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如何使用MISRA改進嵌入式程式設計
創提科技
2022/07/27
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嵌入式程式設計主要用於驅動安裝在大型設備(如汽車、飛機或醫療設備)旨在執行特定的專用功能的系統。
每個專用功能都是通過嵌入式程式設計實現的。這些程式碼必須是可靠且無誤的，因為任何漏洞都可能對嵌入式系統的安全造成毀滅性的後果。因此，應用像MISRA這樣的編碼規範來確保程式碼的可靠性和高品質是非常必要的。
在這裡，我們將闡釋如何使用MISRA改進嵌入式程式設計。
本文將包含如下幾個部分：
• 為什麼可靠的程式碼對嵌入式程式設計至關重要
• 2種適用於嵌入式程式設計和系統的關鍵程式設計語言
• 如何使用MISRA改進嵌入式程式設計
• 如何使用MISRA實現嵌入式程式設計合規
為什麼可靠的程式碼對嵌入式程式設計至關重要
世界上最重要的系統都使用嵌入式軟體來實現功能。
嵌入式軟體用於：
• 人們每天駕駛的汽車。
• 維持生命的心臟監護器(和其他醫療設備)。
• 環球飛行的飛機。
編碼錯誤不容妥協。
這就是嵌入式程式設計需要遵循指南的原因。這確保了程式碼是安全、可靠的。但是，這些指南可能會因所使用的程式設計語言而有所不同。
2種適用於嵌入式程式設計和系統的關鍵程式設計語言
大多數嵌入式系統是使用C和C++語言編寫程式的。
這是因為C和C++支援對硬體進行低級別控制。C和C++支援嵌入式軟體的複雜性。同時，使用C和C++語言可以生成高效的程式碼。
另外，從事C/C++研發的程式師人數眾多。他們能夠維護最佳的性能——這是嵌入式系統的關鍵。
如何使用MISRA改進嵌入式程式設計
許多嵌入式行業都有嚴格的安全合規標準。這些標準通常需要使用編碼規範。
嵌入式軟體有幾種可用於C和C++的不同的編碼規範。但MISRA®是最值得信賴的編碼規範之一。MISRA規則可以確保程式碼符合行業標準，幫助您減少圈複雜度，並提高程式碼的品質。
下面是不同行業的開發人員如何使用MISRA提高程式碼品質的三個示例。
1. 使用MISRA提供更好的嵌入式汽車程式碼
汽車開發人員信賴MISRA以開發出更好的程式碼。這是因為MISRA是汽車行業的品質與合規基準。
“MISRA被公認為事實上的基準，並已被日本整個汽車行業採用，橫跨從主機廠(OEM)到晶片的整個供應鏈。”— Socionext
ISO 26262合規
汽車行業需要遵循ISO 26262功能安全標準。
ISO 26262有嚴格的汽車安全完整性等級(Automotive Safety Integrity Levels, 簡稱ASIL)要求——包括四個級別，即 A-D。ISO 26262建議使用編碼規範來確保符合ASIL，並重點強調了MISRA編碼規範。
Protean Electric使用Helix QAC應用MISRA C規則。這有助於他們遵循ISO 26262。另外，Helix QAC還能發現其他工具忽略的問題。所以，Protean不必擔心漏報。
一致的程式碼品質
Delphi Automotive也使用Helix QAC應用MISRA C規則。這有助於開發人員採用最佳編碼實踐，確保所有開發人員的程式碼品質保持一致性——而不管個人的經驗如何。
2. 使用MISRA提供更好的嵌入式軌道交通程式碼
軌道交通系統開發人員也相信MISRA能提供更好的程式碼。
“MISRA顯然是最合適的選擇。MISRA最初由汽車行業創立，是創立時間最長、最著名的規則之一，而且已在多個安全相關市場得到了廣泛的採用。”— Viveris Technologies
EN 50128合規
軌道交通行業需要遵循EN 50128功能安全標準。
EN 50128軟體安全完整性等級(Software Safety Integrity Levels, 簡稱SSIL)包括五個級別，即SSIL0-SSIL4。若要符合所有的SSIL，建議使用編碼規範——但要符合SSIL3和SSIL4，則必須使用編碼規範。
編碼規範必須能夠：
• 防止使用未定義或未指明的行為。
• 防止程式師犯常見的錯誤。
• 限制某些架構的使用。
• 消除潛在的歧義。
• 限制庫的使用。
MISRA能滿足這些需求，並説明確保軟體的品質。
Viveris Technologies使用Helix QAC應用MISRA規則並滿足EN 50128的合規要求。這確保了其無人駕駛列車——Lyon Metro——是安全、可靠的。
準確的診斷
對於Viveris來說，準確的程式碼診斷與合規一樣重要。
通過使用Helix QAC，Viveris獲得了比使用其他工具更好的MISRA C規則覆蓋率。真正的問題得以確定並修復了，誤報也更少了。
因此，Viveris的程式碼品質更好，開發效率更高。
3. 使用MISRA開發更好的嵌入式航空航太程式碼
航空航太開發人員也信賴MISRA以開發更好的程式碼。
MISRA規則集是由一批全球頂級編碼專家制定的，適用於(並廣泛應用於)任務關鍵型和安全關鍵型行業，包括航空航太。
DO-178C合規
航空航太行業需要遵循DO-178C功能安全標準。
DO-178C包括五個安全級別——A-E。符合這些安全級別需要遵循一定的編碼規範，比如MISRA。
Selex ES使用MISRA C++作為編碼規範，並使用Helix QAC來確保符合MSIRA。
品質—甚至在自動生成的程式碼中
Selex ES還使用Helix QAC和MISRA C、C++規則，以確保其嵌入式程式設計的品質。Selex ES甚至在自動生成的程式碼中使用Helix QAC和MISRA C、C++規則。這意味著他們可以確保嵌入式軟體的品質並加快開發的速度。
如何使用MISRA實現嵌入式程式設計合規
為了符合MISRA編碼規範，您需要應用MISRA規則。這可以在程式碼審查期間人工完成，也可以使用靜態程式碼分析工具自動完成。
然而，靜態程式碼分析工具卻不盡相同。對於MISRA，一些工具比其他工具更準確。而Helix QAC是適用於MISRA C和C++的最準確的靜態程式碼分析工具。
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