工程師故事：一段真實(shí)的程式碼除錯經(jīng)歷
2011/03/18
1980年代初期，我在PABX系統公司擔任硬件工程師，當時(shí)，軟件在PABX系統設計中已經(jīng)占據主導地位了，因此，來(lái)自浮動(dòng)閘輸入的程式碼漂移線(xiàn)(errant line)也可能輕易地導致錯誤。在不斷聽(tīng)到硬件和軟件設計師激烈的交相指責后，我發(fā)誓，在我的除錯過(guò)程中絕不要再重蹈這些覆轍。正是抱持著(zhù)這種想法，才有了以下這段真實(shí)故事。
故事開(kāi)始于一通來(lái)自我們公司英國辦事處的電話(huà)，主要內容是抱怨一些最新發(fā)布的硬件，或是由PABX的產(chǎn)品所引發(fā)，在隨機通話(huà)中出現的單向通話(huà)(one-way audio)情況。此外，盡管并非經(jīng)常出現，但在分機之間的通話(huà)可能會(huì )在PABX系統運作中接收到來(lái)自其他通話(huà)的音訊，這個(gè)問(wèn)題很令人擔心，因為它可能潛藏著(zhù)法律責任。
一通來(lái)自倫敦的電話(huà)
CEO很關(guān)注這個(gè)問(wèn)題，而我們則拼命地試圖在總部實(shí)驗室復制問(wèn)題，但并沒(méi)有成功。很快，最后的決定是我和軟件設計師必須立即飛到英國以設法解決問(wèn)題。CEO隨后設法讓我的護照在僅僅幾天內更新，因此，軟件設計師和我在那個(gè)周末都準備好飛到英國了。
在前一個(gè)周五下午，我們的CEO把我們叫到他的辦公室，我們發(fā)現，我們位在美國東南部的技術(shù)支援專(zhuān)家已經(jīng)成功地復制了同樣的問(wèn)題。我們的總裁當晚因為這個(gè)問(wèn)題趕回公司，CEO也安排在當晚將我們送到美國技術(shù)支持辦公室。我急忙打包行李，踏上了我首次的里爾噴射機(Lear jet)飛行之旅。
我的軟件同事和我還攜帶了示波器和邏輯分析儀。但我們要降落的小鎮機場(chǎng)卻遇上了濃霧，阻礙了行程。我們后來(lái)才知道，最初的能見(jiàn)度幾乎是零，在飛行員不得不中止降落，并經(jīng)歷一次陡峭的爬升之后，跑道的濃霧狀況才有明顯好轉。
飛機上的迷你酒吧有助平息緊張的神經(jīng)。幾小時(shí)后，我們終于坐上計程車(chē)前往辦公室，當時(shí)我們已經(jīng)足夠清醒，能與司機就美國政 治到參戰等極端觀(guān)點(diǎn)任意辯論。過(guò)了午夜后，我們終于扺達，并短暫的睡眠后直奔辦公室而去。
立即檢查程式碼
這個(gè)辦公室擁有的PABX設備具備能夠產(chǎn)生流量的特殊軟件，可驅動(dòng)第二部測試中的PABX設備。盡管我們已經(jīng)在我們的實(shí)驗室中使用相同的測試軟件進(jìn)行相同的設置，但這套系統不知為何，每隔幾小時(shí)便會(huì )產(chǎn)生一次故障。我們花了24小時(shí)仔細研究這套系統，一次次地檢查訊號，擷取執行中的CPU程式碼并重新讀取組合語(yǔ)言程式碼。
一切似乎沒(méi)有什么不妥，但錯誤仍然接連發(fā)生。幸運的是，我們發(fā)現一個(gè)罕見(jiàn)但不斷重復的特定音訊故障，這將我們的關(guān)注范圍縮小到了系統中的特定音訊交叉點(diǎn)。這種特殊的音訊故障是指引我們的最佳明燈，我立即設置了分析儀的CPU追蹤器以擷取這個(gè)可疑音訊交叉點(diǎn)設備的暫存器寫(xiě)入周期。到當天深夜，疲勞和煩躁一度讓我過(guò)早做出結論：我們在追逐的是一個(gè)軟件故障。不過(guò)我并未說(shuō)出口，而是重新考慮這個(gè)導致錯誤狀態(tài)的交叉點(diǎn)是否是由硬件故障所導致。
