嵌入式產品平臺開發方法的研究與應用

徐繼蕓

摘要

傳統嵌入式系統的開發，受到目標平臺多樣、開發工具不完善、需要軟硬件協同開發等因素影響，往往開發周期較長，效率較低。同時，一個產品線下的研發團隊多以項目組為單位獨立開發，項目組之間缺乏有效的溝通和技術共享，導致重復開發，基礎模塊升級、維護不同步等問題。通過開發以通用構建模塊為基礎的產品平臺可以有效減少重復開發，提升產品研發效率。同時，在嵌入式產品平臺的開發中，通過合理的系統架構，綜合使用測試驅動開發，持續集成等敏捷開發方法和工具，提升產品平臺開發效率，保障產品平臺質量。

【關鍵詞】嵌入式 產品平臺 敏捷開發 持續集成 通用構建模塊 測試驅動開發

1 引言

對于一個有多個類似產品的產品線，構建一個以通用構建模塊為基礎的產品平臺，可以加快產品開發速度，降低產品開發成本，控制風險。

產品平臺的目標是將產品線成熟的CBB（Comnion Building Block，通用構建模塊）抽取（抽象、重構）出來，提供給應用開發人員使用。一方面避免重復開發基礎模塊，減輕應用開發的復雜度和工作量；另一方面，也避免了多個項目組各自封閉開發導致基礎模塊升級，Bug修改不同步等問題。

產品平臺的核心是通用構建CBB，CBB的核心是共性和可變性分析（Commonality and Variablity Analisys）。

下面介紹構建產品平臺的核心要點，以及相關的流程、方法和工具。

2 產品平臺總體架構

針對中大型嵌入式產品平臺，架構需要遵循如下2條核心原則：

2.1 分層

為了保持良好的結構，對于較大型系統的產品平臺，邏輯架構一定需要分層、分包（包，在C++代碼中對應的是namespace）設計。越底層，模塊功能越趨向工具，越高層，越趨向業務邏輯。

2.2 平臺無關設計

平臺無關設計對于嵌入式平臺非常重要，目的是切換硬件平臺后，產品平臺、應用程序無需改動，只需要針對目標平臺做一個實現即可。一般使用依賴倒置的設計方法實現平臺無關。

產品平臺邏輯架構圖如圖1產品平臺邏輯構架圖所示。

3 產品平臺的開發方法和工具

一個典型的嵌入式產品平臺物理架構視圖如圖2。

4 CBB開發流程

CBB是產品平臺的核心組成，CBB開發流程如下：

（1）模塊需求分析；

（2）模塊設計；

（3）模塊接口設計；

（4）編寫接口測試用例，偏重可用性測試（即TDD，可有效幫助接口設計）；

（5）模塊設計評審；

（6）編碼；

（7）完善單元測試用例。

需要說明的是步驟4，即TDD（Test-driven Development）——測試驅動開發。測試驅動開發是極限編程中倡導的軟件開發方法，測試驅動開發的目的是取得快速反饋，并使用說明主線（illustrate the main line）的方法來構建程序。

經典的測試驅動開發流程，如圖3測試驅動開發（TDD）流程圖所示。

為了更敏捷的做設計評審，在設計階段，可以使用TDD來完善接口設計，我們稱之為TDDesign（測試驅動設計），優化的TDD如圖4CBB開發中的測試驅動（TDD）開發流程圖所示。

即，在接口設計完成后，實現前，先利用單元測試框架，根據業務流，調用接口寫幾個單元測試用例。

在實踐中TDD的好處很明顯：在寫TDD測試用例的過程中就可能發現接口設計的不合理。而且，對于持續集成的系統，TDD也并沒有增加工作量。

另一個需要特別說明是步驟5：對設計評審的關注。要求的設計評審內容：

（1）總體說明（若結構復雜則需有邏輯架構視圖）；

（2）接口使用示例；

（3）類圖，序列圖（UML）；

（4）設計決策；

（5）接口（直接附頭文件，不要粘貼到設計文檔）。

設計評審保證了CBB的設計質量，不會因為團隊成員素質的不同而出現重大的設計問題。

CBB代碼上傳到代碼倉庫后，剩下的就是自動化工具的工作了：依次自動觸發單元測試，集成測試，發布測試，最后郵件發送集成結果給開發人員。

5 持續集成流程

持續集成流程如圖5所示。

集成測試除了集成測試用例外，還復用單元測試的測試用例。集成測試運行單元測試的用例時，并非順序運行所有模塊（每個模塊初始化，測試，反初始化后再運行下個模塊），而是通過配置一定的依賴關系和策略，初始化一系列模塊后，運行測試用例，最后，再反初始化這些模塊。

6 發布流程

發布流程如圖6所示，自動化打包，并對發布包從用戶使用的過程測試一遍。發布流程每天構建，以保證每天都處于可發布狀態。所有過程均自動化。

7 主要工具

幾個關鍵的工具：

（1）Jenkins：做持續集成工具，使用腳本輔助實現嵌入式系統的遠程部署測試。

（2）GTest：Google的單元測試框架。

（3）CMake：高效友好的自動編譯工具，優于configure/make。

（4）Doxygen：自動生成接口說明，當然前提是規范好代碼的接口說明格式。

（5）MediaWiki：wiki工具，做CBB發布和技術文檔的發布平臺。人人貢獻的思想是推崇提倡的。

8 總結

本文介紹的嵌入式產品平臺已經在星網視易公司的KTV產品線得到應用，傳統上，該產品線一款基于全新硬件平臺的系統，開發周期大概需要10?12個月，而基于產品平臺，產品開發效率、質量顯著提升，芯片平臺切換時間大幅縮短至約原來的1/4。

實踐證明，一個產品線下多個產品并行開發時，使用產品平臺，可以大幅加快產品開發效率、提升質量、降低成本。同時，合理的系統架構，并輔以敏捷方法的使用，可以極大加快產品開發效率。

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