Prepare v2023.10
[platform/kernel/u-boot.git] / doc / develop / py_testing.rst
1 U-Boot pytest suite
2 ===================
3
4 Introduction
5 ------------
6
7 This tool aims to test U-Boot by executing U-Boot shell commands using the
8 console interface. A single top-level script exists to execute or attach to the
9 U-Boot console, run the entire script of tests against it, and summarize the
10 results. Advantages of this approach are:
11
12 - Testing is performed in the same way a user or script would interact with
13   U-Boot; there can be no disconnect.
14 - There is no need to write or embed test-related code into U-Boot itself.
15   It is asserted that writing test-related code in Python is simpler and more
16   flexible than writing it all in C. But see :doc:`tests_writing` for caveats
17   and more discussion / analysis.
18 - It is reasonably simple to interact with U-Boot in this way.
19
20 Requirements
21 ------------
22
23 The test suite is implemented using pytest. Interaction with the U-Boot console
24 involves executing some binary and interacting with its stdin/stdout. You will
25 need to implement various "hook" scripts that are called by the test suite at
26 the appropriate time.
27
28 In order to run the test suite at a minimum we require that both Python 3 and
29 pip for Python 3 are installed. All of the required python modules are
30 described in the requirements.txt file in the /test/py/ directory and can be
31 installed via the command
32
33 .. code-block:: bash
34
35    pip install -r requirements.txt
36
37 In order to execute certain tests on their supported platforms other tools
38 will be required. The following is an incomplete list:
39
40 * gdisk
41 * dfu-util
42 * dtc
43 * openssl
44 * sudo OR guestmount
45 * e2fsprogs
46 * util-linux
47 * coreutils
48 * dosfstools
49 * efitools
50 * guestfs-tools
51 * mount
52 * mtools
53 * sbsigntool
54 * udisks2
55
56 Please use the appropriate commands for your distribution to match these tools
57 up with the package that provides them.
58
59 The test script supports either:
60
61 - Executing a sandbox port of U-Boot on the local machine as a sub-process,
62   and interacting with it over stdin/stdout.
63 - Executing an external "hook" scripts to flash a U-Boot binary onto a
64   physical board, attach to the board's console stream, and reset the board.
65   Further details are described later.
66
67 The usage of command 'sudo' should be avoided in tests. To create disk images
68 use command virt-make-fs which is provided by package guestfs-tools. This
69 command creates a virtual machine with QEMU in which the disk image is
70 generated.
71
72 Command virt-make-fs needs read access to the current kernel. On Ubuntu only
73 root has this privilege. You can add a script /etc/initramfs-tools/hooks/vmlinuz
74 with the following content to overcome the problem:
75
76 .. code-block:: bash
77
78     #!/bin/sh
79     echo "chmod a+r vmlinuz-*"
80     chmod a+r /boot/vmlinuz-*
81
82 The script should be chmod 755. It will be invoked whenever the initial RAM file
83 system is updated.
84
85 Using `virtualenv` to provide requirements
86 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
87
88 The recommended way to run the test suite, in order to ensure reproducibility
89 is to use `virtualenv` to set up the necessary environment.  This can be done
90 via the following commands:
91
92
93 .. code-block:: console
94
95     $ cd /path/to/u-boot
96     $ sudo apt-get install python3 python3-virtualenv
97     $ virtualenv -p /usr/bin/python3 venv
98     $ . ./venv/bin/activate
99     $ pip install -r test/py/requirements.txt
100
101 Testing sandbox
102 ---------------
103
104 To run the test suite on the sandbox port (U-Boot built as a native user-space
105 application), simply execute:
106
107 .. code-block:: bash
108
109     ./test/py/test.py --bd sandbox --build
110
111 The `--bd` option tells the test suite which board type is being tested. This
112 lets the test suite know which features the board has, and hence exactly what
113 can be tested.
114
115 The `--build` option tells U-Boot to compile U-Boot. Alternatively, you may
116 omit this option and build U-Boot yourself, in whatever way you choose, before
117 running the test script.
118
119 The test script will attach to U-Boot, execute all valid tests for the board,
120 then print a summary of the test process. A complete log of the test session
121 will be written to `${build_dir}/test-log.html`. This is best viewed in a web
122 browser, but may be read directly as plain text, perhaps with the aid of the
123 `html2text` utility.
124
125 If sandbox crashes (e.g. with a segfault) you will see message like this::
126
127
128     test/py/u_boot_spawn.py:171: in expect
129         c = os.read(self.fd, 1024).decode(errors='replace')
130     E   ValueError: U-Boot exited with signal 11 (Signals.SIGSEGV)
131
132
133 Controlling output
134 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
135
136 By default a short backtrace is reported. If you would like a longer one,
137 pass ``--tb=long`` when running the test. See the pytest documentation for
138 more options.
