試論嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的原則及模式

陳元博 邵 健

(曲阜師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，山東 日照 276826)

嵌入式軟件是指嵌入在硬件中的操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)工具。軟件嵌入式擁有悠久的歷史，從一開(kāi)始主要集中在軍事領(lǐng)域、航空領(lǐng)域以及工業(yè)過(guò)程控制等領(lǐng)域。為適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，經(jīng)過(guò)數(shù)年的發(fā)展，從上世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始，隨著互聯(lián)網(wǎng)和通訊信息等事物的興起使嵌入式系統(tǒng)逐漸進(jìn)入了人們的生活當(dāng)中。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是其中心，。嵌入式系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、專用性以及有限性等特點(diǎn)。與常規(guī)的系統(tǒng)軟件相比，嵌入式軟件的設(shè)計(jì)既有共同的特點(diǎn)，又存在特殊性。隨著人們知識(shí)水平的提高以及生活的需要，嵌入式軟件的使用程度越來(lái)越廣泛，因此，對(duì)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的要求越來(lái)越高。為促進(jìn)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的不斷發(fā)展，我們應(yīng)該加深對(duì)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)原則及模式的研究。

一 嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的方法

研究嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的原則與模式，應(yīng)從根本出發(fā)，既了解嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的方法。嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的方法包括結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法、基于構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法等。

1.結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法

作為各種設(shè)計(jì)方法中使用最廣泛的設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法有著獨(dú)特的自身優(yōu)勢(shì)。分為兩種不同的設(shè)計(jì)方法。一是單任務(wù)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，它的核心是根據(jù)結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)原則，將各個(gè)時(shí)間的處理模式驚醒較好的處理，然后循環(huán)調(diào)用。二是多任務(wù)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，它是先將模塊進(jìn)行劃分，然后將模塊進(jìn)行綜合。但是，多任務(wù)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法要求過(guò)高，因此，無(wú)法在嵌入式軟件中使用。

2.面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法符合人們的思考方式，與多任務(wù)設(shè)計(jì)方法不同，它將數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)上的操作密封于實(shí)體中，想要訪問(wèn)對(duì)象，只能通過(guò)消息的方式，這相對(duì)增加了安全系數(shù)。另外，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法可以捕捉大規(guī)模應(yīng)用的設(shè)計(jì)模式，將軟件體系結(jié)構(gòu)的重用性大大提高。有利于將軟件的擴(kuò)展性、維護(hù)性和重用性提升到新的高度。

3.基于構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法

基于構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性。其具有的獨(dú)特性更加強(qiáng)調(diào)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)目的的手段，其重用性更加側(cè)重于構(gòu)件對(duì)軟件的重要性。

二 嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的原則和模式

在了解嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的方法后，有利于指導(dǎo)我們進(jìn)行嵌入式軟件開(kāi)發(fā)原則及模式的研究。

1.對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，做好接口定義。

對(duì)于嵌入式軟件開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，全面分析系統(tǒng)有利于推進(jìn)開(kāi)發(fā)的進(jìn)行。

(1)做好前期分析，形成指導(dǎo)提綱

對(duì)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)做到認(rèn)真仔細(xì)是系統(tǒng)分析的要求，不僅要做到用心考慮細(xì)節(jié)，而且要系統(tǒng)考慮整體。這就要求我們，在做系統(tǒng)分析這項(xiàng)工作之前，一定要把前期分析做好，形成切實(shí)可行的提綱，這樣做有利于開(kāi)發(fā)者提高效率。分析工作對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作意義重大，這就要求我們，不能局限于大腦中的思考，要形成書(shū)面記載，否則，很難全面分析，很難分析的透徹。較好的實(shí)現(xiàn)方案，能幫助設(shè)計(jì)者整理思路，在工作中少走彎路。并且，我們還可以利用不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方法來(lái)提高程序的效率。

