嵌入式軟件開發(fā)與軟件架構(gòu)研究

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隨著科技的不斷進步，軍用通信設(shè)備的功能逐漸擴展，應(yīng)用場合和功能需求也表現(xiàn)出多樣化的特征。傳統(tǒng)的嵌入式軟件開發(fā)模式已經(jīng)不能滿足日益增長的產(chǎn)品研發(fā)需求。嵌入式軟件在確保能夠安全、穩(wěn)定的應(yīng)用在各種通信設(shè)備的同時，還要能夠降低需求變更帶來的開發(fā)風(fēng)險，能夠在不斷修改、迭代中進行演化和發(fā)展，所以選擇一種合理的開發(fā)模式，構(gòu)建一種適應(yīng)性強的軟件架構(gòu)，具有非常重要的意義。

1 嵌入式軟件開發(fā)模式與軟件架構(gòu)的研究現(xiàn)狀

目前嵌入式軟件開發(fā)模式和軟件架構(gòu)的現(xiàn)狀不容樂觀，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面，首先現(xiàn)階段針對軟件進行開發(fā)的過程中，主要是根據(jù)用戶提出的需求進行，在整個開發(fā)周期中缺少大局觀，只追求實現(xiàn)功能，沒有考慮未來的維護和發(fā)展，所以導(dǎo)致由于系統(tǒng)資源的消耗過度，而使嵌入式軟件在代碼制作和功能開發(fā)的過程中復(fù)用度相對較低，同時還導(dǎo)致軟件在實際使用過程中，因為用戶的需求種類多，而影響開發(fā)過程中的統(tǒng)籌效率。然后是由于現(xiàn)階段在嵌入式軟件的應(yīng)用過程中，需要和硬件設(shè)備及驅(qū)動設(shè)備配合使用，但是在實際使用過程中因為硬件設(shè)備和驅(qū)動設(shè)備與嵌入式軟件可能會出現(xiàn)不符合的問題，并且兼容性較差，所以導(dǎo)致很多嵌入式軟件在設(shè)備中的應(yīng)用出現(xiàn)不兼容的問題，從而影響嵌入式軟件的后期開發(fā)和架構(gòu)建設(shè)。最后是由于某項細小需求變更或者軟件自身代碼可能存在的錯誤問題，要在無數(shù)的地方小心翼翼地修改，或者不斷地打補丁，軟件架構(gòu)快速腐化，從而出現(xiàn)工作效率較低、軟件難于維護并且不安全等問題[1]。

2 嵌入式軟件開發(fā)過程的特點

嵌入式軟件的開發(fā)流程和桌面型軟件的開發(fā)流程相比具有相對較大的差別。由于嵌入式處理器種類繁多，不同處理器平臺又有各自的編譯器和調(diào)試軟件，嵌入式軟件開發(fā)不僅要做上層的業(yè)務(wù)交互，還要對底層的硬件接口芯片進行控制，比如常用的RS232接口、SPI接口、LCD控制器接口等。當(dāng)設(shè)備需求較為復(fù)雜時，系統(tǒng)中將會出現(xiàn)多種嵌入式芯片，舉個較為常見的應(yīng)用實例就是，使用ARM作為控制處理器，完成操作輸入和顯示輸出，使用DSP作為數(shù)據(jù)高速運算處理器，使用FPGA作為數(shù)據(jù)采集和邏輯電路控制器，所以在開發(fā)的過程中必須要考慮和硬件系統(tǒng)的兼容性，如果嵌入式軟件在開發(fā)完成以后和硬件設(shè)備不具有良好的兼容性將導(dǎo)致嵌入式軟件的使用效率下降和兼容性錯誤問題。在使用多平臺的研發(fā)條件進行研發(fā)的過程中，要盡量實現(xiàn)資源共享，只有這樣才能夠盡量減少研發(fā)的時間，降低研發(fā)成本，這是現(xiàn)階段各大軟件開發(fā)公司追求的研發(fā)趨勢。軟件要符合預(yù)期，就需要完全的確定性，以往開發(fā)過程最常選用的就是瀑布式開發(fā)模型，遵循開發(fā)計劃-需求分析-軟件設(shè)計-編碼-測試-運行維護嚴謹?shù)木€性開發(fā)過程，這種模式過于理想化。而實際上需求總是會變化的，軟件設(shè)計作為開發(fā)周期中最重要的階段，設(shè)計越彈性、越靈活的軟件架構(gòu)，在功能維護和擴展時，變更的成本就越低[2]。

