嵌入式軟件開(kāi)發(fā)及軟件架構(gòu)分析

張芮

關(guān)鍵詞：軟件架構(gòu)；嵌入式軟件；開(kāi)發(fā)模式

1引言

隨著科技的快速發(fā)展，關(guān)于嵌入式軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)水平也得到了良好的提升。所謂嵌入式軟件，主要是嵌入式系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，模塊化特性較為突出，可以較好地保證系統(tǒng)自身功能性。然而，因?yàn)槎喾矫嬉蛩氐挠绊懀缃袂度胧杰浖拈_(kāi)發(fā)以及架構(gòu)構(gòu)建中還存在一定的不足，所以為了能夠更好地開(kāi)展嵌入式軟件開(kāi)發(fā)以及架構(gòu)構(gòu)建，需要做好合理性分析。

2嵌入式軟件

這一類(lèi)軟件主要指的是圍繞硬件嵌入的操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)工具軟件。如今，對(duì)于這類(lèi)軟件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，所涵蓋的內(nèi)容有傳感器、微處理器以及控制器等。針對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行的研究，目前涉及得較為全面。從特征上來(lái)看，這類(lèi)軟件的突出表現(xiàn)有：有較高的可靠性、適用性以及程序代碼較為精簡(jiǎn)等。嵌入式軟件形式能夠使軟硬件之間形成緊密耦合，從而可以靈活多樣化地嵌入系統(tǒng)。

3軟件開(kāi)發(fā)及架構(gòu)構(gòu)建問(wèn)題

在進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，出于對(duì)系統(tǒng)資源消耗節(jié)約的考慮，進(jìn)行軟件編碼日寸，通常會(huì)優(yōu)先考慮用戶(hù)使用嵌入式軟件時(shí)的問(wèn)題來(lái)進(jìn)行研發(fā)。基于此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件在功能多樣化方面就會(huì)受到一定的制約，無(wú)法有效滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)軟件功能多元化的需求。因此，軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)人員在進(jìn)行開(kāi)發(fā)和架構(gòu)構(gòu)建時(shí)，需要統(tǒng)籌其中的問(wèn)題，并明確相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)思路。有關(guān)技術(shù)人員在落實(shí)這一項(xiàng)工作時(shí)，需要解決軟件自身問(wèn)題，同時(shí)需要滿(mǎn)足用戶(hù)提出的功能多樣化要求，最大限度地保證開(kāi)發(fā)軟件在穩(wěn)定性和兼容性方面都有良好的表現(xiàn)。針對(duì)這類(lèi)問(wèn)題，軟件開(kāi)發(fā)人員在編寫(xiě)嵌入式軟件的系統(tǒng)中間層代碼時(shí)，需要合理地增加新的代碼，確保處理的科學(xué)性，以使軟件在實(shí)際使用時(shí)能夠有較好的性能和較高的效率。另外，嵌入式軟件在操作和實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)楣δ軐?duì)接口驅(qū)動(dòng)方面會(huì)存在相應(yīng)的差別，基于這一問(wèn)題的考慮，在進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，對(duì)其兼容性需要進(jìn)行逐步改進(jìn)和優(yōu)化，對(duì)于部分硬件接口，可以進(jìn)行系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)層代碼的重新編寫(xiě)。

4嵌入式軟件開(kāi)發(fā)模式分析

這類(lèi)軟件開(kāi)發(fā)的形式，與桌面軟件進(jìn)行比較，還存在一定的不同。具體來(lái)講，對(duì)于嵌入式軟件進(jìn)行的研發(fā)，涉及的內(nèi)容需要進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，并且對(duì)于其中的問(wèn)題要進(jìn)行有序解決。比如，關(guān)于代碼的編譯，其硬件系統(tǒng)不同，編譯植入也需要有科學(xué)的應(yīng)對(duì)，注意其兼容性以及穿插性互譯。基于此，其為軟件開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)。如果沒(méi)有獲得良好的解決，開(kāi)發(fā)出的軟件系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)就不夠靈活，無(wú)法有效地適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需求。為了能夠使信息資源的傳遞和交換得到最大化的實(shí)現(xiàn)，軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，可以借助多平臺(tái)研發(fā)條件以及配套交付方式進(jìn)行，以提高研發(fā)的質(zhì)量，同時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)軟件功能的需求。如今，這樣的方式對(duì)該類(lèi)軟件的開(kāi)發(fā)起到了良好的推動(dòng)作用。