(2)接口以及定義

對(duì)一個(gè)外部調(diào)用函數(shù)的較為完整的定義就是接口的含義。在一個(gè)模塊設(shè)計(jì)中，通常會(huì)有很多功能相對(duì)簡(jiǎn)單，但卻對(duì)實(shí)現(xiàn)重要模塊有輔助作用的局部函數(shù)。外部調(diào)用所設(shè)計(jì)的那些函數(shù)，對(duì)于它們的參數(shù)類型、參數(shù)范圍及限制必須清楚，這就是討論的接口。

我們必須分清外部調(diào)用的函數(shù)和內(nèi)部使用的函數(shù)。一般情況下，有一個(gè)定義多個(gè)源文件的頭文件。最好將那些外部調(diào)用接口以集中放置在頭文件中。此外，我們也應(yīng)該集中放置局部調(diào)用函數(shù)的聲明，以便方便文件的閱讀。還有一點(diǎn)，加上簡(jiǎn)單的注釋可以保護(hù)頭文件的簡(jiǎn)介。

2.優(yōu)化函數(shù)算法

對(duì)于嵌入式軟件來(lái)說(shuō)，算法是非常重要的。為提高軟件性能，改進(jìn)軟件，我們應(yīng)優(yōu)化函數(shù)算法。

優(yōu)化函數(shù)算法主要有以下幾種方式：(1)簡(jiǎn)單化，把完整的短句用縮略詞代替。(2)一致性，包括函數(shù)名的大小寫(xiě)、分隔符的使用以及其風(fēng)格的一致性。(3)良好的習(xí)慣，頭文件是非常復(fù)雜的，有很多需要定義的的常量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和外部函數(shù)，這就要求必須保證良好的習(xí)慣。

算法的優(yōu)化對(duì)于函數(shù)的實(shí)現(xiàn)相當(dāng)重要。事實(shí)上，軟件策略同樣是算法的一種。因此，程序設(shè)計(jì)中的算法是包括了計(jì)算方法設(shè)計(jì)的算法以及音視頻使用的算法，是一種廣義的概念。算法也體現(xiàn)在循環(huán)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。

程序算法的優(yōu)化，目的主要有兩個(gè)：一個(gè)是時(shí)間上的優(yōu)化——優(yōu)化運(yùn)行時(shí)間另一個(gè)是空間上的優(yōu)化——優(yōu)化代碼的存儲(chǔ)空間。優(yōu)化后占用的內(nèi)存空間減小，運(yùn)行也得以提高。如果能夠?qū)烧呒骖?，那樣最好，但往往不如所愿，因此，要具體情況具體分析。

3.簡(jiǎn)化代碼，增加注釋

作為程序設(shè)計(jì)后期進(jìn)行的工作，一是，對(duì)局部代碼進(jìn)行優(yōu)化，如改變循環(huán)體結(jié)構(gòu)、合并類似分支等，二是，刪除局部無(wú)用變量，修改代碼，補(bǔ)充注釋，增強(qiáng)代碼的可讀性。

4.測(cè)試改進(jìn)

程序設(shè)計(jì)后期，必不可少的工作就是調(diào)試和該進(jìn)設(shè)計(jì)好的程序。它是一個(gè)重要的工作過(guò)程，它可以發(fā)現(xiàn)程序漏洞、完善程序功能。在這個(gè)過(guò)程中，要做到系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)需要與其他模塊互動(dòng)。其次，是對(duì)做好的分析文檔進(jìn)行完善，這回對(duì)整個(gè)嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)起到很大的幫助。

三 結(jié)束語(yǔ)

嵌入式軟件憑借其自身鮮明的特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域，它的開(kāi)發(fā)具有中煙價(jià)值，開(kāi)發(fā)過(guò)程不斷進(jìn)步。本文從不同角度提出了一些原則和模式，希望可以在今后的設(shè)計(jì)工作中起到一定的作用，促進(jìn)相關(guān)開(kāi)發(fā)工作的進(jìn)行。

［1]電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院.CRTOS x86/pm嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)［Z].增補(bǔ)版.成都：電子科技大學(xué)，2011.

［2]趙秋云，魏樂(lè)，劉文清.嵌入式軟件的構(gòu)件化開(kāi)發(fā)研究［J].科技資訊.2011