嵌入式產(chǎn)品平臺(tái)開(kāi)發(fā)方法的研究與應(yīng)用

徐繼蕓

摘要

傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，受到目標(biāo)平臺(tái)多樣、開(kāi)發(fā)工具不完善、需要軟硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)等因素影響，往往開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，效率較低。同時(shí)，一個(gè)產(chǎn)品線下的研發(fā)團(tuán)隊(duì)多以項(xiàng)目組為單位獨(dú)立開(kāi)發(fā)，項(xiàng)目組之間缺乏有效的溝通和技術(shù)共享，導(dǎo)致重復(fù)開(kāi)發(fā)，基礎(chǔ)模塊升級(jí)、維護(hù)不同步等問(wèn)題。通過(guò)開(kāi)發(fā)以通用構(gòu)建模塊為基礎(chǔ)的產(chǎn)品平臺(tái)可以有效減少重復(fù)開(kāi)發(fā)，提升產(chǎn)品研發(fā)效率。同時(shí)，在嵌入式產(chǎn)品平臺(tái)的開(kāi)發(fā)中，通過(guò)合理的系統(tǒng)架構(gòu)，綜合使用測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，持續(xù)集成等敏捷開(kāi)發(fā)方法和工具，提升產(chǎn)品平臺(tái)開(kāi)發(fā)效率，保障產(chǎn)品平臺(tái)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】嵌入式 產(chǎn)品平臺(tái) 敏捷開(kāi)發(fā) 持續(xù)集成 通用構(gòu)建模塊 測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

1 引言

對(duì)于一個(gè)有多個(gè)類(lèi)似產(chǎn)品的產(chǎn)品線，構(gòu)建一個(gè)以通用構(gòu)建模塊為基礎(chǔ)的產(chǎn)品平臺(tái)，可以加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，控制風(fēng)險(xiǎn)。

產(chǎn)品平臺(tái)的目標(biāo)是將產(chǎn)品線成熟的CBB（Comnion Building Block，通用構(gòu)建模塊）抽取（抽象、重構(gòu)）出來(lái)，提供給應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員使用。一方面避免重復(fù)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)模塊，減輕應(yīng)用開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度和工作量；另一方面，也避免了多個(gè)項(xiàng)目組各自封閉開(kāi)發(fā)導(dǎo)致基礎(chǔ)模塊升級(jí)，Bug修改不同步等問(wèn)題。

產(chǎn)品平臺(tái)的核心是通用構(gòu)建CBB，CBB的核心是共性和可變性分析（Commonality and Variablity Analisys）。

下面介紹構(gòu)建產(chǎn)品平臺(tái)的核心要點(diǎn)，以及相關(guān)的流程、方法和工具。

2 產(chǎn)品平臺(tái)總體架構(gòu)

針對(duì)中大型嵌入式產(chǎn)品平臺(tái)，架構(gòu)需要遵循如下2條核心原則：

2.1 分層

為了保持良好的結(jié)構(gòu)，對(duì)于較大型系統(tǒng)的產(chǎn)品平臺(tái)，邏輯架構(gòu)一定需要分層、分包（包，在C++代碼中對(duì)應(yīng)的是namespace）設(shè)計(jì)。越底層，模塊功能越趨向工具，越高層，越趨向業(yè)務(wù)邏輯。

2.2 平臺(tái)無(wú)關(guān)設(shè)計(jì)

平臺(tái)無(wú)關(guān)設(shè)計(jì)對(duì)于嵌入式平臺(tái)非常重要，目的是切換硬件平臺(tái)后，產(chǎn)品平臺(tái)、應(yīng)用程序無(wú)需改動(dòng)，只需要針對(duì)目標(biāo)平臺(tái)做一個(gè)實(shí)現(xiàn)即可。一般使用依賴倒置的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)平臺(tái)無(wú)關(guān)。

產(chǎn)品平臺(tái)邏輯架構(gòu)圖如圖1產(chǎn)品平臺(tái)邏輯構(gòu)架圖所示。

3 產(chǎn)品平臺(tái)的開(kāi)發(fā)方法和工具

一個(gè)典型的嵌入式產(chǎn)品平臺(tái)物理架構(gòu)視圖如圖2。

4 CBB開(kāi)發(fā)流程

CBB是產(chǎn)品平臺(tái)的核心組成，CBB開(kāi)發(fā)流程如下：

（1）模塊需求分析；

（2）模塊設(shè)計(jì)；

（3）模塊接口設(shè)計(jì)；

（4）編寫(xiě)接口測(cè)試用例，偏重可用性測(cè)試（即TDD，可有效幫助接口設(shè)計(jì)）；

（5）模塊設(shè)計(jì)評(píng)審；

（6）編碼；

（7）完善單元測(cè)試用例。

需要說(shuō)明的是步驟4，即TDD（Test-driven Development）——測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)。測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)是極限編程中倡導(dǎo)的軟件開(kāi)發(fā)方法，測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的目的是取得快速反饋，并使用說(shuō)明主線（illustrate the main line）的方法來(lái)構(gòu)建程序。