139
140 Running tests in parallel
141 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
142
143 Note: Not all tests can run in parallel at present, so the usual approach is
144 to just run those that can.
145
146 First install support for parallel tests::
147
148     sudo apt install python3-pytest-xdist
149
150 or:::
151
152     pip3 install pytest-xdist
153
154 Then run the tests in parallel using the -n flag::
155
156     test/py/test.py -B sandbox --build --build-dir /tmp/b/sandbox -q -k \
157         'not slow and not bootstd and not spi_flash' -n16
158
159 You can also use `make pcheck` to run all tests in parallel. This uses a maximum
160 of 16 threads, since the setup time is significant and there are under 1000
161 tests.
162
163 Note that the `test-log.html` output does not work correctly at present with
164 parallel testing. All the threads write to it at once, so it is garbled.
165
166 Note that the `tools/` tests still run each tool's tests once after the other,
167 although within that, they do run in parallel. So for example, the buildman
168 tests run in parallel, then the binman tests run in parallel. There would be a
169 significant advantage to running them all in parallel together, but that would
170 require a large amount of refactoring, e.g. with more use of pytest fixtures.
171 The code-coverage tests are omitted since they cannot run in parallel due to a
172 Python limitation.
173
174
175 Testing under a debugger
176 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
177
178 If you need to run sandbox under a debugger, you may pass the command-line
179 option `--gdbserver COMM`. This causes two things to happens:
180
181 - Instead of running U-Boot directly, it will be run under gdbserver, with
182   debug communication via the channel `COMM`. You can attach a debugger to the
183   sandbox process in order to debug it. See `man gdbserver` and the example
184   below for details of valid values for `COMM`.
185 - All timeouts in tests are disabled, allowing U-Boot an arbitrary amount of
186   time to execute commands. This is useful if U-Boot is stopped at a breakpoint
187   during debugging.
188
189 A usage example is:
190
191 Window 1:
192
193 .. code-block:: bash
194
195     ./test/py/test.py --bd sandbox --gdbserver localhost:1234
196
197 Window 2:
198
199 .. code-block:: bash
200
201     gdb ./build-sandbox/u-boot -ex 'target remote localhost:1234'
202
203 Alternatively, you could leave off the `-ex` option and type the command
204 manually into gdb once it starts.
205
206 You can use any debugger you wish, as long as it speaks the gdb remote
207 protocol, or any graphical wrapper around gdb.
208
209 Some tests deliberately cause the sandbox process to exit, e.g. to test the
210 reset command, or sandbox's CTRL-C handling. When this happens, you will need
211 to attach the debugger to the new sandbox instance. If these tests are not
212 relevant to your debugging session, you can skip them using pytest's -k
213 command-line option; see the next section.
214
215 Command-line options
216 --------------------
217
218 --board-type, --bd, -B
219   set the type of the board to be tested. For example, `sandbox` or `seaboard`.
220
221 --board-identity`, --id
222   sets the identity of the board to be tested. This allows differentiation
223   between multiple instances of the same type of physical board that are
224   attached to the same host machine. This parameter is not interpreted by th
225   test script in any way, but rather is simply passed to the hook scripts
226   described below, and may be used in any site-specific way deemed necessary.
227
228 --build
229   indicates that the test script should compile U-Boot itself before running
230   the tests. If using this option, make sure that any environment variables
231   required by the build process are already set, such as `$CROSS_COMPILE`.
232
233 --buildman
234   indicates that `--build` should use buildman to build U-Boot. There is no need
235   to set $CROSS_COMPILE` in this case since buildman handles it.
236
237 --build-dir
238   sets the directory containing the compiled U-Boot binaries. If omitted, this
239   is `${source_dir}/build-${board_type}`.
240
241 --result-dir
242   sets the directory to write results, such as log files, into.
243   If omitted, the build directory is used.
244
245 --persistent-data-dir
246   sets the directory used to store persistent test data. This is test data that
247   may be re-used across test runs, such as file-system images.
248
249 `pytest` also implements a number of its own command-line options. Commonly used
250 options are mentioned below. Please see `pytest` documentation for complete
251 details. Execute `py.test --version` for a brief summary. Note that U-Boot's
252 test.py script passes all command-line arguments directly to `pytest` for
253 processing.
254
255 -k
256   selects which tests to run. The default is to run all known tests. This
257   option takes a single argument which is used to filter test names. Simple
258   logical operators are supported. For example:
259
260   - `'-k ums'` runs only tests with "ums" in their name.
261   - `'-k ut_dm'` runs only tests with "ut_dm" in their name. Note that in this
262     case, "ut_dm" is a parameter to a test rather than the test name. The full
263     test name is e.g. "test_ut[ut_dm_leak]".
264   - `'-k not reset'` runs everything except tests with "reset" in their name.
265   - `'-k ut or hush'` runs only tests with "ut" or "hush" in their name.
