test: Support tests which can only be run manually
[platform/kernel/u-boot.git] / doc / develop / tests_writing.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2 .. Copyright 2021 Google LLC
3 .. sectionauthor:: Simon Glass <sjg@chromium.org>
4
5 Writing Tests
6 =============
7
8 This describes how to write tests in U-Boot and describes the possible options.
9
10 Test types
11 ----------
12
13 There are two basic types of test in U-Boot:
14
15   - Python tests, in test/py/tests
16   - C tests, in test/ and its subdirectories
17
18 (there are also UEFI tests in lib/efi_selftest/ not considered here.)
19
20 Python tests talk to U-Boot via the command line. They support both sandbox and
21 real hardware. They typically do not require building test code into U-Boot
22 itself. They are fairly slow to run, due to the command-line interface and there
23 being two separate processes. Python tests are fairly easy to write. They can
24 be a little tricky to debug sometimes due to the voluminous output of pytest.
25
26 C tests are written directly in U-Boot. While they can be used on boards, they
27 are more commonly used with sandbox, as they obviously add to U-Boot code size.
28 C tests are easy to write so long as the required facilities exist. Where they
29 do not it can involve refactoring or adding new features to sandbox. They are
30 fast to run and easy to debug.
31
32 Regardless of which test type is used, all tests are collected and run by the
33 pytest framework, so there is typically no need to run them separately. This
34 means that C tests can be used when it makes sense, and Python tests when it
35 doesn't.
36
37
38 This table shows how to decide whether to write a C or Python test:
39
40 =====================  ===========================  =============================
41 Attribute              C test                       Python test
42 =====================  ===========================  =============================
43 Fast to run?           Yes                          No (two separate processes)
44 Easy to write?         Yes, if required test        Yes
45                        features exist in sandbox
46                        or the target system
47 Needs code in U-Boot?  Yes                          No, provided the test can be
48                                                     executed and the result
49                                                     determined using the command
50                                                     line
51 Easy to debug?         Yes                          No, since access to the U-Boot
52                                                     state is not available and the
53                                                     amount of output can
54                                                     sometimes require a bit of
55                                                     digging
56 Can use gdb?           Yes, directly                Yes, with --gdbserver
57 Can run on boards?     Some can, but only if        Some
58                        compiled in and not
59                        dependent on sandboxau
60 =====================  ===========================  =============================
61
62
63 Python or C
64 -----------
65
66 Typically in U-Boot we encourage C test using sandbox for all features. This
67 allows fast testing, easy development and allows contributors to make changes
68 without needing dozens of boards to test with.
69
70 When a test requires setup or interaction with the running host (such as to
71 generate images and then running U-Boot to check that they can be loaded), or
72 cannot be run on sandbox, Python tests should be used. These should typically
73 NOT rely on running with sandbox, but instead should function correctly on any
74 board supported by U-Boot.
75
76
77 Mixing Python and C
78 -------------------
79
80 The best of both worlds is sometimes to have a Python test set things up and
81 perform some operations, with a 'checker' C unit test doing the checks
82 afterwards. This can be achieved with these steps:
83
84 - Add the `UT_TESTF_MANUAL` flag to the checker test so that the `ut` command
85   does not run it by default
86 - Add a `_norun` suffix to the name so that pytest knows to skip it too
87
88 In your Python test use the `-f` flag to the `ut` command to force the checker
89 test to run it, e.g.::
90
91    # Do the Python part
92    host load ...
93    bootm ...
94
95    # Run the checker to make sure that everything worked
96    ut -f bootstd vbe_test_fixup_norun
97
98 Note that apart from the `UT_TESTF_MANUAL` flag, the code in a 'manual' C test
99 is just like any other C test. It still uses ut_assert...() and other such
100 constructs, in this case to check that the expected things happened in the
101 Python test.
102
103
104 How slow are Python tests?
105 --------------------------
106
107 Under the hood, when running on sandbox, Python tests work by starting a sandbox
108 test and connecting to it via a pipe. Each interaction with the U-Boot process
109 requires at least a context switch to handle the pipe interaction. The test
110 sends a command to U-Boot, which then reacts and shows some output, then the
111 test sees that and continues. Of course on real hardware, communications delays
112 (e.g. with a serial console) make this slower.
113
114 For comparison, consider a test that checks the 'md' (memory dump). All times
115 below are approximate, as measured on an AMD 2950X system. Here is is the test
116 in Python::
117
118    @pytest.mark.buildconfigspec('cmd_memory')
119    def test_md(u_boot_console):
120        """Test that md reads memory as expected, and that memory can be modified
121        using the mw command."""
