可重用框架的嵌入式軟件開發(fā)模式及其應(yīng)用研究

趙永春 紀(jì)小明 王顯躍 冼友倫 徐磊

中國電子科技集團(tuán)第二十九研究所 四川成都 610036

影響軟件開發(fā)工作質(zhì)量的因素相對較多，其中可重用性是最為重要的因素之一。所謂的可重用性是指軟件開發(fā)人員在進(jìn)行軟件開發(fā)的過程當(dāng)中，將代碼和思想的開發(fā)運用在軟件問題上，從而提高軟件的可靠性，這種軟件開發(fā)方式與傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法相比，具有開發(fā)質(zhì)量高且效率高的特點，同時可降低軟件開發(fā)的成本。

本文主要針對框架與軟件重用的概念進(jìn)行分析，其次討論應(yīng)用框架的開發(fā)方法，并根據(jù)嵌入式軟件框架的設(shè)計提出基于PowerPC 嵌入式軟件系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的具體內(nèi)容。

1 框架與軟件重用

在進(jìn)行軟件開發(fā)時，軟件開發(fā)人員必須對系統(tǒng)或相應(yīng)的子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，一般情況下，設(shè)計環(huán)節(jié)需要遵循可重用系統(tǒng)的原則。而框架主要指在特定領(lǐng)域當(dāng)中的軟件半成品，這些所謂的半成品具有明顯的開發(fā)模式以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行后期軟件開發(fā)時，需要加入處理軟件語言代碼，并將其應(yīng)用在具體系統(tǒng)中?？蚣艿男纬杀仨氃谔囟I(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中，與軟件開發(fā)的具體需求進(jìn)行有效融合，并在參考需求的前提下，形成具有針對性的框架[1]。軟件的可重用性是框架的主要特性，在進(jìn)行軟件開發(fā)的過程當(dāng)中，需要將特定的處理代碼加入系統(tǒng)或相應(yīng)子系統(tǒng)中，從而形成新的系統(tǒng)。在開發(fā)過程中，首先應(yīng)該分析其需要，并盡可能地從系統(tǒng)通用性方面考慮，針對相同的問題的處理與特點，將與該應(yīng)用沒有太大關(guān)系的部分剝離出來，然后選擇合適的軟件分析其結(jié)構(gòu)，詳情參考下圖1。

圖1 框架結(jié)構(gòu)圖

2 應(yīng)用框架的開發(fā)方法

2.1 結(jié)構(gòu)定義

上文提到，計算機軟件系統(tǒng)的可重用性能夠提高軟件的可靠性，以及促進(jìn)軟件開發(fā)的質(zhì)量，而應(yīng)用框架則是能促進(jìn)可重用性的主要內(nèi)容。軟件開發(fā)者需要充分了解該系統(tǒng)的具體需求，將系統(tǒng)設(shè)計的通用性充分考慮在每一個開發(fā)環(huán)節(jié)中。在進(jìn)行具體操作時，系統(tǒng)開發(fā)的問題較為復(fù)雜，設(shè)計者可以根據(jù)不同問題的特點和處理模式，將同類問題進(jìn)行有效融合，提出具有針對性的解決措施并將相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行吸收和借鑒。在選擇軟件框架前，軟件設(shè)計者需要根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的具體特點以及系統(tǒng)運行的基本需求，總結(jié)應(yīng)用框架的具體方向，只有這樣才能選擇合適的軟件結(jié)構(gòu)并確定框架的總結(jié)構(gòu)，同時明確軟件的控制流和數(shù)據(jù)流等多項指標(biāo)。

2.2 原型實現(xiàn)

對于整個計算機軟件系統(tǒng)來說，第一個應(yīng)用系統(tǒng)最為關(guān)鍵。軟件設(shè)計工作者將第一個系統(tǒng)確定之后，可基本確定軟件框架的原型，在此基礎(chǔ)上可總結(jié)出與應(yīng)用相關(guān)的部件程序模板。在后續(xù)的軟件設(shè)計工作中，可以根據(jù)框架原型及部件程序模板，進(jìn)行后期的軟件開發(fā)[2]。

