嵌入式軟件開發(fā)模式與軟件架構研究

鄒智榮 唐鵬輝 羅源

（中車株洲電力機車研究所有限公司 湖南省株洲市 412001）

我國現(xiàn)階段的科學技術高速發(fā)展當中，因此也推動了嵌入式的軟件開發(fā)進程。嵌入式軟件，是一種構建嵌入式系統(tǒng)當中的關鍵環(huán)節(jié)，具有著較強的模塊化屬性，可以保障系統(tǒng)自身的功能性為前提。但是，處于各種外界因素的影響，使得現(xiàn)階段的嵌入式軟件開發(fā)過程中，始終存在著諸多的不足，進而就需要有效的進行嵌入式軟件開發(fā)，以及對其軟件架構進行合理性的分析。

1 嵌入式軟件

在當下嵌入式軟件的研發(fā)中，主要就是一種有效的基于操作系統(tǒng)與開發(fā)工具的方式，實現(xiàn)軟件方面的開發(fā)，主要在芯片制造、嵌入式軟件系統(tǒng)以及嵌入式電子設備的研究環(huán)節(jié)，有著十分重要的內在聯(lián)系。

現(xiàn)階段的嵌入式軟件研發(fā)中，主要分為微處理器、傳感器以及控制器等諸多的設備構成。同時，在嵌入到微存儲器當中的操作系統(tǒng)，也要得到全面的研究與分析。因此，這種嵌入式的軟件，是現(xiàn)階段進行嵌入式系統(tǒng)研發(fā)的重要基礎環(huán)節(jié)。

嵌入式軟件在系統(tǒng)當中，可以很好的對系統(tǒng)當中的各種資源實現(xiàn)控制，同時受到驅動程序、操作系統(tǒng)等方面的約束，可以運行各種嵌入式的應用程序。應用程序主要是為了為用戶提供各種功能操作，以此發(fā)揮出嵌入式系統(tǒng)的作用。在現(xiàn)階段的軟件研發(fā)中，可以分為設計工具、配置管理工具等諸多不同類型的軟件工具。

嵌入式軟件也有著較為明顯的特征。首先該軟件在運行中，有著較強的靈活性與適用性，在編寫程序中，代碼也相對比較簡潔，可以穩(wěn)定的運行下去，不會受到其他因素的影響。其次，嵌入式軟件也相應的具備著較強的耦合性。但是需要注意的是，伴隨著軟件功能性的提升，也相應的對設計人員提出了更高的要求。往往在設計中，為了實現(xiàn)高質量程序的設計，就要保障開發(fā)的過程中，不斷的提升研發(fā)周期，同時也相應的需要逐漸擴展硬件平臺，實現(xiàn)良好的移植。

2 嵌入式軟件開發(fā)模式

相比較其他的軟件開發(fā)而言，在進行運行中，其全方位代碼分析中，往往會有著特殊的要求，進而就可以在未來的硬件系統(tǒng)開展中，需要充分的解決代碼的兼容性與代碼交叉性的問題。其次，對于開發(fā)模式而言，也相應的要重視起各種不同類型問題的研究，這樣就可以充分的保障研究中，可以控制研發(fā)的成本頭圖，也全面的控制好研發(fā)的整體效率。

3 嵌入式軟件開發(fā)方式

3.1 結構化設計

對于這種設計方式，有著較為廣泛的應用，相比較其他類型的設計方式，可以很好的在使用中，將程序分為多任務與單任務。一般情況下，這種設計方式可以很好的實現(xiàn)程序的結構化調整。同時，在不同時間段中，相對有效的對其內容實現(xiàn)良好的模塊劃分，另一方面也能實現(xiàn)循環(huán)化的調用。但是需要注意的是，由于這樣的設計方式，對于多任務的設計要求較高，因此并不常用在嵌入式軟件的設計中，而是需要進行進一步的調整。

3.2 面向對象設計

相比較多任務的設計方式，這樣的設計方式很好的滿足設計需求。在實際的操作中，主要是對數(shù)據進行操作，同時加強數(shù)據的密封屬性。在用戶申請訪問需求的時候，就可以在既有的信息基礎上，實現(xiàn)良好的分析處理。同時也可以大規(guī)模的實現(xiàn)良好的設計方式。這樣的設計模式下，往往可以讓軟件結構有著更加合理性的需求，提升軟件的自身的維護性與擴展性。