122
123        ram_base = u_boot_utils.find_ram_base(u_boot_console)
124        addr = '%08x' % ram_base
125        val = 'a5f09876'
126        expected_response = addr + ': ' + val
127        u_boot_console.run_command('mw ' + addr + ' 0 10')
128        response = u_boot_console.run_command('md ' + addr + ' 10')
129        assert(not (expected_response in response))
130        u_boot_console.run_command('mw ' + addr + ' ' + val)
131        response = u_boot_console.run_command('md ' + addr + ' 10')
132        assert(expected_response in response)
133
134 This runs a few commands and checks the output. Note that it runs a command,
135 waits for the response and then checks it agains what is expected. If run by
136 itself it takes around 800ms, including test collection. For 1000 runs it takes
137 19 seconds, or 19ms per run. Of course 1000 runs it not that useful since we
138 only want to run it once.
139
140 There is no exactly equivalent C test, but here is a similar one that tests 'ms'
141 (memory search)::
142
143    /* Test 'ms' command with bytes */
144    static int mem_test_ms_b(struct unit_test_state *uts)
145    {
146       u8 *buf;
147
148       buf = map_sysmem(0, BUF_SIZE + 1);
149       memset(buf, '\0', BUF_SIZE);
150       buf[0x0] = 0x12;
151       buf[0x31] = 0x12;
152       buf[0xff] = 0x12;
153       buf[0x100] = 0x12;
154       ut_assertok(console_record_reset_enable());
155       run_command("ms.b 1 ff 12", 0);
156       ut_assert_nextline("00000030: 00 12 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................");
157       ut_assert_nextline("--");
158       ut_assert_nextline("000000f0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 12    ................");
159       ut_assert_nextline("2 matches");
160       ut_assert_console_end();
161
162       ut_asserteq(2, env_get_hex("memmatches", 0));
163       ut_asserteq(0xff, env_get_hex("memaddr", 0));
164       ut_asserteq(0xfe, env_get_hex("mempos", 0));
165
166       unmap_sysmem(buf);
167
168       return 0;
169    }
170    MEM_TEST(mem_test_ms_b, UT_TESTF_CONSOLE_REC);
171
172 This runs the command directly in U-Boot, then checks the console output, also
173 directly in U-Boot. If run by itself this takes 100ms. For 1000 runs it takes
174 660ms, or 0.66ms per run.
175
176 So overall running a C test is perhaps 8 times faster individually and the
177 interactions are perhaps 25 times faster.
178
179 It should also be noted that the C test is fairly easy to debug. You can set a
180 breakpoint on do_mem_search(), which is what implements the 'ms' command,
181 single step to see what might be wrong, etc. That is also possible with the
182 pytest, but requires two terminals and --gdbserver.
183
184
185 Why does speed matter?
186 ----------------------
187
188 Many development activities rely on running tests:
189
190   - 'git bisect run make qcheck' can be used to find a failing commit
191   - test-driven development relies on quick iteration of build/test
192   - U-Boot's continuous integration (CI) systems make use of tests. Running
193       all sandbox tests typically takes 90 seconds and running each qemu test
194       takes about 30 seconds. This is currently dwarfed by the time taken to
195       build all boards
196
197 As U-Boot continues to grow its feature set, fast and reliable tests are a
198 critical factor factor in developer productivity and happiness.
199
200
201 Writing C tests
202 ---------------
203
204 C tests are arranged into suites which are typically executed by the 'ut'
205 command. Each suite is in its own file. This section describes how to accomplish
206 some common test tasks.
207
208 (there are also UEFI C tests in lib/efi_selftest/ not considered here.)
209
210 Add a new driver model test
211 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
212
213 Use this when adding a test for a new or existing uclass, adding new operations
214 or features to a uclass, adding new ofnode or dev_read_() functions, or anything
215 else related to driver model.
216
217 Find a suitable place for your test, perhaps near other test functions in
218 existing code, or in a new file. Each uclass should have its own test file.
219
220 Declare the test with::
221
222    /* Test that ... */
223    static int dm_test_uclassname_what(struct unit_test_state *uts)
224    {
225       /* test code here */
226
227       return 0;
228    }
229    DM_TEST(dm_test_uclassname_what, UT_TESTF_SCAN_FDT);
230
231 Replace 'uclassname' with the name of your uclass, if applicable. Replace 'what'
232 with what you are testing.
233
234 The flags for DM_TEST() are defined in test/test.h and you typically want
235 UT_TESTF_SCAN_FDT so that the devicetree is scanned and all devices are bound
236 and ready for use. The DM_TEST macro adds UT_TESTF_DM automatically so that
237 the test runner knows it is a driver model test.
238
239 Driver model tests are special in that the entire driver model state is
240 recreated anew for each test. This ensures that if a previous test deletes a
241 device, for example, it does not affect subsequent tests. Driver model tests
242 also run both with livetree and flattree, to ensure that both devicetree
243 implementations work as expected.
