RT1170 基于 MCUXpresso IDE 的 gcov 代码覆盖率测试全流程（含可视化实操）

在嵌入式开发中，代码覆盖率是验证测试完整性的核心指标 —— 确保if/switch等分支无遗漏、关键逻辑均被执行，尤其对工业控制、汽车电子等高可靠性场景至关重要。MCUXpresso IDE 11.9.0 及以上版本内置 GNU gcov 工具，无需额外安装即可实现代码覆盖率数据收集与可视化。本文以 RT1170-EVK 开发板为例，从软硬件准备到结果解读，分步讲解实操流程，确保开发者可复现并落地覆盖率测试。

1. 核心背景与价值

• 代码覆盖率的意义：嵌入式项目中，仅通过功能测试无法确认 “未执行代码” 是否存在隐患（如隐藏 bug、逻辑漏洞），覆盖率测试可量化 “代码被执行的比例”，目标是接近 100% 覆盖关键分支。
• MCUXpresso IDE 的优势：内置 gcov 工具链，无需手动配置环境；支持 semihost 文件 IO（依赖 J-Link 等 debugger），可直接将覆盖率数据写入主机；提供可视化界面，直观区分 “已执行 / 未执行” 代码。
• 适用场景：RT1170 系列 MCU 的中大型项目，如工业网关、车载控制单元，需通过覆盖率验证测试用例完整性。

2. 软硬件环境准备（必选配置）

gcov 依赖 “semihost 文件 IO” 与特定工具链版本，需严格匹配以下环境，避免流程卡顿：

3. 分步实操：从配置到覆盖率收集

3.1 步骤 1：导入 Demo 并验证基础运行

1. 导入 Demo：打开 MCUXpresso IDE，通过「File → Import → MCUXpresso SDK Examples」，选择 RT1170-EVK → hello_world_demo_cm7，点击 “Finish” 导入项目。
   • 原因：hello_world代码仅含主函数与基础板级初始化，无复杂外设逻辑，适合首次验证 gcov 流程。
2. 验证编译与调试：选择 “Debug” 配置，点击「Build Project」，编译通过后，连接 J-Link Plus 与开发板，点击「Debug」按钮，确认程序可正常运行（串口打印 “hello world”）。
   • 关键：确保 debugger 识别 RT1170 芯片，若提示 “no target connected”，检查 SWD 接线与 J-Link 驱动版本（需 V7.80+）。

3.2 步骤 2：添加 gcov 支持文件（gcov_support.c/h）

gcov 需底层支持文件实现数据收集与文件写入，文件源自 Erich 的开源项目：

1. 获取文件：访问Erich 的 Github 仓库，下载gcov_support.c、gcov_support.h、readme.txt。
2. 添加到项目：在 IDE 的 Project Explorer 中，右键项目 → 「New → Folder」，命名为 “gcov”；将下载的 3 个文件复制到该文件夹，右键文件 → 「Properties」，取消勾选 “Exclude resource from build”（确保编译时包含）。

3.3 步骤 3：配置库与 Debug Console（关键：启用 semihost）

gcov 通过semihost 文件 IO将覆盖率数据写入主机，需配置 IDE 使用支持 semihost 的库：

1. 选择 Newlib (semihost)：在项目上右键 → 「Quick Settings」，在 “Set library/header type” 下拉框中选择「Newlib (semihost)」，点击 “Apply”。
   • 原理：Newlib (semihost) 允许 MCU 通过 debugger 访问主机文件系统，而 “nohost” 模式无文件 IO 功能，无法保存*.gcda覆盖率文件。
2. 设置 Debug Console 为 Semihost：同样在「Quick Settings」中，点击 “Set Debug Console”，选择「Semihost console」，替代默认的 UART console。

3.4 步骤 4：编写测试文件（test.c/h）

为演示覆盖率，创建含分支逻辑的测试代码（验证if-else是否被完全覆盖）：

1. 新建test.h：在 “source” 文件夹下新建头文件，内容如下：

   #ifndef TEST_H_
   #define TEST_H_
   void TEST_Test(void); // 测试函数声明
   #endif /* TEST_H_ */
   

2. 新建test.c：新建源文件，含简单分支逻辑，模拟需覆盖的代码：

   #include "test.h"
   int var = 5; // 全局变量，控制分支
   
   void TEST_Test(void) {
       if (var < 10) {  // 分支1：var<10时执行
           var++;
       } else {          // 分支2：var≥10时执行（初始值5，默认不执行）
           var = 20;
       }
   }
   

3.5 步骤 5：添加链接脚本（main_text.ldt）

gcov 初始化依赖__init_array_start符号，需手动添加链接脚本：

1. 新建 linkscripts 文件夹：右键项目 → 「New → Folder」，命名为 “linkscripts”。
2. 创建main_text.ldt：在该文件夹下新建文件，内容仅需确保符号存在（无需复杂逻辑）：

   PROVIDE (__init_array_start = .);
   

3. 关联链接脚本：右键项目 → 「Properties → C/C++ Build → Tool Settings → MCU Linker → General」，在 “Additional linker script input sections” 中添加${ProjDirPath}/linkscripts/main_text.ldt，点击 “Apply”。

3.6 步骤 6：配置编译与链接选项（gcov 核心依赖）

需添加 gcov 专用编译 / 链接选项，确保生成覆盖率数据文件（*.gcno/*.gcda）：

1. Linker 选项添加-fprofile-arcs：进入「MCU Linker → Miscellaneous」，在 “Other options” 中添加-fprofile-arcs，作用是链接 gcov 库，启用覆盖率数据收集。
2. 测试文件添加 Debug Flags：右键test.c → 「Properties → C/C++ Build → Tool Settings → MCU C Compiler → Debugging」，在 “Other debugging flags” 中添加：-fprofile-arcs -ftest-coverage
   • 原理：-ftest-coverage生成覆盖率统计信息（*.gcno），-fprofile-arcs记录代码执行路径（运行后生成*.gcda）。