針對(duì)這類(lèi)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)的初級(jí)階段，最主要的是準(zhǔn)備工作，開(kāi)發(fā)涉及的內(nèi)容包含相關(guān)設(shè)施和有關(guān)研發(fā)環(huán)境。同時(shí)，對(duì)于技術(shù)人員來(lái)講，最重要的是需要依托模擬設(shè)備的反饋模塊對(duì)相關(guān)代碼進(jìn)行逐步調(diào)試。而在這一環(huán)節(jié)中，相關(guān)人員最重要的是針對(duì)其應(yīng)用程序開(kāi)展編譯工作，然后通過(guò)初始運(yùn)行的方式對(duì)系統(tǒng)相應(yīng)的性能進(jìn)行檢測(cè)，依照檢測(cè)獲得的結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中如果遇到漏洞和缺陷，技術(shù)人員就需要針對(duì)其修改有關(guān)的程序代碼，這樣反復(fù)不斷修正，以使系統(tǒng)逐步完善。上述工作完成后，接下來(lái)進(jìn)行模擬設(shè)備的反饋，技術(shù)人員針對(duì)代碼進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要注意做好相應(yīng)的分類(lèi)，同時(shí)在分完類(lèi)別的前提下開(kāi)展集成化編譯，并進(jìn)行有關(guān)運(yùn)行和調(diào)試工作。這樣的編譯方式最開(kāi)始是編人目標(biāo)系統(tǒng)中，開(kāi)展試運(yùn)行工作，然后對(duì)于調(diào)試過(guò)程形成完整的評(píng)估數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)告的分析，找出其中存在的問(wèn)題，技術(shù)人員會(huì)針對(duì)其問(wèn)題進(jìn)行編碼的改進(jìn)和優(yōu)化。

5嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)方法

5.1結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法

這樣的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)方式主要分為單一化和多樣化的任務(wù)形式。前一種形式設(shè)計(jì)主要遵循結(jié)構(gòu)化原則，相應(yīng)地處理不同時(shí)間的模式，然后以此為核心達(dá)到循環(huán)調(diào)用的目的。后者的設(shè)計(jì)形式主要遵循模塊劃分的原則，對(duì)相應(yīng)的模塊進(jìn)行綜合化使用。不過(guò)，因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)方法在各方面都有較高的要求，所以，對(duì)嵌入式軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，應(yīng)用得比較謹(jǐn)慎。

5.2面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法

這種方法比較貼近人類(lèi)的思維模式，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)象存在訪(fǎng)問(wèn)需求時(shí)，以相應(yīng)信息為基礎(chǔ)，這樣開(kāi)展的設(shè)計(jì)工作就會(huì)有更高的安全性。并且，采取這一設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方式，針對(duì)較大規(guī)模的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，也可以獲得良好的效果，軟件結(jié)構(gòu)可以更好地體現(xiàn)其功能性，同時(shí)有關(guān)軟件也會(huì)有更加可靠的維護(hù)性和擴(kuò)展性。

6軟件架構(gòu)

6.1應(yīng)用架構(gòu)

這一類(lèi)軟件的應(yīng)用架構(gòu)主要?jiǎng)澐譃椴煌膶蛹?jí)，其中包含接人層、應(yīng)用層以及基礎(chǔ)層。一般來(lái)講，對(duì)這類(lèi)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的功能性設(shè)計(jì)時(shí)，用戶(hù)可以使用的方法主要有三種，可以使用手機(jī)設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備以及遠(yuǎn)程遙控，以達(dá)到對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的管理以及安全控制，借助通信、采集等方式，應(yīng)用層面可以對(duì)相應(yīng)的硬件設(shè)備進(jìn)行有效控制，如電子電器、儀表等，從而能夠較好地滿(mǎn)足用戶(hù)功能需求。圖1是嵌入式軟件應(yīng)用架構(gòu)圖。