244
245 Example commit: c48cb7ebfb4 ("sandbox: add ADC unit tests") [1]
246
247 [1] https://gitlab.denx.de/u-boot/u-boot/-/commit/c48cb7ebfb4
248
249
250 Add a C test to an existing suite
251 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
252
253 Use this when you are adding to or modifying an existing feature outside driver
254 model. An example is bloblist.
255
256 Add a new function in the same file as the rest of the suite and register it
257 with the suite. For example, to add a new mem_search test::
258
259    /* Test 'ms' command with 32-bit values */
260    static int mem_test_ms_new_thing(struct unit_test_state *uts)
261    {
262          /* test code here*/
263
264          return 0;
265    }
266    MEM_TEST(mem_test_ms_new_thing, UT_TESTF_CONSOLE_REC);
267
268 Note that the MEM_TEST() macros is defined at the top of the file.
269
270 Example commit: 9fe064646d2 ("bloblist: Support relocating to a larger space") [1]
271
272 [1] https://gitlab.denx.de/u-boot/u-boot/-/commit/9fe064646d2
273
274
275 Add a new test suite
276 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
277
278 Each suite should focus on one feature or subsystem, so if you are writing a
279 new one of those, you should add a new suite.
280
281 Create a new file in test/ or a subdirectory and define a macro to register the
282 suite. For example::
283
284    #include <common.h>
285    #include <console.h>
286    #include <mapmem.h>
287    #include <dm/test.h>
288    #include <test/ut.h>
289
290    /* Declare a new wibble test */
291    #define WIBBLE_TEST(_name, _flags)   UNIT_TEST(_name, _flags, wibble_test)
292
293    /* Tetss go here */
294
295    /* At the bottom of the file: */
296
297    int do_ut_wibble(struct cmd_tbl *cmdtp, int flag, int argc, char *const argv[])
298    {
299      struct unit_test *tests = UNIT_TEST_SUITE_START(wibble_test);
300      const int n_ents = UNIT_TEST_SUITE_COUNT(wibble_test);
301
302      return cmd_ut_category("cmd_wibble", "wibble_test_", tests, n_ents, argc, argv);
303    }
304
305 Then add new tests to it as above.
306
307 Register this new suite in test/cmd_ut.c by adding to cmd_ut_sub[]::
308
309   /* Within cmd_ut_sub[]... */
310
311   U_BOOT_CMD_MKENT(wibble, CONFIG_SYS_MAXARGS, 1, do_ut_wibble, "", ""),
312
313 and adding new help to ut_help_text[]::
314
315   "ut wibble - Test the wibble feature\n"
316
317 If your feature is conditional on a particular Kconfig, then you can use #ifdef
318 to control that.
319
320 Finally, add the test to the build by adding to the Makefile in the same
321 directory::
322
323   obj-$(CONFIG_$(SPL_)CMDLINE) += wibble.o
324
325 Note that CMDLINE is never enabled in SPL, so this test will only be present in
326 U-Boot proper. See below for how to do SPL tests.
327
328 As before, you can add an extra Kconfig check if needed::
329
330   ifneq ($(CONFIG_$(SPL_)WIBBLE),)
331   obj-$(CONFIG_$(SPL_)CMDLINE) += wibble.o
332   endif
333
334
335 Example commit: 919e7a8fb64 ("test: Add a simple test for bloblist") [1]
336
337 [1] https://gitlab.denx.de/u-boot/u-boot/-/commit/919e7a8fb64
338
339
340 Making the test run from pytest
341 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
342
343 All C tests must run from pytest. Typically this is automatic, since pytest
344 scans the U-Boot executable for available tests to run. So long as you have a
345 'ut' subcommand for your test suite, it will run. The same applies for driver
346 model tests since they use the 'ut dm' subcommand.
347
348 See test/py/tests/test_ut.py for how unit tests are run.
349
350
351 Add a C test for SPL
352 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
353
354 Note: C tests are only available for sandbox_spl at present. There is currently
355 no mechanism in other boards to existing SPL tests even if they are built into
356 the image.
357
358 SPL tests cannot be run from the 'ut' command since there are no commands
359 available in SPL. Instead, sandbox (only) calls ut_run_list() on start-up, when
360 the -u flag is given. This runs the available unit tests, no matter what suite
361 they are in.
362
363 To create a new SPL test, follow the same rules as above, either adding to an
364 existing suite or creating a new one.
365
366 An example SPL test is spl_test_load().
367
368
369 Writing Python tests
370 --------------------
371
372 See :doc:`py_testing` for brief notes how to write Python tests. You
373 should be able to use the existing tests in test/py/tests as examples.