2.3 框架進(jìn)化

從軟件開發(fā)可重用性特點的角度分析，要想滿足框架進(jìn)化的內(nèi)容，并且保證框架的質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，就需要在實現(xiàn)框架原型的基礎(chǔ)上，了解其它系統(tǒng)應(yīng)用的實際需求，并且根據(jù)這些需求不斷進(jìn)行框架改進(jìn)，這種不斷完善和進(jìn)化的過程，可整體提高軟件的可重用性。在具體的軟件開發(fā)工作中，需要重點考慮軟件通用性和可重用性，并將其作為主要目標(biāo)，在原框架的基礎(chǔ)上，不斷對框架進(jìn)行修改，驗證，完善和進(jìn)化，將原本存在的不合理之處進(jìn)行深入改進(jìn)，進(jìn)而促進(jìn)系統(tǒng)的高效發(fā)展。一般情況下，可真正投入使用的框架實例，需要經(jīng)過多個實例的應(yīng)用，并且反復(fù)進(jìn)行修改完善，才可真正投入使用。

3 基于PowerPC 嵌入式框架的應(yīng)用開發(fā)

PowerPC 是一種精簡指令集架構(gòu)的中央處理器，因其優(yōu)異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量，在嵌入式有著廣泛的應(yīng)用。

基于PowerPC 的嵌入式軟件主要完成對外接口通信，對內(nèi)系統(tǒng)管控及信號處理等工作。本軟件主要接收來自系統(tǒng)顯控軟件的控制命令，完成自檢、校準(zhǔn)、噪底采集、信號分選、全脈沖采集、目標(biāo)干擾等各項功能，并能及時將處理結(jié)果上報系統(tǒng)顯控軟件。根據(jù)多個應(yīng)用需求進(jìn)行統(tǒng)型設(shè)計，開發(fā)嵌入式軟件框架，其組件劃分如圖2 所示。

圖2 軟件組件組成圖

軟件當(dāng)中的一個組件可以作為一個具有獨立功能的模塊，分配好不同組件的分配工作，能夠最大程度的提升系統(tǒng)的資源應(yīng)用率。在進(jìn)行組件的規(guī)劃過程當(dāng)中，應(yīng)根據(jù)框架模板的全面性和耦合性，秉持信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組件的組合應(yīng)用[3]。

（1）一般情況下，組件模型所涉及的要素有很多，并且每個要素當(dāng)中都含有至少三個屬性組件以及兩個端口。組件可以利用這些端口實現(xiàn)不同的界面設(shè)置，同時還可以將組件進(jìn)行多層次的組合應(yīng)用，子組件可以被當(dāng)作一個黑盒子。

（2）在通過子組件端口的連通之后，一個合成組件將會形成。端口連接作為組件之間的主要連通形式，合成組件的端口還能夠與其他子組件端口進(jìn)行連接。通過統(tǒng)一形式的組件模型，能夠?qū)⑶度胧杰浖兂梢粋€統(tǒng)一的合成組件。

組件合成示意圖如下圖3 所示。

圖3 組件合成示意圖

4 可重用框架的優(yōu)缺點分析

4.1 優(yōu)點

在嵌入式軟件開發(fā)中，應(yīng)用架構(gòu)分層可以使全體開發(fā)人員更好地發(fā)揮自己的特長，從而大幅加快軟件的開發(fā)速度，降低開發(fā)的成本。并且，因為不同層面之間能夠有效隔離，因此即使在開發(fā)過程中出現(xiàn)錯誤，也可以及時進(jìn)行糾正，而不會對其他部分造成影響。同時，由于各個層次之間的關(guān)系弱化，可以對分導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定，從而大幅度提升軟件質(zhì)量和可靠性，提升軟件的競爭力。

4.2 缺點

使用架構(gòu)分層將會對系統(tǒng)的運行效率產(chǎn)生一定的影響。由于架構(gòu)分層造成的軟件層次、模塊之間的“低耦合、高內(nèi)聚”，不可避免地產(chǎn)生內(nèi)存空間的大幅占用以及數(shù)據(jù)多層次傳遞，勢必導(dǎo)致系統(tǒng)運行效率降低，目前嵌入式系統(tǒng)硬件內(nèi)存資源有限，這是后續(xù)工程中需要努力解決的問題。

5 結(jié)語

總而言之，軟件開發(fā)的模式，在需求多變的情況下變得越發(fā)多樣化，與傳統(tǒng)軟件開發(fā)模式相比，基于可重用框架的軟件開發(fā)模式具有更大的優(yōu)勢，它可以滿足用戶在軟件上的各項需求，提高開發(fā)效率，減少工作量，降低開發(fā)成本，提高軟件的可靠性以及質(zhì)量，除此之外，它還具備較強的通用性和擴展性。因此近年來基于可重用框架的軟件開發(fā)模式得到了廣泛的應(yīng)用，是我國軟件開發(fā)領(lǐng)域的一大突破點。