對(duì)于嵌入式軟件的不同層面，經(jīng)過(guò)代碼的協(xié)調(diào)處理，可以使相應(yīng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)功能，通過(guò)接口和有關(guān)設(shè)備連接，并且在不同設(shè)備的作用下，系統(tǒng)整體運(yùn)行得以實(shí)現(xiàn)。在接人層，接收到這一方面的需求時(shí)，其系統(tǒng)功能以及接人端的需求都要進(jìn)行科學(xué)的配置，以確保軟件系統(tǒng)能夠達(dá)到相應(yīng)的要求。而對(duì)于微內(nèi)核層，最重要的是系統(tǒng)需要達(dá)到調(diào)控任務(wù)的目的，并且依照存儲(chǔ)以及分配的功能，使系統(tǒng)軟件當(dāng)中的應(yīng)用程序組件可以得到循環(huán)再利用，這樣的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能夠使其投入運(yùn)行后，在系統(tǒng)資源方面可以更好地降低損耗，繼而使軟件在開(kāi)展工作時(shí)能夠有更高的質(zhì)量和效率。另外，在面對(duì)用戶(hù)時(shí)，需要考慮的是有關(guān)服務(wù)功能需求，主要是讓軟件的使用范圍得以良好的擴(kuò)展。再者，有關(guān)操作層面，從功能的角度來(lái)講，通常是注重硬件的集成，對(duì)于軟件接口需要達(dá)到統(tǒng)一，由此軟件在進(jìn)行移植時(shí)，其成功的概率才會(huì)更高。而在這一個(gè)過(guò)程中，關(guān)于軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能夠充分地展現(xiàn)代碼的重復(fù)化特征。因此，在對(duì)芯片進(jìn)行代碼編譯時(shí)，需要針對(duì)其不同的種類(lèi)，相互對(duì)應(yīng)?；诖?，具有同一功能的代碼經(jīng)過(guò)重復(fù)化的使用后，相對(duì)應(yīng)的時(shí)間消耗會(huì)有較大的減少，同時(shí)軟件系統(tǒng)在運(yùn)行方面會(huì)有良好的效率和性能[1]。

6.2函式庫(kù)

6.2.1媒體庫(kù)

對(duì)于該類(lèi)軟件的這部分架構(gòu)，主要是為了向用戶(hù)提供有關(guān)音頻、視頻等信息。用戶(hù)可以借助相應(yīng)的操作系統(tǒng)進(jìn)行收集以及分析，同時(shí)有關(guān)應(yīng)用可以得到相應(yīng)的預(yù)警提示，使得有關(guān)應(yīng)用程序可以得到可靠的安全防控，進(jìn)而達(dá)到有效處理。

6.2.2Web

軟件架構(gòu)這一部分，主要是開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器，以便能夠?qū)ο鄳?yīng)的引擎進(jìn)行良好的使用，這樣其瀏覽器的內(nèi)核可以得到有效保障，軟件在應(yīng)用方面才會(huì)有更好的體現(xiàn)。

6.2.3SSL

這一部分的研發(fā)和構(gòu)建，通常是為了能夠確保在具體進(jìn)行信息傳遞時(shí)，能夠有更好的安全性，并且借助相應(yīng)的數(shù)據(jù)加密技術(shù)，達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)的安全保護(hù)處理。因此，在軟件系統(tǒng)運(yùn)行中，如果存在網(wǎng)絡(luò)信息交易，就能有較高的穩(wěn)定性。借助SSL技術(shù)，也能夠?yàn)橛嘘P(guān)數(shù)據(jù)通信安全帶來(lái)可靠的支持。如今，在使用有關(guān)的傳輸協(xié)議時(shí)，對(duì)于軟件層級(jí)中的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行有效壓縮。同時(shí)，在這一技術(shù)協(xié)議下，在對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)，各方的身份都可以得到有效驗(yàn)證，從而可以達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸中有關(guān)算法的可靠加密[2]。

6.2.4內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)

軟件架構(gòu)中的數(shù)據(jù)管理，通常會(huì)牽涉內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。這里的研發(fā)設(shè)計(jì)，主要是采取開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方式．使用FDB，SQL等協(xié)議，開(kāi)展相應(yīng)的架構(gòu)構(gòu)建。其中，在開(kāi)展SQL的設(shè)計(jì)中，主要通過(guò)C語(yǔ)言的方式，在編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的引擎時(shí)，可以達(dá)到輕量化的目標(biāo)，而且也能夠展現(xiàn)其獨(dú)立性特點(diǎn)，盡可能地減小其受外界因素的影響程度。此外，對(duì)SQL進(jìn)行使用時(shí)，也會(huì)盡可能地避免其受外鍵的影響。而且，從技術(shù)的角度來(lái)講，這部分的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)需要以數(shù)據(jù)庫(kù)層級(jí)為基礎(chǔ)，以獨(dú)立化的邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)，即便是針對(duì)多個(gè)進(jìn)程進(jìn)行使用，也可以得到有效的處置。同時(shí)，對(duì)一樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取時(shí)，只需要將其中之一寫(xiě)入就可以達(dá)到目的?；诖?，數(shù)據(jù)庫(kù)或者某個(gè)程序在進(jìn)行運(yùn)行使用時(shí)，可以展現(xiàn)其獨(dú)立性的特點(diǎn)。軟件系統(tǒng)假如存在單獨(dú)的指令控制，可以避免出現(xiàn)其他類(lèi)別的讀寫(xiě)操作。

