一、项目背景：工业温度计需求
硬件规格
- 主控芯片：STM32F103C8T6（ARM Cortex-M3）
- 温度传感器：DS18B20（-55°C ~ +125°C，精度±0.5°C）
- 显示：0.96寸 OLED（I2C接口）
- 通信：USART1（调试信息输出）
- 供电：12V DC → 5V → 3.3V
功能需求
- 采集 DS18B20 温度，每秒刷新一次
- OLED 实时显示温度值（保留1位小数）
- 温度超过阈值时，LED 报警
- USART 输出温度日志
- 按键可设置报警阈值（上下限）
代码仓库结构
stm32-thermometer/
├── Core/ # HAL库核心文件（STM32CubeMX生成）
├── Drivers/ # 外设驱动（含 DS18B20）
├── App/ # 应用层代码
├── Tests/ # 单元测试（PC端，含 Unity 框架）
├── Makefile
└── .github/workflows/ci.yml二、整体架构：CI/CD 流水线
| 阶段 | 工具 | 做什么 |
|---|---|---|
| 编译构建 | ARM GCC + Makefile | 交叉编译，生成 .hex / .bin |
| 单元测试 | Unity (PC端) | 测试纯C逻辑函数，不依赖硬件 |
| 集成测试 | Python + 串口 | 自动化测试目标板功能 |
| 固件上传 | stm32flash / OpenOCD | 自动烧录（可选） |
| 测试报告 | CTest + JUnit XML | 生成可视化报告 |
三、环境准备：工具链安装（Ubuntu）
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y gcc-arm-none-eabi binutils-arm-none-eabi stm32flash openocd git
sudo apt-get install -y python3 python3-pip
pip3 install pyserial pytest pytest-html Jinja2四、核心代码实现
DS18B20 驱动（drivers/ds18b20.c）
DS18B20 单总线驱动，通过 PA8 采集温度数据，12位分辨率，返回温度值×10（例如 250 = 25.0°C）。
温度采集（app/temperature.c）
- 滑动平均滤波（窗口=5）
- 传感器状态检测（DS18B20 未连接返回 85°C）
- 日志输出格式：
[TEMP] 25.0C, status=0
报警模块（app/alarm.c）
温度超限时触发 LED 和蜂鸣器，支持上下限阈值设置。
五、单元测试（PC端）
使用 Unity 测试框架，在不连接硬件的情况下验证温度计算逻辑：
cd Tests
gcc -I unity -I .. -o test_runner test_temperature.c unity/unity.c -lm
./test_runner测试用例（共6个）：
- test_DS18B20_normal_read：正常温度读取（25.0°C）
- test_DS18B20_negative：零下温度（-10.5°C）
- test_filter_smooth：滑动平均滤波
- test_format_positive：正数格式化
- test_format_negative：负数格式化
- test_alarm_threshold：报警阈值判断
六、GitHub Actions CI/CD 配置
创建 .github/workflows/ci.yml，包含4个 Job：
- build — ARM GCC 编译固件，上传 .hex / .bin
- unit-test — PC端单元测试，生成测试报告
- integration-test — Python + 串口集成测试（需要硬件）
- code-quality — cppcheck 静态代码分析
七、集成测试（Python + 串口）
Tests/hardware/test_integration.py 包含：
- 温度输出格式验证
- 温度值范围检查
- 传感器状态查询
- 报警功能测试
- 阈值设置与读取
- 固件版本查询
- 重启功能测试
python3 -m pytest test_integration.py -v --html=report.html --self-contained-html八、效果对比
| 阶段 | 测试方式 | 覆盖率 | 人工介入 |
|---|---|---|---|
| Level 0 | 手动调试（kill） | ~20% | 100% |
| Level 1 | PC端单元测试 | ~50% | 50% |
| Level 2 | PC端 + 集成测试 | ~80% | 20% |
| Level 3 | 全自动CI/CD | ~90%+ | 5% |
九、推荐落地路径
- 第1周：搭建单元测试环境，接入 Unity 框架
- 第2周：接入 GitHub Actions，实现编译+测试自动化
- 第3周：编写 Python 集成测试脚本
- 第4周：代码质量检查 + 测试报告优化
十、参考资源
| 资源 | 链接 |
|---|---|
| ARM GCC 工具链 | https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain/gnu-rm |
| Unity 测试框架 | https://github.com/ThrowTheSwitch/Unity |
| GitHub Actions 文档 | https://docs.github.com/en/actions |
| pytest 文档 | https://docs.pytest.org/ |
本文档由 Leonard（QA测试工程师）编写 | 2026-04-16