盘点那些常见的嵌入式开发平台(9):仿真与测试工具

盘点那些常见的嵌入式开发平台(9):仿真与测试工具

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_37800531/article/details/145890817

在嵌入式开发过程中，仿真与测试工具对于确保系统的正确性、稳定性和性能起着至关重要的作用。它们能够帮助开发者在硬件尚未就绪或系统运行时，提前发现并解决潜在问题，从而缩短开发周期、降低成本。本文将详细介绍常见的嵌入式开发仿真与测试工具，并给出选型建议。

一、仿真工具

1.1. 通用及特定领域仿真工具

①ETest系列工具

• 特点：通用嵌入式系统测试平台，支持硬件在环（HIL）测试、多协议接口，提供图形化测试用例开发环境。包括实时级半实物仿真测试平台（ETest_RT）和全数字仿真测试平台（DSTP）。
• 适用场景：军工、工业控制、复杂系统闭环测试，以及航空航天、汽车电子等高实时性场景。

②ONSIM仿真工具

• 特点：全数字仿真工具，分为测试用例设计管理（ONSIM-T）和虚拟化仿真调试（ONSIM-S）模块，支持虚拟硬件环境搭建与调试激励注入，提供覆盖率统计分析。
• 适用场景：国防、航天领域的关键软件验证。

③LabVIEW

• 特点：图形化开发工具，集成数据采集、分析和控制功能，支持硬件接口通信和实时系统仿真。
• 适用场景：工业自动化、仪器仪表测试，以及快速原型开发和复杂控制系统的建模。

1.2. 硬件描述语言（HDL）仿真器

①Modelsim

• 特点：由Mentor Graphics开发，支持VHDL和Verilog，具有强大的仿真功能和丰富的调试手段，如波形查看、信号追踪、断点设置等。支持多种优化技术，提高仿真速度。
• 应用场景：数字电路设计与验证领域，特别是在FPGA和ASIC设计中，用于前端设计验证，确保设计满足功能需求。

②Xcelium

• 特点：Cadence推出，具备超大规模设计处理能力，支持混合信号仿真，采用先进的并行仿真技术，缩短仿真时间。
• 应用场景：大型ASIC设计、系统级芯片（SoC）设计，以及对仿真性能要求极高的项目，如汽车电子、通信设备等领域。

1.3. 系统级仿真工具

①MATLAB/Simulink

• 特点：MATLAB是数学计算软件，Simulink是其可视化工具，用于动态系统建模、仿真和分析。提供丰富的模块库，支持多种求解器，可以与硬件在环（HIL）测试系统集成。
• 应用场景：控制系统设计、信号处理、通信系统等领域的嵌入式开发，如汽车电子中的发动机控制、底盘控制，以及航空航天领域的飞行器姿态控制、导航系统设计。

②SystemVue

• 特点：Keysight推出，用于通信系统设计和仿真的工具，提供丰富的通信模块库，支持从基带信号处理到射频前端的全链路仿真，具有可视化设计界面。
• 应用场景：通信设备制造商、科研机构等进行通信系统的研发和创新，如5G通信技术的研究与开发，新算法的验证、系统性能评估以及设备的预研设计。

二、测试工具

2.1. 调试与测试框架工具

①GDB（GNU Debugger）

• 简介：应用广泛的源代码级调试工具，支持查看程序内部状态、设置断点、检视变量、修改内存内容和单步跟踪代码执行。
• 特点：提供强大的调试功能，适用于多种架构，如ARM、RISC-V等。
• 使用场景：裸机开发、RTOS任务调试，以及需要深入代码级调试的场景。

②OpenOCD（Open On-Chip Debugger）

• 简介：提供硬件仿真器与计算机之间的接口，支持JTAG/SWD接口调试。
• 特点：与GDB协同工作，实现远程调试和Flash烧录，特别适用于无标准调试接口的微控制器。
• 使用场景：与GDB配合，用于裸机开发和RTOS任务调试等场景。