經(jīng)典的測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)流程，如圖3測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)（TDD）流程圖所示。

為了更敏捷的做設(shè)計(jì)評(píng)審，在設(shè)計(jì)階段，可以使用TDD來(lái)完善接口設(shè)計(jì)，我們稱之為T(mén)DDesign（測(cè)試驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)），優(yōu)化的TDD如圖4CBB開(kāi)發(fā)中的測(cè)試驅(qū)動(dòng)（TDD）開(kāi)發(fā)流程圖所示。

即，在接口設(shè)計(jì)完成后，實(shí)現(xiàn)前，先利用單元測(cè)試框架，根據(jù)業(yè)務(wù)流，調(diào)用接口寫(xiě)幾個(gè)單元測(cè)試用例。

在實(shí)踐中TDD的好處很明顯：在寫(xiě)TDD測(cè)試用例的過(guò)程中就可能發(fā)現(xiàn)接口設(shè)計(jì)的不合理。而且，對(duì)于持續(xù)集成的系統(tǒng)，TDD也并沒(méi)有增加工作量。

另一個(gè)需要特別說(shuō)明是步驟5：對(duì)設(shè)計(jì)評(píng)審的關(guān)注。要求的設(shè)計(jì)評(píng)審內(nèi)容：

（1）總體說(shuō)明（若結(jié)構(gòu)復(fù)雜則需有邏輯架構(gòu)視圖）；

（2）接口使用示例；

（3）類(lèi)圖，序列圖（UML）；

（4）設(shè)計(jì)決策；

（5）接口（直接附頭文件，不要粘貼到設(shè)計(jì)文檔）。

設(shè)計(jì)評(píng)審保證了CBB的設(shè)計(jì)質(zhì)量，不會(huì)因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)成員素質(zhì)的不同而出現(xiàn)重大的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

CBB代碼上傳到代碼倉(cāng)庫(kù)后，剩下的就是自動(dòng)化工具的工作了：依次自動(dòng)觸發(fā)單元測(cè)試，集成測(cè)試，發(fā)布測(cè)試，最后郵件發(fā)送集成結(jié)果給開(kāi)發(fā)人員。

5 持續(xù)集成流程

持續(xù)集成流程如圖5所示。

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

6 發(fā)布流程

發(fā)布流程如圖6所示，自動(dòng)化打包，并對(duì)發(fā)布包從用戶使用的過(guò)程測(cè)試一遍。發(fā)布流程每天構(gòu)建，以保證每天都處于可發(fā)布狀態(tài)。所有過(guò)程均自動(dòng)化。

7 主要工具

幾個(gè)關(guān)鍵的工具：

（1）Jenkins：做持續(xù)集成工具，使用腳本輔助實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部署測(cè)試。

（2）GTest：Google的單元測(cè)試框架。

（3）CMake：高效友好的自動(dòng)編譯工具，優(yōu)于configure/make。

（4）Doxygen：自動(dòng)生成接口說(shuō)明，當(dāng)然前提是規(guī)范好代碼的接口說(shuō)明格式。

（5）MediaWiki：wiki工具，做CBB發(fā)布和技術(shù)文檔的發(fā)布平臺(tái)。人人貢獻(xiàn)的思想是推崇提倡的。

8 總結(jié)

本文介紹的嵌入式產(chǎn)品平臺(tái)已經(jīng)在星網(wǎng)視易公司的KTV產(chǎn)品線得到應(yīng)用，傳統(tǒng)上，該產(chǎn)品線一款基于全新硬件平臺(tái)的系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)周期大概需要10?12個(gè)月，而基于產(chǎn)品平臺(tái)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率、質(zhì)量顯著提升，芯片平臺(tái)切換時(shí)間大幅縮短至約原來(lái)的1/4。

實(shí)踐證明，一個(gè)產(chǎn)品線下多個(gè)產(chǎn)品并行開(kāi)發(fā)時(shí)，使用產(chǎn)品平臺(tái)，可以大幅加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率、提升質(zhì)量、降低成本。同時(shí)，合理的系統(tǒng)架構(gòu)，并輔以敏捷方法的使用，可以極大加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率。

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