6.3Linux內(nèi)核

6.3.1系統(tǒng)調(diào)用接口

設(shè)計(jì)出的架構(gòu)層級(jí)，這一部分主要負(fù)責(zé)在相應(yīng)的條件下運(yùn)行用戶(hù)有關(guān)函數(shù)調(diào)用的請(qǐng)求。但是實(shí)際來(lái)講，對(duì)于這一部分的接口，在進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)其結(jié)構(gòu)種類(lèi)會(huì)有一定的依賴(lài)性。同時(shí)，如果處理器具有一樣的型號(hào)，在實(shí)際的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，可能會(huì)遇到部分問(wèn)題。在進(jìn)行軟件架構(gòu)的設(shè)置時(shí)，有關(guān)函數(shù)調(diào)用可以使用多路形式。

6.3.2進(jìn)程管理

架構(gòu)構(gòu)建中這一部分的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)最重要的是面對(duì)軟件運(yùn)行的進(jìn)程進(jìn)行相應(yīng)的管理。其中，對(duì)于各部分進(jìn)程，主要是在執(zhí)行器程序中進(jìn)行。從系統(tǒng)的內(nèi)核角度來(lái)講，各個(gè)進(jìn)程組成處理器的線(xiàn)程，從而能夠形成虛擬化的空間。這部分架構(gòu)的功能，在進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)活動(dòng)進(jìn)程的良好處理，并且也要能夠達(dá)到處理器共享需求?，F(xiàn)階段，在有關(guān)的研發(fā)中，通常都是使用新型的調(diào)度算法進(jìn)行分析[3]。

6.3.3內(nèi)存管理

軟件架構(gòu)中的這一部分設(shè)計(jì)主要是針對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，發(fā)揮的效用非常關(guān)鍵。所以，在實(shí)際進(jìn)行設(shè)置的過(guò)程中，通常會(huì)體現(xiàn)出系統(tǒng)的實(shí)際性能。開(kāi)展相應(yīng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要在相應(yīng)范圍的資源內(nèi)，建立虛擬地址。對(duì)于不同的內(nèi)存管理子系統(tǒng)，其功能性的良好展現(xiàn)，需要可靠的使用函數(shù)實(shí)現(xiàn)交互調(diào)用[4]。

6.3.4虛擬文件系統(tǒng)

針對(duì)這部分軟件架構(gòu)的建設(shè)，最關(guān)鍵的是為其建立科學(xué)的接口，進(jìn)而使系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)更加可靠。這部分架構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，針對(duì)的是系統(tǒng)整體的文件緩沖區(qū)域，使其能夠有一個(gè)具有高穩(wěn)定性的函數(shù)集。對(duì)這一部分進(jìn)行有效處理后，能夠使相應(yīng)的數(shù)據(jù)有更加可靠的保證。同日寸，在這樣的情況下，有關(guān)設(shè)備在進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，也會(huì)得到對(duì)應(yīng)的處置。緩沖區(qū)域由于能夠進(jìn)行相應(yīng)的緩存，可以達(dá)到更好的驅(qū)動(dòng)效果。這樣特定化的設(shè)備具有更加可靠的接口，軟件系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)就會(huì)有較高的穩(wěn)定性[5]。

7結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)信息技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式軟件在各類(lèi)信息化設(shè)備中得以應(yīng)用，有關(guān)嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)模式以及架構(gòu)研究得到了廣泛關(guān)注。本文對(duì)此開(kāi)展了分析與探討工作，提供了一種較為普適的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)模式及架構(gòu)，能夠?yàn)榍度胧杰浖某掷m(xù)優(yōu)化升級(jí)打好基礎(chǔ)，提高嵌入式軟件開(kāi)發(fā)水準(zhǔn)。