2021-12-04 10:28:18|已瀏覽：371次
嵌入式產(chǎn)品的可靠性自然與硬件密不可分，但在硬件確定、并且沒有第三方測試的前提下，使用防御性編程思想寫出的代碼，往往具有更高的穩(wěn)定性。防御性編程首先需要認(rèn)清C語言的種種缺陷和陷阱，C語言對于運行時的檢查十分弱小，需要程序員謹(jǐn)慎的考慮代碼，在必要的時候增加判斷；防御性編程的另一個核心思想是假設(shè)代碼運行在并不可靠的硬件上，外接干擾有可能會打亂程序執(zhí)行順序、更改RAM存儲數(shù)據(jù)等等。
1、具有形參的函數(shù)，需判斷傳遞來的實參是否合法
程序員可能無意識的傳遞了錯誤參數(shù)；外界的強干擾可能將傳遞的參數(shù)修改掉，或者使用隨機參數(shù)意外的調(diào)用函數(shù)，因此在執(zhí)行函數(shù)主體前，需要先確定實參是否合法。
2、仔細(xì)檢查函數(shù)的返回值
對函數(shù)返回的錯誤碼，要進(jìn)行全面仔細(xì)處理，必要時做錯誤記錄。
3、防止指針越界
如果動態(tài)計算一個地址時，要保證被計算的地址是合理的并指向某個有意義的地方。特別對于指向一個結(jié)構(gòu)或數(shù)組的內(nèi)部的指針，當(dāng)指針增加或者改變后仍然指向同一個結(jié)構(gòu)或數(shù)組。
4、防止數(shù)組越界
數(shù)組越界的問題前文已經(jīng)講述的很多了，由于C不會對數(shù)組進(jìn)行有效的檢測，因此必須在應(yīng)用中顯式的檢測數(shù)組越界問題。
5、數(shù)學(xué)算數(shù)運算
5.1、除法運算，只檢測除數(shù)為零就可靠嗎？
除法運算前，檢查除數(shù)是否為零幾乎已經(jīng)成為共識，但是僅檢查除數(shù)是否為零就夠了嗎？
考慮兩個整數(shù)相除，對于一個signed long類型變量，它能表示的數(shù)值范圍為：-2147483648 ~+2147483647，如果讓-2147483648/ -1，那么結(jié)果應(yīng)該是+2147483648，但是這個結(jié)果已經(jīng)超出了signedlong所能表示的范圍了。所以，在這種情況下，除了要檢測除數(shù)是否為零外，還要檢測除法是否溢出。
5.2、檢測運算溢出
整數(shù)的加減乘運算都有可能發(fā)生溢出，在討論未定義行為時，給出過一個有符號整形加法溢出判斷代碼。
5.3、檢測移位
在討論未定義行為時，提到有符號數(shù)右移、移位的數(shù)量是負(fù)值或者大于操作數(shù)的位數(shù)都是未定義行為，也提到不對有符號數(shù)進(jìn)行位操作，但要檢測移位的數(shù)量是否大于操作數(shù)的位數(shù)。
6、如果有硬件看門狗，則使用它
在其它一切措施都失效的情況下，看門狗可能是最后的防線。它的原理特別簡單，但卻能大大提高設(shè)備的可靠性。如果設(shè)備有硬件看門狗，一定要為它編寫驅(qū)動程序。
7、關(guān)鍵數(shù)據(jù)儲存多個備份，取數(shù)據(jù)采用“表決法”
RAM中的數(shù)據(jù)在受到干擾情況下有可能被改變，對于系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)應(yīng)該進(jìn)行保護。關(guān)鍵數(shù)據(jù)包括全局變量、靜態(tài)變量以及需要保護的數(shù)據(jù)區(qū)域。備份數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)不應(yīng)該處于相鄰位置，因此不應(yīng)由編譯器默認(rèn)分配備份數(shù)據(jù)位置，而應(yīng)該由程序員指定區(qū)域存儲。
可以將RAM分為3個區(qū)域，第一個區(qū)域保存原碼，第二個區(qū)域保存反碼，第三個區(qū)域保存異或碼，區(qū)域之間預(yù)留一定量的“空白”RAM作為隔離�？梢允褂镁幾g器的“分散加載”機制將變量分別存儲在這些區(qū)域。需要進(jìn)行讀取時，同時讀出3份數(shù)據(jù)并進(jìn)行表決，取至少有兩個相同的那個值。
8、對非易失性存儲器進(jìn)行備份存儲
非易失性存儲器包括但不限于Flash、EEPROM、鐵電。僅僅將寫入非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)再讀出校驗是不夠的。強干擾情況下可能導(dǎo)致非易失性存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)錯誤，在寫非易失性存儲器的期間系統(tǒng)掉電將導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，因干擾導(dǎo)致程序跑飛到寫非易失性存儲器函數(shù)中，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)存儲紊亂。
一種可靠的辦法是將非易失性存儲器分成多個區(qū)，每個數(shù)據(jù)都將按照不同的形式寫入到這些分區(qū)中，需要進(jìn)行讀取時，同時讀出多份數(shù)據(jù)并進(jìn)行表決，取相同數(shù)目較多的那個值。
9、軟件鎖
對于初始化序列或者有一定先后順序的函數(shù)調(diào)用，為了保證調(diào)用順序或者確保每個函數(shù)都被調(diào)用，我們可以使用環(huán)環(huán)相扣，實質(zhì)上這也是一種軟件鎖。此外對于一些安全關(guān)鍵代碼語句（是語句，而不是函數(shù)），可以給它們設(shè)置軟件鎖，只有持有特定鑰匙的，才可以訪問這些關(guān)鍵代碼。也可以通俗的理解為，關(guān)鍵安全代碼不能按照單一條件執(zhí)行，要額外的多設(shè)置一個標(biāo)志。
比如，向Flash寫一個數(shù)據(jù)，我們會判斷數(shù)據(jù)是否合法、寫入的地址是否合法，計算要寫入的扇區(qū)。之后調(diào)用寫Flash子程序，在這個子程序中，判斷扇區(qū)地址是否合法、數(shù)據(jù)長度是否合法，之后就要將數(shù)據(jù)寫入Flash。
由于寫Flash語句是安全關(guān)鍵代碼，所以程序給這些語句上鎖：必須具有正確的鑰匙才可以寫Flash。這樣即使是程序跑飛到寫Flash子程序，也能大大降低誤寫的風(fēng)險。
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