266   - `'-k not (ut or hush)'` runs everything except tests with "ut" or "hush" in
267     their name.
268
269 -s
270   prevents pytest from hiding a test's stdout. This allows you to see
271   U-Boot's console log in real time on pytest's stdout.
272
273 Testing real hardware
274 ---------------------
275
276 The tools and techniques used to interact with real hardware will vary
277 radically between different host and target systems, and the whims of the user.
278 For this reason, the test suite does not attempt to directly interact with real
279 hardware in any way. Rather, it executes a standardized set of "hook" scripts
280 via `$PATH`. These scripts implement certain actions on behalf of the test
281 suite. This keeps the test suite simple and isolated from system variances
282 unrelated to U-Boot features.
283
284 Hook scripts
285 ~~~~~~~~~~~~
286
287 Environment variables
288 '''''''''''''''''''''
289
290 The following environment variables are set when running hook scripts:
291
292 - `UBOOT_BOARD_TYPE` the board type being tested.
293 - `UBOOT_BOARD_IDENTITY` the board identity being tested, or `na` if none was
294   specified.
295 - `UBOOT_SOURCE_DIR` the U-Boot source directory.
296 - `UBOOT_TEST_PY_DIR` the full path to `test/py/` in the source directory.
297 - `UBOOT_BUILD_DIR` the U-Boot build directory.
298 - `UBOOT_RESULT_DIR` the test result directory.
299 - `UBOOT_PERSISTENT_DATA_DIR` the test persistent data directory.
300
301 u-boot-test-console
302 '''''''''''''''''''
303
304 This script provides access to the U-Boot console. The script's stdin/stdout
305 should be connected to the board's console. This process should continue to run
306 indefinitely, until killed. The test suite will run this script in parallel
307 with all other hooks.
308
309 This script may be implemented e.g. by executing `cu`, `kermit`, `conmux`, etc.
310 via exec().
311
312 If you are able to run U-Boot under a hardware simulator such as QEMU, then
313 you would likely spawn that simulator from this script. However, note that
314 `u-boot-test-reset` may be called multiple times per test script run, and must
315 cause U-Boot to start execution from scratch each time. Hopefully your
316 simulator includes a virtual reset button! If not, you can launch the
317 simulator from `u-boot-test-reset` instead, while arranging for this console
318 process to always communicate with the current simulator instance.
319
320 u-boot-test-flash
321 '''''''''''''''''
322
323 Prior to running the test suite against a board, some arrangement must be made
324 so that the board executes the particular U-Boot binary to be tested. Often
325 this involves writing the U-Boot binary to the board's flash ROM. The test
326 suite calls this hook script for that purpose.
327
328 This script should perform the entire flashing process synchronously; the
329 script should only exit once flashing is complete, and a board reset will
330 cause the newly flashed U-Boot binary to be executed.
331
332 It is conceivable that this script will do nothing. This might be useful in
333 the following cases:
334
335 - Some other process has already written the desired U-Boot binary into the
336   board's flash prior to running the test suite.
337 - The board allows U-Boot to be downloaded directly into RAM, and executed
338   from there. Use of this feature will reduce wear on the board's flash, so
339   may be preferable if available, and if cold boot testing of U-Boot is not
340   required. If this feature is used, the `u-boot-test-reset` script should
341   perform this download, since the board could conceivably be reset multiple
342   times in a single test run.
343
344 It is up to the user to determine if those situations exist, and to code this
345 hook script appropriately.
346
347 This script will typically be implemented by calling out to some SoC- or
348 board-specific vendor flashing utility.
349
350 u-boot-test-reset
351 '''''''''''''''''
352
353 Whenever the test suite needs to reset the target board, this script is
354 executed. This is guaranteed to happen at least once, prior to executing the
355 first test function. If any test fails, the test infra-structure will execute
356 this script again to restore U-Boot to an operational state before running the
357 next test function.
358
359 This script will likely be implemented by communicating with some form of
360 relay or electronic switch attached to the board's reset signal.
361
362 The semantics of this script require that when it is executed, U-Boot will
363 start running from scratch. If the U-Boot binary to be tested has been written
364 to flash, pulsing the board's reset signal is likely all this script needs to
365 do. However, in some scenarios, this script may perform other actions. For
366 example, it may call out to some SoC- or board-specific vendor utility in order
367 to download the U-Boot binary directly into RAM and execute it. This would
368 avoid the need for `u-boot-test-flash` to actually write U-Boot to flash, thus
369 saving wear on the flash chip(s).
370
371 Examples
372 ''''''''
373
374 https://source.denx.de/u-boot/u-boot-test-hooks contains some working example hook
375 scripts, and may be useful as a reference when implementing hook scripts for
376 your platform. These scripts are not considered part of U-Boot itself.
