淺談嵌入式軟件系統設計中的正交性

2.2  正交嵌入式系統的好處

　　正交思想幾乎觸及到自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，利用該思想來(lái)進(jìn)行嵌入式軟件系統設計同樣存在諸多優(yōu)點(diǎn)。

圖5  FaultSPI任務(wù)調用方式

（1）   方便單元測試

　　在整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)周期中，軟件的測試工作占據著(zhù)相當重要的比例，甚至會(huì )超過(guò)整個(gè)周期的50%。倘若等到所有代碼都編寫(xiě)完成之后才開(kāi)始測試工作，那么，軟件系統不同層面以及各個(gè)任務(wù)模塊中的眾多Bug，常常會(huì )使程序員無(wú)法理清思路，從而不能判斷問(wèn)題的根源。所以在進(jìn)行系統集成測試之前，應該將各個(gè)模塊的Bug減少到最低，這也就需要在編寫(xiě)各個(gè)模塊時(shí)，進(jìn)行有效的單元測試。而保證單元測試順利有效進(jìn)行的前提是，該模塊有很高的獨立性，這也正是正交性解決的問(wèn)題。圖6所示為嵌入式軟件系統的測試流程。

圖6  嵌入式軟件系統測試流程

（2）  更易于維護

　　常常有軟件系統維護的人員發(fā)現了系統存在的問(wèn)題，卻不敢輕易改動(dòng)，特別是系統底層部分。原因很簡(jiǎn)單：系統一直運行良好，沒(méi)有出錯，而且由于沒(méi)有完整的文檔說(shuō)明，擔心改動(dòng)之后會(huì )出現新的問(wèn)題。這種憂(yōu)慮折射出的是：程序員對眼前軟件系統是否具備較好正交性的疑慮。所以一個(gè)具有較好正交性的嵌入式軟件系統，能夠讓軟件維護人員更快、更順利地接手，提高維護效率的同時(shí)保證很高的正確性。

（3）  便于移植

　　硬件的更新速度相當之快，要降低產(chǎn)品升級成本、加快升級速度，必須讓軟件系統具備很好的可移植性，特別是嵌入式軟件系統中與硬件沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)的應用層部分。一個(gè)正交嵌入式系統正好從垂直方向保證了系統各層之間的獨立性，很好地將應用層與物理層分離開(kāi)來(lái)。

（4）  便于協(xié)同開(kāi)發(fā)

　　DSP與ARM較傳統MCU的優(yōu)勢之一，是使用了流水線(xiàn)技術(shù)，使指令能并行執行。對于軟件，同樣希望能并行協(xié)同開(kāi)發(fā)。正交嵌入式系統各個(gè)模塊相互獨立，只要定義好各模塊的接口，軟件開(kāi)發(fā)人員并不需要等待其他模塊完成就能開(kāi)展工作。圖7所示為正交嵌入式軟件系統的開(kāi)發(fā)模式。

　　正交的嵌入式軟件系統，能夠非常方便地將系統分為互不干擾的獨立模塊。每個(gè)軟件開(kāi)發(fā)人員或開(kāi)發(fā)團隊負責不同的模塊，并行地開(kāi)展工作。開(kāi)發(fā)人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中能夠互相溝通（如圖7中虛線(xiàn)箭頭所示），甚至可以隨時(shí)協(xié)助同伴攻克難題。

圖7  正交軟件系統開(kāi)發(fā)模式

3  小結

　　在眾多研究領(lǐng)域，人們很早就開(kāi)始借助正交性思想來(lái)幫助解決種種問(wèn)題。從歐氏空間線(xiàn)性變換到經(jīng)典力學(xué)中物體受力分析，從傅里葉變換到信號處理，從小波分析到地震勘探、量子場(chǎng)論、信號處理（包括圖像和語(yǔ)音）、機械故障診斷以及JPEG2000標準的制定。這些都是借助正交性思想，將對象分成多個(gè)相對獨立的部分，進(jìn)而對各部分單獨進(jìn)行研究，從而化繁為簡(jiǎn)。在嵌入式軟件設計中，也存在類(lèi)似的思想，正交的嵌入式軟件系統能夠降低系統各模塊間的依賴(lài)性，從而使系統更易于維護、方便測試，也更加容易實(shí)現系統的移植。從軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的角度來(lái)看，正交性思想還能夠幫助研發(fā)團隊并行作業(yè)、協(xié)同開(kāi)發(fā)，減少了等待時(shí)間，大大提高開(kāi)發(fā)效率，因此該思想值得軟件設計人員探討和利用。

李興鶴（碩士），主要研究領(lǐng)域為嵌入式系統、RFID技術(shù)、變頻技術(shù)、電梯控制系統；
古俊銀（博士、高級工程師），主要研究領(lǐng)域為變頻驅動(dòng)技術(shù)、新能源技術(shù)、嵌入式系統；
宋吉波（工程師），主要研究領(lǐng)域為變頻驅動(dòng)技術(shù)、嵌入式系統、電梯控制系統；
馬艷玲（碩士、軟件工程師）、
吳蕓（軟件工程師），主要研究領(lǐng)域為嵌入式系統，變頻技術(shù)。