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