4 軟件體系結構

現(xiàn)階段車載智能終端的設計中，所采用的嵌入式軟件，基本上都可以分成程序層、應用框架層、函式庫以及編程語言層。在這樣的程序框架中，基本上在設計中，都會使用Java語言邏輯類型，同時也有著較強的跨平臺特性。在這樣的編譯過程中，就可以很好的避免編譯環(huán)節(jié)出現(xiàn)各種不同的問題。但是，由于使用了Java程序，使得在編譯之后，就并不能直接生成可執(zhí)行的代碼，而是產生一個中間碼，進而在設計的程序運行中，會在每臺機器上，都可以形成一個中間碼的虛擬機。因此，該機器就可以對其中間碼進行識別分析，進而執(zhí)行程序。在當下Java編寫程序的過程中，由于需要在不同機器上執(zhí)行，因此就需要在實際的使用過程中，可以提升程序的適用性，以此充分的降低程序員的運行負擔。

當下構建出的LIB層，就是一種對于現(xiàn)有程序體系的合理構建，同時也是一種利用模擬器的方式，對硬件環(huán)境的塑造，進而實現(xiàn)虛擬化的平臺。

4.1 應用程序

軟件當中的數(shù)據管理環(huán)節(jié)，就是一種對于各種信息數(shù)據的采集功能，對用戶在使用軟件過程中的能耗數(shù)據，實現(xiàn)及時的整合與分析。例如，在家庭軟件的使用中，可以對工業(yè)領域當中的能源、智能開關與其他的智能測控設備，實現(xiàn)良好的控制，充分的保障設備在實際的運行中，可以得到全面的控制。

而在實際的運行中，特別是在車載的一些軟件的使用中，其系統(tǒng)往往可以在終端上受到直接的操控，同時也可以利用計算機接入的方式，對其家電進行全面的控制與操作。

在工業(yè)安防的設計中，也具備著自動化的操作方式，提供智能化的體驗。其次設計出的嵌入式軟件，可以實時的獲取到諸多能源的信息，以此對用戶在日常生活中，制定出科學合理的使用方案，全面的提升生活習慣的合理性。

4.2 應用框架

4.2.1 解析

現(xiàn)階段構成的解析組件，是一種用戶在實際的使用過程中，可以對工業(yè)領域當中不同儀表與工業(yè)設備之間，構成的一種通信協(xié)議解析，同時也可以實現(xiàn)組幀。當下構成的解析組件，往往是充分的利用預先的配置方式，形成一個良好的規(guī)約格式性的文件，進而可以較為合理的實現(xiàn)解析工作。

4.2.2 通訊

現(xiàn)階段所采用的通訊方式，主要可以分為諸多的不同的通信組件類型，進而就可以在其通訊方式上，才可以不同的組件。

4.2.3 任務

對于任務組件而言，就是一種在應用層配置的過程中，所形成的不同任務文件，進而可以充分的保障實踐策略與任務內容，都可以滿足定期自動執(zhí)行任務的方式。

4.2.4 資源管理

系統(tǒng)當中的資源管理模塊，是一種在實際使用中，對于不同資源信息的整合與管理，以此實現(xiàn)諸多不同的功能。

4.2.5 MVC

構建系統(tǒng)的過程中，形成的模型、視圖以及控制機的設計，就是為了保障應用程序在運行中，可以提供一個良好的界面元素，實現(xiàn)更多的功能。

4.2.6 DAO

DAO框架下，可以很好的對數(shù)據庫實現(xiàn)多項功能操作，例如對其數(shù)據實現(xiàn)封裝操作，全面的優(yōu)化傳統(tǒng)系統(tǒng)框架下，對于數(shù)據庫的操作。

4.2.7 DOM4J

這種模式下的設計方式，可以完成XML的文件解析，同時應用程序與應用程序之間，也相應的保障了應用框架下，可以實現(xiàn)良好的交互反應，同時也相應的對其XML文件格式，進行針對性的消息傳遞。

4.3 函式庫

4.3.1 媒體庫

系統(tǒng)當中媒體庫，主要負責提供各種視頻與音頻信息的采集與分析。因此，相對較為合理的對各種應用進行告警提醒，同時也相應的保障在安防監(jiān)控與其他的多媒體應用程序，實現(xiàn)良好的處理。

4.3.2 WEB

在系統(tǒng)當中的瀏覽器設計，主要就是利用開源性的WebKit，進行瀏覽器引擎的使用，進而可以較為合理的保障瀏覽器內核，可以發(fā)揮出應用的作用。

4.3.3 SSL

這種模塊設計，主要是為了在實際的信息傳輸過程中，可以保障有著較高的安全性，并利用數(shù)據加密技術，實現(xiàn)良好的數(shù)據竊聽與處理，因此保障人們在網絡交易中，有著較高的穩(wěn)定性。