③Segger J-Link

• 简介：流行的调试探针，支持ARM核心调试。
• 特点：提供断点、内存查看、实时终端输出等丰富调试功能，兼容多种IDE。
• 使用场景：ARM核心微控制器的调试，以及需要高性能调试探针的场景。

④Lauterbach TRACE32

• 简介：高端调试工具，支持调试、系统级跟踪、性能分析和代码覆盖率测试。
• 特点：功能强大，适用于理解复杂嵌入式系统行为。
• 使用场景：对性能分析、代码覆盖率有严格要求的高端嵌入式系统调试。

⑤Unity

• 简介：适用于C语言的轻量级单元测试框架。
• 特点：易于使用、配置简单，适合资源受限的嵌入式环境。
• 使用场景：嵌入式软件的单元测试，特别是资源受限的环境。

⑥CppUTest

• 简介：面向C/C++的单元测试框架。
• 特点：提供丰富的断言和模拟功能，简化测试流程。
• 使用场景：C/C++代码的单元测试，促进高质量代码编写。

⑦GoogleTest（GTest）

• 简介：Google的C++测试框架。
• 特点：支持快速构建测试用例和测试套件，提供详尽的测试报告。
• 使用场景：C++代码的单元测试，以及需要高级测试功能的场景。

2.2. 专用测试工具

①ETest Studio

• 简介：国产化黑盒测试工具。
• 特点：支持配置项测试和系统测试，包括测试资源管理、环境描述等功能。
• 使用场景：嵌入式软件的配置项测试和系统测试。

②Klocwork

• 简介：支持大规模代码质量静态检测的工具。
• 特点：帮助开发者在代码编写阶段发现潜在问题。
• 使用场景：C/C++/Java/JS/C#代码的质量检测和安全性分析。

③Tessy

• 简介：针对C/C++嵌入式软件的单元/集成测试工具。
• 特点：提供全面的测试功能，包括测试用例设计、执行和结果分析。
• 使用场景：C/C++嵌入式软件的单元测试和集成测试。

④Rapita Verification Suite (RVS)

• 简介：面向嵌入式软件的测试工具集。
• 特点：支持MC/DC覆盖率分析，满足DO-178C和ISO 26262认证要求。
• 使用场景：对安全性要求极高的嵌入式系统验证和测试。

⑤Squish

• 简介：跨平台GUI测试工具。
• 特点：适用于Qt、Java GUIs、Web等应用的自动化测试。
• 使用场景：GUI应用的自动化测试，减少人工操作，提高测试效率。

⑥DT10（Dynamic Test Tool DT10）

• 简介：支持多种语言的软件灰盒测试和系统动态跟踪调试工具。
• 特点：利用自动化代码插装和数据采集技术，支持回溯调试和性能测试。
• 使用场景：软件系统的复杂缺陷调试和性能测试。

⑦VectorCAST

• 简介：适用于嵌入式软件的高可靠性和高安全性自动化动态测试工具链。
• 特点：涵盖单元测试、集成测试、覆盖率分析等多个环节。
• 使用场景：嵌入式软件的高可靠性和高安全性测试，提供全面的测试报告和质量分析。

2.3. 自动化测试工具

①QTP（QuickTest Professional）

• 简介：自动化功能测试工具。
• 特点：支持VBScript脚本和录制回放功能，提供对象识别库和数据驱动测试。
• 使用场景：嵌入式软件的接口测试和版本迭代验证，擅长回归测试和多插件兼容。

②ARTS（实时系统性能测试工具）

• 简介：专为实时系统设计的性能测试工具。
• 特点：评估软件执行时间、资源占用率和响应延迟，支持动态参数调整。
• 使用场景：航空航天、汽车电控等对时序要求严格的系统性能测试。

③PlatformIO

• 简介：开源跨平台工具，扩展测试功能。
• 特点：集成单元测试框架（如Unity），支持多设备自动化测试和远程调试。
• 使用场景：多平台嵌入式项目的自动化测试流程，结合硬件在环（HIL）扩展模块实现持续集成（CI）测试。

