作者：Leonard（QA测试工程师）| 日期：2026-04-16 | 目标读者：嵌入式开发工程师、Team Leader、想提升研发效率的团队

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

  1. 采集 DS18B20 温度，每秒刷新一次
  2. OLED 实时显示温度值（保留1位小数）
  3. 温度超过阈值时，LED 报警
  4. USART 输出温度日志
  5. 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：

  1. build — ARM GCC 编译固件，上传 .hex / .bin
  2. unit-test — PC端单元测试，生成测试报告
  3. integration-test — Python + 串口集成测试（需要硬件）
  4. 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 1PC端单元测试~50%50%
Level 2PC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