所采用的SSL技術，同樣也相應的為數(shù)據通訊提供了較為安全的支持。在現(xiàn)階段的傳輸協(xié)議的使用中，可以很好的為高層數(shù)據，進行全面的數(shù)據封裝與壓縮。其次，采用的SSL握手協(xié)議的使用中，可以很好的讓數(shù)據傳輸之前，就可以對雙方的身份進行驗證，保障數(shù)據可以在實際的傳輸過程中，形成較高效果的加密算法。

4.3.4 內存數(shù)據庫

在對大量的數(shù)據進行管理中，往往會涉及到內存數(shù)據庫的構建。本文所提出的設計方式，就是一種在開源數(shù)據庫設計中，利用FDB、SQL等協(xié)議，進行相應的設計。

其中進行SQLite的設計中，是一種利用C語言的方式，編寫出輕量化的數(shù)據庫引擎，同時也保障了引擎的獨立性，并不會受到外界環(huán)境的影響。另一方面，采用的SQLite可以在實際的使用中，也不會受到諸多外鍵的設置，有效的保障處理中，可以實現(xiàn)良好的處理效果。同時，對于這種技術而言，也是一種建立在數(shù)據庫級上，具有著較強獨占性的設計邏輯，可以很好的在多個進程以及線程的使用中，實現(xiàn)良好的處理，在讀取相同數(shù)據的回收，僅僅可以將其中一個寫入數(shù)據當中。而在某個程序以及數(shù)據庫執(zhí)行之前，就可以獲得較為獨立的屬性。而在發(fā)出獨占鎖定指令之后，也相應的避免了其他類型的讀寫操作。

4.4 Linux內核

對于這種內核的設計方式，主要涉及到進程管理、內存管理、文件系統(tǒng)以及網絡構成等諸多形式。對于這種內核設計方式，往往可以在實際的運行中，提供特性的能力，讓系統(tǒng)在實際的運行中，避免受到其他因素的影響。

4.4.1 系統(tǒng)調用接口

當下設計出的SCI層，能夠基于某些機制，執(zhí)行用戶的各種函數(shù)方面的調用請求。但是，對于這種類型的接口，也相應的更加依賴系統(tǒng)的體系結構類型。甚至在相同處理器型號的設計中，也面臨著諸多的挑戰(zhàn)。這樣的設計方式，是一種函數(shù)調用多路復用的形式，也可以提供多路的分解服務。

4.4.2 進程管理

進行管理的功能，就是一種對于進程執(zhí)行的全程管理。每一個進程的開展中，都是在執(zhí)行器程序開展中，包含著諸多的資源總成。在系統(tǒng)的內核當中，這些進程都成為處理器的線程，構成了處理器的虛擬化空間。

進程管理的過程中，基本上包含著對其活動進程方面的有效處理，同時也相應的需要實現(xiàn)處理器的共享處理需求。在當下內核的設計中，往往實現(xiàn)了新型的調度算法分析。

4.4.3 內存管理

當下計算機當中的內存，是重要的管理資源，因此進行處理的過程中，往往直接代表著系統(tǒng)當中的具體性能。而在內核的設計中，也是一種在有限可用資源上，構建出一個虛擬地址空間。而在內核的不同部分，以及在不同內存管理子系統(tǒng)當中，可以有效的利用函數(shù)調用交互的方式，發(fā)揮出更多的功能性。

4.4.4 虛擬文件系統(tǒng)

對于這種系統(tǒng)的設計中，是一種十分有效在系統(tǒng)當中，可以很好的為其文件系統(tǒng)當中，提供出一個良好的接口。例如，可以讓VFS以及在SCI的內核當中，可以構建出文件系統(tǒng)的交換層。

在VFS當中，可以很好的為函數(shù)當中的API抽象。對于文件系統(tǒng)層下的設計，是整個系統(tǒng)當中的文件緩沖區(qū)緩存，因此對于文件系統(tǒng)而言，可以提供一個較為穩(wěn)定的函數(shù)集。在對其緩存層的處理之后，就可以對其數(shù)據實現(xiàn)良好的保障，同時也相應的全面優(yōu)化了物理設備的訪問程度。在緩沖區(qū)當中的緩存下，可以實現(xiàn)驅動程度的良好實現(xiàn)，進而保障特定物流設備的良好接口，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與價值性。

5 總結

綜上所述，本文主要車載行業(yè)中使用的嵌入式軟件開發(fā)模式與軟件架構，進行了針對性的分析，以此充分的保障在實際的使用過程中，可以滿足不同用戶的實際需求，并提升了系統(tǒng)的功能性與穩(wěn)定性，發(fā)揮出更高的價值。需要注意的是，還要結合起系統(tǒng)的特征，進行針對性的分析。