3.7 步骤 7：调整堆与栈大小（避免 semihost 溢出）

semihost 文件 IO 需较大堆（Heap）与栈（Stack），默认配置可能导致内存溢出：

1. 进入堆栈配置：右键项目 → 「Properties → C/C++ Build → Tool Settings → MCU Linker → Heap and Stack placement」。
2. 设置参数：
   • Heap（堆）：Location 设为 “Default Post Data”，Size 设为0x8000（32KB）；
   • Stack（栈）：Location 设为 “Default End”，Size 设为0x2000（8KB）；
   • 原因：文件写入操作需临时缓存数据，堆栈过小会导致程序 HardFault。

3.8 步骤 8：修改main.c（初始化 gcov 与执行测试）

在主函数中添加 gcov 初始化、测试函数调用与覆盖率数据写入：

1. 添加头文件：在main.c顶部引入 gcov 与测试头文件：

   #include "../gcov/gcov_support.h" // gcov支持头文件
   #include "test.h"               // 测试函数头文件
   

2. 修改主函数逻辑：在板级初始化后添加 gcov 操作，完整代码如下：

   int main(void) {
       char ch;
       gcov_init(); // 1. 初始化gcov（必须在测试前）
   
       // 板级初始化（默认代码，无需修改）
       BOARD_ConfigMPU();
       BOARD_InitPins();
       BOARD_BootClockRUN();
       BOARD_InitDebugConsole();
   
       PRINTF("hello world.rn");
       TEST_Test(); // 2. 执行测试函数（触发分支逻辑）
   
       // 3. 写入覆盖率数据到主机（GCC版本兼容处理）
   #if __GNUC__ < 11
       __gcov_flush(); // GCC11前用此函数
   #else
       __gcov_dump();  // GCC11及以上用此函数（IDE 11.9.x用此）
   #endif
       gcov_write_files(); // 确保数据写入完成
   
       while (1) { // 主循环（保持程序运行）
           ch = GETCHAR();
           PUTCHAR(ch);
       }
   }
   

3.9 步骤 9：替换libgcov.a（解决 IDE 默认库空实现问题）

MCUXpresso IDE 11.9.x 自带的libgcov.a为空函数（无实际覆盖率功能），需替换为 xpack 工具链的完整版本：

1. 下载 xpack 工具链：访问xpack-arm-none-eabi-gcc Releases，下载对应版本（如xpack-arm-none-eabi-gcc-12.3.1-1.1-win32-x64）。
2. 找到完整libgcov.a：解压后进入路径：xpack-arm-none-eabi-gcc-12.3.1-1.1libgccarm-none-eabi12.3.1thumbv7e-m+dphardlibgcov.a
   注意：路径需匹配 RT1170 的架构（v7e-m+dphard，对应 Cortex-M7 的浮点与硬件浮点模式）。
3. 替换 IDE 的库文件：找到 MCUXpresso IDE 的工具链目录（默认路径）：C:NXPMCUXpressoIDE_11.9.1_2170idepluginscom.nxp.mcuxpresso.tools.arm.eabi12.3.1thumbv7e-m+dphard 将原libgcov.a重命名为libgcov_orig.a（备份），将 xpack 的libgcov.a复制到该目录。

3.10 步骤 10：运行调试与收集覆盖率数据

1. 重新编译项目：右键项目 → 「Clean Project」，再「Build Project」，确保无编译错误（若提示 “undefined reference to __gcov_dump”，检查libgcov.a是否替换正确）。
2. 启动调试：点击「Debug」按钮，程序运行后，串口打印 “hello world”，此时 gcov 已收集test.c的覆盖率数据，生成test.gcno（编译时）与test.gcda（运行后）。
3. 中断调试：点击 IDE 的「Terminate」按钮停止调试，覆盖率文件已保存到项目的 “Debug/source” 目录下。

4.覆盖率结果可视化与解读

4.1 打开可视化界面

1. 找到覆盖率文件：在 Project Explorer 中，展开 “Debug → source”，可看到test.gcda（数据文件）与test.gcno（元信息文件）。
2. 启动 gcov 视图：右键test.gcda → 「Open With → gcov Coverage Viewer」，在弹出的对话框中选择对应二进制文件（test.o），点击 “OK”。

4.2 结果解读（以test.c为例）

1. 颜色含义：
   • 绿色：代码已执行（如if (var < 10)、var++）；
   • 红色：代码未执行（如else分支的var = 20）；
   • 灰色：非执行代码（如注释、声明）。
2. 覆盖率计算：IDE 会自动统计 “执行行数 / 总有效行数”，附件中test.c的结果为：
   • 总有效行数：5 行（if判断、var++、else、var=20、函数括号）；
   • 执行行数：4 行（else分支未执行）；
   • 覆盖率：4/5 = 80%。
3. 优化方向：若需达到 100% 覆盖率，可修改test.c的var初始值为 15，重新运行后else分支会被执行，覆盖率提升至 100%。

5.关键问题与避坑指南

通过 MCUXpresso IDE 的内置 gcov 工具，可快速实现 RT1170 项目的代码覆盖率测试，核心是 “正确配置 semihost 环境 + 替换完整 gcov 库 + 添加必要编译选项”。该流程不仅适用于hello_world demo，还可推广到复杂项目 —— 只需为关键文件添加 gcov 编译选项，即可验证测试用例的完整性，最终提升嵌入式软件的可靠性。

《RT1170 使用MCUXpressoIDE内置的gcov实现代码覆盖率测试和可视化》资料获取：https://www.nxpic.org.cn/document/id-18073