三、测试工具对比与选型建议

四、选型建议

4.1. 调试工具选型

• 简单项目与通用架构：若开发项目为简单裸机或基于常见 RTOS（如 FreeRTOS），且使用常见架构（如 ARM），GDB 配合 OpenOCD 是经济实惠且功能强大的选择，能满足基本的代码调试需求。
• ARM 核心项目：对于专注于 ARM 核心微控制器开发的项目，Segger J-Link 凭借其丰富功能和广泛的 IDE 兼容性，可提高调试效率，尤其是在对调试性能有一定要求时。
• 高端复杂系统：当涉及高端嵌入式系统，需要深入了解系统行为、进行性能优化以及严格的代码覆盖率测试时，Lauterbach TRACE32 的强大功能可满足这些苛刻需求。

4.2. 测试框架选型

• C 语言嵌入式项目：如果项目主要使用 C 语言开发，且资源受限（如内存、处理能力有限），Unity 轻量级的特性使其成为单元测试的理想选择。
• C/C++ 项目：对于 C/C++ 混合代码库，CppUTest 提供的丰富断言和模拟功能可有效简化测试流程，促进高质量代码编写。若项目为纯 C++ 且需要更高级的测试功能（如测试过滤、参数化测试），GoogleTest 是不错的选择。

4.3. 专用测试工具选型

• 黑盒测试：针对嵌入式软件的配置项和系统黑盒测试，ETest Studio 的国产化优势以及全面的功能可提供有力支持。
• 代码质量检测：在大规模代码库（尤其是多种语言混合）的项目中，Klocwork 可在代码编写阶段高效发现潜在问题，保障代码质量和安全性。
• C/C++ 嵌入式软件测试：Tessy 专门针对 C/C++ 嵌入式软件的单元和集成测试，提供全面功能，适用于此类项目的测试工作。
• 高安全要求系统：对于如航空航天、医疗等对安全性要求极高且需满足特定认证（如 DO-178C、ISO 26262）的嵌入式系统，Rapita Verification Suite (RVS) 是确保系统符合安全标准的关键工具。
• GUI 测试：若项目包含 GUI 界面（如 Qt、Java GUIs、Web），Squish 的跨平台自动化测试功能可显著提高测试效率。
• 复杂缺陷与性能测试：当需要对软件系统进行复杂缺陷调试以及性能测试时，DT10 利用先进技术支持回溯调试和性能测试，是合适的工具。
• 高可靠性与安全性测试：对于追求高可靠性和安全性的嵌入式软件项目，VectorCAST 涵盖多个测试环节的自动化动态测试工具链，能提供全面的测试报告和质量分析。

4.4. 自动化测试工具选型

• 接口与回归测试：在嵌入式软件的接口测试以及版本迭代验证场景中，QTP 的自动化功能、脚本支持和数据驱动测试能力可有效提高测试效率，尤其适用于有回归测试需求的项目。
• 实时系统性能测试：对于航空航天、汽车电控等对时序要求极为严格的实时系统，ARTS 能够精准评估软件执行时间、资源占用率和响应延迟，并支持动态参数调整，是性能测试的首选工具。
• 多平台嵌入式项目：在多平台嵌入式项目中，需要实现自动化测试流程以及持续集成（CI）测试，PlatformIO 开源跨平台且集成单元测试框架、支持多设备自动化测试和远程调试的特性，结合硬件在环（HIL）扩展模块，可满足此类项目的需求。

五、总结

嵌入式开发中的仿真与测试工具种类繁多，每种工具都有其特定的应用场景和优势。需要根据项目的具体需求和目标平台的特点，选择合适的仿真与测试工具来确保软件的质量和性能。同时，随着技术的不断发展，新的仿真与测试工具也在不断涌现，需要保持学习和更新的态度，以便更好地应对嵌入式开发中的挑战。