冗長(cháng)的除錯過(guò)程
到將近清晨時(shí)，目標故障終于浮出水面。我立即停止了CPU追蹤器，我們回頭看著(zhù)寫(xiě)入周期記錄檔。我的軟件同事用他睡眼惺忪的眼睛來(lái)回檢查原始碼列，以及所擷取到的寫(xiě)入到交叉點(diǎn)設備的資料，而后驚呼“這個(gè)值到底是哪來(lái)的？這不是子程序應該寫(xiě)入的！”
我們小心地檢視常式的原始碼列表，并同意常式是不可能建構出這種位元模式的。“太好了，現在是RAM或CPU匯流排問(wèn)題了…，”我喃喃地說(shuō)。
該軟件保存了交叉點(diǎn)暫存器的影子RAM緩沖區；現在我們將注意力轉到這個(gè)緩沖區，針對與漂移交叉點(diǎn)對應的特定RAM位置設置了記錄寫(xiě)入周期。經(jīng)過(guò)一個(gè)半小時(shí)的追蹤擷取后，沒(méi)有發(fā)現任何故障的蹤影，我的軟件同事迅速審查愈積愈多的追蹤列表，并發(fā)現了一些東西。“你看！所有的寫(xiě)入看來(lái)都很正常，除了這個(gè)；CPU應該沒(méi)有寫(xiě)入資料模式。子程序遮罩了這些位元，所以他們不應該是1s。但這是誰(shuí)寫(xiě)的呢？”
找到了！Bug就在這里
我立即設定了CPU追蹤器在非法位元模式的寫(xiě)入上觸發(fā)該緩沖區，而一個(gè)良好的預觸發(fā)擷取區塊讓我們看到了非法寫(xiě)入的起源。
很快地，罪魁禍首便顯露出來(lái)了，是一個(gè)最近編寫(xiě)的，用來(lái)支援長(cháng)數字串的數字集合緩沖區常式。其緩沖區經(jīng)過(guò)重新定位，但在采集更長(cháng)字串時(shí)，它便會(huì )超出到交叉點(diǎn)影子緩沖區。
由于交叉點(diǎn)設備僅觸及了總可用內部系統音訊通道的一部份，因此一個(gè)壞的位元模式在大部份時(shí)間都是無(wú)害的，只有在特定的埠連接處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)它才會(huì )出現。這輕易地解釋了極低的故障率，以及為何我們無(wú)法在一開(kāi)始就重現它。
在豐盛的早餐后，我們打電話(huà)回總部轉達我們的調查結果；英國團隊確認會(huì )在數小時(shí)內修補程式。我們在短暫的補眠后就立即飛回家。
從接到英國團隊第一通電話(huà)開(kāi)始，我們都避免了傳統軟硬件人員互相責怪的情況。這是純粹的團隊精神，讓我們以在最短的時(shí)間內解決問(wèn)題，同時(shí)也避免了一次昂貴的海外之旅。
本文作者Rick Hille在科技產(chǎn)業(yè)擁有超過(guò)30年的經(jīng)驗，負責多種領(lǐng)域的設計和生產(chǎn)線(xiàn)管理，包括電信設備、視訊桌上型會(huì )議系統、視訊保全系統和網(wǎng)路家電等。他畢業(yè)于Ryerson Polytechnical Institute，目前仍是硬件設計師，任職于高科技產(chǎn)業(yè)。
電子工程專(zhuān)輯
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