序言

　　在汽車,、航空電子,、醫(yī)療和工業(yè)控制等眾多行業(yè)中，新開發(fā)的應(yīng)用在大多數(shù)情況下必須取得相應(yīng)的功能安全認(rèn)證,。通過所有必要的流程和測試來完成功能安全認(rèn)證歷來是一個非常困難的過程,，但有一些方法有助于加快完成認(rèn)證的速度,。當(dāng)然，選擇諸如IAR Embedded Workbench這樣本身就獲得了認(rèn)證,，并在多樣化的實際應(yīng)用中經(jīng)過驗證的開發(fā)工具,，也是加快從設(shè)計到完成認(rèn)證過程的方法。

　　在開發(fā)功能安全型關(guān)鍵應(yīng)用中,，開發(fā)人員可以采取多項調(diào)整措施來加快認(rèn)證,，然而這一切都依賴于應(yīng)用的代碼質(zhì)量。要怎么做代碼質(zhì)量才能得到保障呢,？幸運的是,，我們擁有一些簡單的方法來立竿見影地提升代碼質(zhì)量，并盡可能地減少工作量,。

　　善用標(biāo)準(zhǔn)

　　您知道嗎,，在C99代碼規(guī)范中有大約190個歧義？確切地說,，在C99中,，有190種語法上合法的C結(jié)構(gòu)，但在C語言規(guī)范中卻沒有得到明確說明,。實際上,，如果使用最新的C18代碼規(guī)范，情況會變得更糟一些,，如果在C++中引入多重繼承和虛擬繼承,，將會陷入更為糟糕的局面。編譯器會把源代碼轉(zhuǎn)變成可執(zhí)行代碼,，因此必須對代碼的含義進(jìn)行解析后才能正確運行,。

　　在實際情況中，開發(fā)人員可能會用到不同的編譯器,，它們可能會對源代碼進(jìn)行不同的解釋,。然而，在一個高可靠性的系統(tǒng)中,，這將是一個噩夢般的場景,，尤其是許多追求功能安全認(rèn)證的公司一般都會在多個平臺上交叉編譯他們的代碼以方便測試?？梢韵胂?，這將嚴(yán)重拖慢認(rèn)證速度，因為您必須針對所有此類情況進(jìn)行測試,，以證明代碼的可重復(fù)性和可靠性,。

　　怎樣才能度過這個難關(guān)呢？簡單來說，避免代碼歧義即可,。但要如何做到這一點呢,？開發(fā)人員可以選擇MISRA這樣的編碼標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)設(shè)計,，可避免常見的代碼歧義,。此外，該標(biāo)準(zhǔn)還提倡運用安全可靠的編碼實踐,，以減少代碼中的缺陷數(shù)量,。有了功能安全標(biāo)準(zhǔn)，問題就能迎刃而解,。

　　功能安全標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了代碼分析

　　幾乎每一個功能安全標(biāo)準(zhǔn)都要求開發(fā)人員對代碼進(jìn)行靜態(tài)分析,，而且還會強(qiáng)烈建議項目團(tuán)隊對代碼進(jìn)行運行時（或稱之為動態(tài)）分析。其中影響最廣的標(biāo)準(zhǔn)是IEC 61508,，在通常意義上它適用于所有安全相關(guān)系統(tǒng),。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)第C.4.2節(jié)的內(nèi)容，不建議在安全完整性等級（SIL）在1級以上的情況下使用沒有消除歧義和危險行為的編碼標(biāo)準(zhǔn)的C語言,。換句話說,，如果開發(fā)的產(chǎn)品要獲得SIL 2-4認(rèn)證，就必須使用靜態(tài)分析來提升代碼的健壯性,。

　　而靜態(tài)分析工具可以強(qiáng)制開發(fā)者實施編碼標(biāo)準(zhǔn),，如MISRA,。此外,，靜態(tài)和運行時分析可以快速指出有風(fēng)險的編碼行為，特別是之前提到的編碼標(biāo)準(zhǔn)歧義,，因此有助于提高代碼質(zhì)量,。基于這樣的考慮,，開發(fā)人員應(yīng)當(dāng)更多地選擇諸如IAR Embedded Workbench這類在多樣化應(yīng)用中得到驗證的工具,，它們可以提供更全面的標(biāo)準(zhǔn)化功能。

　　然而,，何時使用這些類型的自動化工具也會對項目的認(rèn)證時間表產(chǎn)生巨大影響,。許多公司組織會使用難以配置、難以使用的代碼分析工具,，使其每晚運行在構(gòu)建服務(wù)器上,。然而這種工具實際作用有限，因為每個程序開發(fā)者無法得到即時反饋,，弄清他們剛寫的代碼究竟有什么問題,。

　　此外，有時這些工具發(fā)出的警告信息本身就晦澀難懂,，浪費了開發(fā)者的時間去弄清楚它們的真正含義,，以及如何糾正代碼來消除警告,。如果能在開發(fā)過程中先運行代碼分析，然后才進(jìn)入正式構(gòu)建,，那么就可以完美避免代碼缺陷,。如此一來，項目代碼缺陷注入率將大幅降低,，這正是認(rèn)證機(jī)構(gòu)非?？粗氐闹笜?biāo)，因為這意味著項目有一個非常成熟的開發(fā)組織,。