3 軟件架構(gòu)建設(shè)

嵌入式軟件在架構(gòu)建設(shè)的過程中要融入分層設(shè)計、分模塊設(shè)計的思想，使程序結(jié)構(gòu)高內(nèi)聚低耦合。任何軟件根據(jù)其內(nèi)部職能都可以分成多個層次，分層設(shè)計已有很多成功的應(yīng)用實例，最典型的就如OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型。這里用一個通信設(shè)備的控制器軟件為例，分析分層設(shè)計的必要性。

該軟件的主要功能是提供操作顯示交互和業(yè)務(wù)服務(wù)，架構(gòu)中層與層之間不能跨層調(diào)用，模塊之間各自獨立，區(qū)分內(nèi)外接口。硬件驅(qū)動層包含各功能模塊正常運行所需要的管腳配置、時鐘配置、串口、數(shù)據(jù)讀寫、存儲等驅(qū)動程序并提供接口給功能模塊層調(diào)用。按鍵掃描模塊調(diào)用硬件驅(qū)動層GPIO和TIMER提供的API函數(shù)實現(xiàn)讀取鍵值的功能，屏幕顯示模塊調(diào)用GPIO和LCD提供的API函數(shù)實現(xiàn)顯示內(nèi)容的輸出，串口通信模塊調(diào)用USART提供的API實現(xiàn)與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)存儲調(diào)用FLASH提供的API完成數(shù)據(jù)讀寫與存儲，同時各功能模塊提供接口給后臺服務(wù)層。后臺服務(wù)層通過調(diào)用功能模塊層的接口實現(xiàn)標(biāo)準邏輯處理和控制協(xié)議封包與拆包，向前端提供基礎(chǔ)服務(wù)。前端應(yīng)用層將各個后臺服務(wù)進行整合調(diào)用，完成整個產(chǎn)品的功能。這里好的API接口設(shè)計就顯得非常重要，接口設(shè)計為各層各模塊分工協(xié)作提供前提，為模塊間實現(xiàn)解耦提供可操作性。當(dāng)模塊之間擺脫技術(shù)細節(jié)，甚至可以進行并行軟件開發(fā)。分層后的優(yōu)勢很明顯，如果平臺更換或驅(qū)動變了，只需要修改驅(qū)動層；如果功能擴展了或裁剪了，只需要修改功能模塊層；如果編程語言自己定義的控制協(xié)議修訂了，只需要修改服務(wù)層，都不會影響前端應(yīng)用的開發(fā)。分層設(shè)計的軟件，代碼結(jié)構(gòu)清晰容易理解，層與層通過接口隔離利于問題排查，函數(shù)抽象化便于復(fù)用。開發(fā)者可以根據(jù)用戶的具體需求對軟件進行合理的配置，從而既提高了軟件的應(yīng)用范圍，又提升了軟件的應(yīng)用率[3]。

4 結(jié)束語

目前，嵌入式軟件已經(jīng)在我國軟件市場中占有較大的比例，但是在實際研究過程中因為經(jīng)費和研究水平問題導(dǎo)致嵌入式軟件的應(yīng)用具有較大的局限性，所以，負責(zé)軟件開發(fā)和架構(gòu)建設(shè)的工作人員必須要盡量縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，并且使用更多先進技術(shù)提高研發(fā)效率。