可重用框架的嵌入式軟件開發模式及其應用研究

趙永春 紀小明 王顯躍 冼友倫 徐磊

中國電子科技集團第二十九研究所 四川成都 610036

影響軟件開發工作質量的因素相對較多，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人員在進行軟件開發的過程當中，將代碼和思想的開發運用在軟件問題上，從而提高軟件的可靠性，這種軟件開發方式與傳統軟件開發方法相比，具有開發質量高且效率高的特點，同時可降低軟件開發的成本。

本文主要針對框架與軟件重用的概念進行分析，其次討論應用框架的開發方法，并根據嵌入式軟件框架的設計提出基于PowerPC 嵌入式軟件系統應用開發的具體內容。

1 框架與軟件重用

在進行軟件開發時，軟件開發人員必須對系統或相應的子系統進行設計，一般情況下，設計環節需要遵循可重用系統的原則。而框架主要指在特定領域當中的軟件半成品，這些所謂的半成品具有明顯的開發模式以及系統結構，在進行后期軟件開發時，需要加入處理軟件語言代碼，并將其應用在具體系統中。框架的形成必須在特定領域的應用系統當中，與軟件開發的具體需求進行有效融合，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，在進行軟件開發的過程當中，需要將特定的處理代碼加入系統或相應子系統中，從而形成新的系統。在開發過程中，首先應該分析其需要，并盡可能地從系統通用性方面考慮，針對相同的問題的處理與特點，將與該應用沒有太大關系的部分剝離出來，然后選擇合適的軟件分析其結構，詳情參考下圖1。

圖1 框架結構圖

2 應用框架的開發方法

2.1 結構定義

上文提到，計算機軟件系統的可重用性能夠提高軟件的可靠性，以及促進軟件開發的質量，而應用框架則是能促進可重用性的主要內容。軟件開發者需要充分了解該系統的具體需求，將系統設計的通用性充分考慮在每一個開發環節中。在進行具體操作時，系統開發的問題較為復雜，設計者可以根據不同問題的特點和處理模式，將同類問題進行有效融合，提出具有針對性的解決措施并將相關內容進行吸收和借鑒。在選擇軟件框架前，軟件設計者需要根據系統應用的具體特點以及系統運行的基本需求，總結應用框架的具體方向，只有這樣才能選擇合適的軟件結構并確定框架的總結構，同時明確軟件的控制流和數據流等多項指標。

2.2 原型實現

對于整個計算機軟件系統來說，第一個應用系統最為關鍵。軟件設計工作者將第一個系統確定之后，可基本確定軟件框架的原型，在此基礎上可總結出與應用相關的部件程序模板。在后續的軟件設計工作中，可以根據框架原型及部件程序模板，進行后期的軟件開發[2]。

2.3 框架進化

從軟件開發可重用性特點的角度分析，要想滿足框架進化的內容，并且保證框架的質量，達到預期目標，就需要在實現框架原型的基礎上，了解其它系統應用的實際需求，并且根據這些需求不斷進行框架改進，這種不斷完善和進化的過程，可整體提高軟件的可重用性。在具體的軟件開發工作中，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，在原框架的基礎上，不斷對框架進行修改，驗證，完善和進化，將原本存在的不合理之處進行深入改進，進而促進系統的高效發展。一般情況下，可真正投入使用的框架實例，需要經過多個實例的應用，并且反復進行修改完善，才可真正投入使用。

3 基于PowerPC 嵌入式框架的應用開發

PowerPC 是一種精簡指令集架構的中央處理器，因其優異的性能、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用。

基于PowerPC 的嵌入式軟件主要完成對外接口通信，對內系統管控及信號處理等工作。本軟件主要接收來自系統顯控軟件的控制命令，完成自檢、校準、噪底采集、信號分選、全脈沖采集、目標干擾等各項功能，并能及時將處理結果上報系統顯控軟件。根據多個應用需求進行統型設計，開發嵌入式軟件框架，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的資源應用率。在進行組件的規劃過程當中，應根據框架模板的全面性和耦合性，秉持信息傳遞標準進行組件的組合應用[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不同的界面設置，同時還可以將組件進行多層次的組合應用，子組件可以被當作一個黑盒子。

（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行連接。通過統一形式的組件模型，能夠將嵌入式軟件變成一個統一的合成組件。

組件合成示意圖如下圖3 所示。

圖3 組件合成示意圖

4 可重用框架的優缺點分析

4.1 優點

在嵌入式軟件開發中，應用架構分層可以使全體開發人員更好地發揮自己的特長，從而大幅加快軟件的開發速度，降低開發的成本。并且，因為不同層面之間能夠有效隔離，因此即使在開發過程中出現錯誤，也可以及時進行糾正，而不會對其他部分造成影響。同時，由于各個層次之間的關系弱化，可以對分導標準進行確定，從而大幅度提升軟件質量和可靠性，提升軟件的競爭力。

4.2 缺點

使用架構分層將會對系統的運行效率產生一定的影響。由于架構分層造成的軟件層次、模塊之間的“低耦合、高內聚”，不可避免地產生內存空間的大幅占用以及數據多層次傳遞，勢必導致系統運行效率降低，目前嵌入式系統硬件內存資源有限，這是后續工程中需要努力解決的問題。

5 結語

總而言之，軟件開發的模式，在需求多變的情況下變得越發多樣化，與傳統軟件開發模式相比，基于可重用框架的軟件開發模式具有更大的優勢，它可以滿足用戶在軟件上的各項需求，提高開發效率，減少工作量，降低開發成本，提高軟件的可靠性以及質量，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模式得到了廣泛的應用，是我國軟件開發領域的一大突破點。