIGN(4);__gcov_info_start=.;KEEP(*(.gcov_info))KEEP(*(.gcov_info.*))__gcov_info_end=.;.=ALIGN(4);}>FLASH

2.编译参数

编译和链接要新增参数，不然编译不会自动为代码插装

COVERAGE_CFLAGS :=-fprofile-arcs -ftest-coverage -fprofile-info-section COVERAGE_LDFLAGS :=--coverage

3.新增数据导出

我是直接把数据从串口打印出来的，因此需要专门写一个dump函数，借助gcov本身的函数去封装自己的dump机制

#include<stddef.h>#include<stdint.h>#include"stm32f100.h"#include"gcov-io-uart.h"externconststructgcov_info*const__gcov_info_start[];externconststructgcov_info*const__gcov_info_end[];staticvoiduart2_putc(charch){while((USART2->SR&USART_SR_TXE)==0U){}USART2->DR=(uint32_t)ch;}void__gcov_filename_to_gcfn(constchar*filename,void(*dump_fn)(constvoid*data,unsignedlength,void*arg),void*arg);void__gcov_info_to_gcda(conststructgcov_info*info,void(*filename_fn)(constchar*filename,void*arg),void(*dump_fn)(constvoid*data,unsignedlength,void*arg),void*(*allocate_fn)(unsignedlength,void*arg),void*arg);staticvoiddump_hex_byte(uint8_tvalue){staticconstcharhex[]="0123456789abcdef";uart2_putc(hex[(value>>4)&0x0FU]);uart2_putc(hex[value&0x0FU]);}staticvoidcoverage_dump_bytes(constvoid*data,unsignedlength,void*arg){constuint8_t*bytes=(constuint8_t*)data;unsigned*column=(unsigned*)arg;for(unsignedi=0;i<length;++i){dump_hex_byte(bytes[i]);*column+=2U;if(*column>=64U){uart2_putc('\n');*column=0;}}}staticvoidcoverage_dump_filename(constchar*filename,void*arg){__gcov_filename_to_gcfn(filename,coverage_dump_bytes,arg);}staticvoid*coverage_allocate(unsignedlength,void*arg){staticuint8_tbuffer[512];(void)arg;if(length>sizeof(buffer)){returnNULL;}returnbuffer;}voidgcov_data_dump_to_uart(void){unsignedcolumn=0;for(conststructgcov_info*const*info=__gcov_info_start;info!=__gcov_info_end;++info){__gcov_info_to_gcda(*info,coverage_dump_filename,coverage_dump_bytes,coverage_allocate,&column);}}

此外还有点编译问题，会提示链接找不到，因为gcov默认是需要文件系统的，因此需要提供一些文件系统的假接口。不会链接会报错。

#include<stddef.h>#include<stdint.h>externuint32_t_end;externuint32_t_estack;void_exit(intstatus){(void)status;while(1){}}int_close(intfile){(void)file;return-1;}int_fstat(intfile,void*st){(void)file;(void)st;return0;}int_getpid(void){return1;}int_isatty(intfile){(void)file;return1;}int_kill(intpid,intsig){(void)pid;(void)sig;return-1;}int_lseek(intfile,intptr,intdir){(void)file;(void)ptr;(void)dir;return0;}int_read(intfile,char*ptr,intlen){(void)file;(void)ptr;(void)len;return0;}int_write(intfile,constchar*ptr,intlen){(void)file;(void)ptr;returnlen;}void*_sbrk(ptrdiff_tincr){staticuint8_t*heap_end;uint8_t*prev_heap_end;if(heap_end==NULL){heap_end=(uint8_t*)&_end;}prev_heap_end=heap_end;if((heap_end+incr)>=(uint8_t*)&_estack){return(void*)-1;}heap_end+=incr;returnprev_heap_end;}void_init(void){}void_fini(void){}

3.其他脚本

qemu运行脚本

#!/usr/bin/env shset-eu ELF="${1:-build/gcov_all/firmware.elf}"exec qemu-system-arm \-M stm32vldiscovery \-cpu cortex-m3 \-kernel"$ELF"\-nographic \-serial mon:stdio \-serial pty

python获取串口数据脚本

#!/usr/bin/env python3importosimportsysimporttimeimportbinascii device_name="/dev/pts/5"deadline=time.time()+10fd=os.open(device_name,os.O_RDONLY|os.O_NOCTTY|os.O_NONBLOCK)hex_buffer=b""defwait_for_start():globalfdglobaldeadlineglobalhex_buffertry:data=os.read(fd,1024)exceptBlockingIOError:returndeadline=time.time()+5iflen(data):data=data.replace(b"\n",b"")data=data.replace(b"\r",b"")data=data.replace(b" ",b"")hex_buffer+=dataif__name__=="__main__":whiletime.time()<deadline:wait_for_start()print("over")os.close(fd)print(hex_buffer,len(hex_buffer))data_write=binascii.unhexlify(hex_buffer)withopen("stream.bin","ab")asf:f.write(data_write)

运行结果如下,目录下的bin就是全部的覆盖率数据。

4.后续操作

# 提交覆盖率数据arm-none-eabi-gcov-toolmerge-streamstream.bin# 获取覆盖率lcov--capture--directory ${dir}--output-file coverage.info--gcov-tool arm-none-eabi-gcov# 生成htmlgenhtml coverage.info--output-directory html

5.结果

以上 OVER

总结

所以理论上单片机也可以测试覆盖率的。唯一的问题在于内存是否足够。
全局插装编译，代码体积会暴增。我这有一块stm32的f303，目前代码编译完70多K，我全局插装，编完提示内存缺30K，当然我这个项目库比较多，如果我只插装业务，还是够的，但可执行文件好像也变成了120多K，所以总的来说，内存是限制，其他的，都还好。

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http://www.cnnetsun.cn/news/3493309.html