　　將代碼分析融入日常工作流程

　　根據(jù)針對多個行業(yè)里多家公司開展的調(diào)研的結(jié)果,，IAR Systems團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，代碼分析工具的配置和使用越容易,，開發(fā)者選用它的幾率就越高,，也能更快受益。如果能將這些自動化工具納入到開發(fā)者的工具箱中,，那么開發(fā)者就可以在編寫應(yīng)用時隨時檢查和改進(jìn)代碼質(zhì)量,，同時在“實地”考察這部分代碼要做什么以及它如何與系統(tǒng)中的其他模塊互動。為了有效地做到這一點,，必須將代碼分析工具整合到日常工作流程中,。

　　為了解其他人對集成代碼分析的看法，IAR團(tuán)隊在查閱資料時發(fā)現(xiàn)谷歌在ACM期刊上發(fā)表了一篇文章,，探討了代碼分析的優(yōu)點,。雖然文章對他們的整個代碼庫（包括C、C++和Java）進(jìn)行了全面的考察,，但他們的結(jié)論非常明確：

　　“在開發(fā)過程的早期就能發(fā)現(xiàn)編譯器錯誤,，并且能夠整合到開發(fā)者的工作流程中。我們發(fā)現(xiàn)擴(kuò)大編譯器的檢查集合對提高谷歌的代碼質(zhì)量是有效的,?！?/p>

　　作者表示，把靜態(tài)分析檢查整合到編譯器工作流程并輸出為Error信息,，將極大地提高開發(fā)者對工具輸出信息的關(guān)注,，最終大幅提升代碼質(zhì)量。再往下看,，他們談到了向最近遇到某個編譯器錯誤的開發(fā)者和已經(jīng)收到該錯誤問題的修復(fù)補(bǔ)丁的開發(fā)者發(fā)出相同的調(diào)研,。

　　“谷歌的開發(fā)者認(rèn)為，在編譯時標(biāo)記出錯誤信息（相比于植入代碼檢測功能的補(bǔ)?。┠懿蹲降礁卮蟮腻e誤,；例如，調(diào)研參與者認(rèn)為在編譯時標(biāo)記的問題中的74%屬于真正的問題，而在檢測代碼中發(fā)現(xiàn)的真正問題只有21%,?！?/p>

　　此外，該文章還談到了將代碼分析整合到工作流程的重要性,，指出當(dāng)他們通過靜態(tài)分析工具自動運行提交的代碼并邀請工程師查看分析儀表板時,，很少有工程師跟進(jìn)。但是,，如果在編譯過程中就能得到即時反饋,，則靜態(tài)分析工具的使用更便捷且分析結(jié)果也更難被忽視。因此,，他們選擇在每個人的工作流程中默認(rèn)集成靜態(tài)代碼分析,。他們認(rèn)為要推廣代碼分析工具，開發(fā)者必須感到能從中受益,，并且喜歡使用這些工具,。

　　在工作流程中加入代碼分析會得到什么樣的結(jié)果？結(jié)果之一是提高了應(yīng)用的整體安全性,，因為優(yōu)質(zhì)代碼可以消除緩沖區(qū)溢出,、非法指針等漏洞。雖然這個理由足夠充分,，但有時很難讓人們做到“防范于未然”,，您需要更顯著的結(jié)果來說服開發(fā)者和管理層相信代碼分析的優(yōu)點。

　　Stefan Wagner等人的一篇論文（https://arxiv.org/pdf/1711.05019.pdf）使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)來計算代碼分析工具與傳統(tǒng)測試在不同代碼庫中的優(yōu)劣,。他們的結(jié)果很有說服力,，在769個被識別的缺陷中，76%是被代碼分析工具發(fā)現(xiàn)的,，而只有4%被傳統(tǒng)測試發(fā)現(xiàn)（其余20%則在代碼審查時發(fā)現(xiàn)）,。

　　如果能在開始測試前就消除75%的缺陷,，實現(xiàn)軟件平均故障間隔時間（MTTF）目標(biāo)能有多快,？答案是“非常快”,。僅僅是在測試上節(jié)省的時間和金錢就值得在代碼分析工具上進(jìn)行投資,，更不用說它還能加快上市時間。這些都是功能安全認(rèn)證機(jī)構(gòu)喜歡看到的流程類型,，因為它極大地降低了缺陷進(jìn)入最終產(chǎn)品的風(fēng)險,。

　　優(yōu)質(zhì)代碼加速功能安全認(rèn)證

　　加快功能安全認(rèn)證的關(guān)鍵是提高代碼質(zhì)量。只有提高代碼質(zhì)量,，項目團(tuán)隊才可以降低缺陷注入率,，從而更快地達(dá)到軟件發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，這樣在提交給功能安全認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證時，它們才會認(rèn)為您的組織擁有非常成熟的流程,。雖然開發(fā)者永遠(yuǎn)無法確切知道一個應(yīng)用中還有多少缺陷,，但通過早期和經(jīng)常使用代碼分析工具將有助于減少其數(shù)量。