377
378 Board-type-specific configuration
379 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
380
381 Each board has a different configuration and behaviour. Many of these
382 differences can be automatically detected by parsing the `.config` file in the
383 build directory. However, some differences can't yet be handled automatically.
384
385 For each board, an optional Python module `u_boot_board_${board_type}` may exist
386 to provide board-specific information to the test script. Any global value
387 defined in these modules is available for use by any test function. The data
388 contained in these scripts must be purely derived from U-Boot source code.
389 Hence, these configuration files are part of the U-Boot source tree too.
390
391 Execution environment configuration
392 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
393
394 Each user's hardware setup may enable testing different subsets of the features
395 implemented by a particular board's configuration of U-Boot. For example, a
396 U-Boot configuration may support USB device mode and USB Mass Storage, but this
397 can only be tested if a USB cable is connected between the board and the host
398 machine running the test script.
399
400 For each board, optional Python modules `u_boot_boardenv_${board_type}` and
401 `u_boot_boardenv_${board_type}_${board_identity}` may exist to provide
402 board-specific and board-identity-specific information to the test script. Any
403 global value defined in these modules is available for use by any test
404 function. The data contained in these is specific to a particular user's
405 hardware configuration. Hence, these configuration files are not part of the
406 U-Boot source tree, and should be installed outside of the source tree. Users
407 should set `$PYTHONPATH` prior to running the test script to allow these
408 modules to be loaded.
409
410 Board module parameter usage
411 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
412
413 The test scripts rely on the following variables being defined by the board
414 module:
415
416 - none at present
417
418 U-Boot `.config` feature usage
419 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
420
421 The test scripts rely on various U-Boot `.config` features, either directly in
422 order to test those features, or indirectly in order to query information from
423 the running U-Boot instance in order to test other features.
424
425 One example is that testing of the `md` command requires knowledge of a RAM
426 address to use for the test. This data is parsed from the output of the
427 `bdinfo` command, and hence relies on CONFIG_CMD_BDI being enabled.
428
429 For a complete list of dependencies, please search the test scripts for
430 instances of:
431
432 - `buildconfig.get(...`
433 - `@pytest.mark.buildconfigspec(...`
434 - `@pytest.mark.notbuildconfigspec(...`
435
436 Complete invocation example
437 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
438
439 Assuming that you have installed the hook scripts into $HOME/ubtest/bin, and
440 any required environment configuration Python modules into $HOME/ubtest/py,
441 then you would likely invoke the test script as follows:
442
443 If U-Boot has already been built:
444
445 .. code-block:: bash
446
447     PATH=$HOME/ubtest/bin:$PATH \
448     PYTHONPATH=${HOME}/ubtest/py/${HOSTNAME}:${PYTHONPATH} \
449     ./test/py/test.py --bd seaboard
450
451 If you want the test script to compile U-Boot for you too, then you likely
452 need to set `$CROSS_COMPILE` to allow this, and invoke the test script as
453 follows:
454
455 .. code-block:: bash
456
457     CROSS_COMPILE=arm-none-eabi- \
458     PATH=$HOME/ubtest/bin:$PATH \
459     PYTHONPATH=${HOME}/ubtest/py/${HOSTNAME}:${PYTHONPATH} \
460     ./test/py/test.py --bd seaboard --build
461
462 or, using buildman to handle it:
463
464 .. code-block:: bash
465
466     PATH=$HOME/ubtest/bin:$PATH \
467     PYTHONPATH=${HOME}/ubtest/py/${HOSTNAME}:${PYTHONPATH} \
468     ./test/py/test.py --bd seaboard --build --buildman
469
470 Writing tests
471 -------------
472
473 Please refer to the pytest documentation for details of writing pytest tests.
474 Details specific to the U-Boot test suite are described below.
475
476 A test fixture named `u_boot_console` should be used by each test function. This
477 provides the means to interact with the U-Boot console, and retrieve board and
478 environment configuration information.
479
480 The function `u_boot_console.run_command()` executes a shell command on the
481 U-Boot console, and returns all output from that command. This allows
482 validation or interpretation of the command output. This function validates
483 that certain strings are not seen on the U-Boot console. These include shell
484 error messages and the U-Boot sign-on message (in order to detect unexpected
485 board resets). See the source of `u_boot_console_base.py` for a complete list of
486 "bad" strings. Some test scenarios are expected to trigger these strings. Use
487 `u_boot_console.disable_check()` to temporarily disable checking for specific
488 strings. See `test_unknown_cmd.py` for an example.
489
490 Board- and board-environment configuration values may be accessed as sub-fields
491 of the `u_boot_console.config` object, for example
492 `u_boot_console.config.ram_base`.
493
494 Build configuration values (from `.config`) may be accessed via the dictionary
495 `u_boot_console.config.buildconfig`, with keys equal to the Kconfig variable
496 names.