Linux驱动测试用例编写指南

编写Linux驱动测试用例是确保驱动稳定性和功能正确性的关键步骤。以下是编写Linux驱动测试用例的详细方法和最佳实践。

1. 测试环境搭建

在开始编写测试用例前，需要搭建合适的测试环境：

# 安装必要的开发工具
sudo apt-get install build-essential linux-headers-$(uname -r)

2. 测试框架选择

Linux驱动测试常用的框架：

• KUnit：内核单元测试框架
• kselftest：内核自测试框架
• LTP (Linux Test Project)：全面的Linux测试套件
• 自定义用户空间测试程序

3. 测试用例编写方法

3.1 使用KUnit编写内核测试

#include <kunit/test.h>

static void example_test(struct kunit *test)
{
    int result = some_driver_function();
    KUNIT_EXPECT_EQ(test, result, 0);
}

static struct kunit_case example_test_cases[] = {
    KUNIT_CASE(example_test),
    {}
};

static struct kunit_suite example_test_suite = {
    .name = "example_driver_test",
    .test_cases = example_test_cases,
};

kunit_test_suite(example_test_suite);

3.2 使用kselftest框架

#include "../kselftest.h"

static int example_test(void)
{
    int ret;

    ret = test_driver_feature();
    if (ret != 0) {
        ksft_print_msg("Test failed: %d\n", ret);
        return KSFT_FAIL;
    }

    return KSFT_PASS;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    ksft_print_header();
    ksft_set_plan(1);

    ksft_test_result(example_test() == KSFT_PASS, "Driver feature test");

    ksft_finished();
    return 0;
}

3.3 用户空间测试程序

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#define DEVICE_PATH "/dev/example"

int main()
{
    int fd = open(DEVICE_PATH, O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("Failed to open device");
        return -1;
    }

    // 测试写入
    char buf[32] = "test data";
    if (write(fd, buf, sizeof(buf)) != sizeof(buf)) {
        perror("Write failed");
        close(fd);
        return -1;
    }

    // 测试读取
    if (read(fd, buf, sizeof(buf)) != sizeof(buf)) {
        perror("Read failed");
        close(fd);
        return -1;
    }

    close(fd);
    return 0;
}

4. 测试用例类型

4.1 单元测试

• 测试单个函数或模块
• 使用mock对象隔离依赖

4.2 功能测试

• 测试驱动提供的完整功能
• 包括正常路径和错误路径

4.3 性能测试

#include <time.h>

void test_performance()
{
    struct timespec start, end;
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);

    // 执行测试操作
    perform_driver_operation();

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
    double elapsed = (end.tv_sec - start.tv_sec) + 
                    (end.tv_nsec - start.tv_nsec) / 1e9;
    printf("Operation took %.6f seconds\n", elapsed);
}

4.4 并发测试

#include <pthread.h>

#define THREAD_COUNT 10

void *test_thread(void *arg)
{
    // 并发访问驱动
    int fd = open(DEVICE_PATH, O_RDWR);
    // ... 执行操作
    close(fd);
    return NULL;
}

void test_concurrency()
{
    pthread_t threads[THREAD_COUNT];

    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, test_thread, NULL);
    }

    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
}

5. 测试自动化

5.1 使用Makefile集成测试

obj-m := example_driver.o
test-objs := example_test.o

all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
    gcc -o driver_test driver_test.c

test:
    insmod example_driver.ko
    ./driver_test
    rmmod example_driver.ko

clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
    rm -f driver_test

5.2 持续集成

可以在CI系统中添加测试步骤，例如在GitLab CI中：

test_driver:
  stage: test
  script:
    - make
    - make test
  only:
    - merge_requests

6. 测试覆盖率分析

使用gcov和lcov分析测试覆盖率：

# 在Makefile中添加调试标志
EXTRA_CFLAGS += -fprofile-arcs -ftest-coverage

# 生成覆盖率报告
lcov --capture --directory . --output-file coverage.info
genhtml coverage.info --output-directory coverage_report

7. 最佳实践

1. 测试驱动开发：先写测试用例，再实现功能
2. 边界条件测试：测试输入边界、NULL指针、错误条件
3. 内存泄漏检查：使用kmemleak或valgrind
4. 并发安全测试：多线程环境下的竞争条件
5. 回归测试：保留历史测试用例防止功能退化

通过以上方法，您可以构建全面的Linux驱动测试套件，确保驱动的稳定性和可靠性。