硬件工程師應該記住的10大軟件技巧

嵌入式系統設計不僅需要了解硬件，還需了解軟件是如何影響硬件并與硬件進(jìn)行交互的。設計硬件所需的范式可能與設計軟件完全相反。當從硬件設計轉向包含軟件的設計時(shí)，硬件工程師應牢記以下十個(gè)技巧。 

當工程師首次邁入軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域時(shí)，會(huì )有一種強烈的誘惑力促使他們立刻投入工作并開(kāi)始寫(xiě)代碼。這種做法就好比在電路邏輯圖還未完成前就試圖設計印刷電路板（PCB）。在著(zhù)手開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，抑制一上來(lái)就想寫(xiě)代碼的沖動(dòng)至關(guān)重要，應首先用流程圖制定一個(gè)軟件架構圖。這樣的方法會(huì )使開(kāi)發(fā)人員對應用所需的不同部分與組件形成一個(gè)概念，就像電路邏輯圖可以告訴工程師需要哪些硬件元件一樣。這樣可確保程序整體建立在良好的組織和深思熟慮之上，減少程序調試時(shí)間，從長(cháng)期看，這樣做還可以節省時(shí)間、省去麻煩。 

狀態(tài)機是20世紀最偉大的軟件發(fā)明之一。一個(gè)應用程序往往可被分為多個(gè)狀態(tài)機，每個(gè)狀態(tài)機都控制該應用程序的特定部分。這些狀態(tài)機都擁有自己的內部狀態(tài)和狀態(tài)轉換，從中可看出軟件如何與各種激勵相互作用。用狀態(tài)機來(lái)設計軟件，可簡(jiǎn)化軟件的開(kāi)發(fā)，使之模塊化、可維護，并易于理解?，F在已經(jīng)有多種資源來(lái)演示狀態(tài)機理論和算法。 

在函數式編程的年代，函數要先于形式，程序員的唯一目標是盡可能地讓程序按預期方式快速運行，而不用考慮程序結構或可重用性。這種編程范式會(huì )毫無(wú)顧慮地使用全局性變量，程序中的任何函數都可能修改它。其結果就造成了變量被破壞的幾率增加或變量被誤用。在新推薦的面向對象的范式中，應在最小的范圍內定義變量并封裝它們，以防止其他函數的誤用或破壞。因此，建議限制使用全局變量的數量。在C語(yǔ)言中可用外部關(guān)鍵字標識這些變量。 

無(wú)論問(wèn)哪一名工程師，項目的哪部分最有可能延遲交付并超出預算，答案都是軟件。軟件往往是復雜的，且難以開(kāi)發(fā)和維護，尤其是當整個(gè)應用都存在于單個(gè)文件或松散關(guān)聯(lián)的多個(gè)文件中時(shí)。為了改善可維護性、可重用性及復雜性，強烈建議程序員充分利用現代編程語(yǔ)言的模塊化特性，將常用功能分解成模塊。以這樣的方式分解代碼，程序員就能著(zhù)手建立函數與特性庫，然后在一個(gè)接一個(gè)的應用中重用它們，從而通過(guò)連續測試而改善代碼質(zhì)量，同時(shí)也減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低了開(kāi)發(fā)成本。 

中斷服務(wù)例程用來(lái)中斷處理器對當前代碼的執行，而去處理剛剛觸發(fā)中斷的外圍設備。無(wú)論何時(shí)執行中斷，都需要一定的開(kāi)銷(xiāo)，用于保存當前程序的狀態(tài)并運行中斷，然后將處理器回歸原程序狀態(tài)?，F代處理器要比多年前的處理器快得多，但仍需要考慮此花銷(xiāo)。一般情況下，程序員都想把中斷運行時(shí)間降至最低，以避免干擾主代碼。這意味著(zhù)中斷應該短而簡(jiǎn)單。中斷中不應調用函數。此外，如果中斷變得過(guò)于復雜或耗時(shí)，那么就應該只在必要時(shí)利用中斷做最少量的工作，例如，將數據載入緩沖區并設置一個(gè)標志，然后讓主代碼處理輸入的數據。這樣做可保證大多數處理器的時(shí)間用于運行應用，而不是處理中斷。

設計硬件時(shí)，構建原型測試電路總是有益的，這樣可確保工程師對電路有正確的理解，然后再做電路板布局。這在設計軟件時(shí)也同樣適用。硅片制造商通常都有示例代碼，可用來(lái)測試微處理器的各個(gè)部分，這樣工程師們就可判定該部分的工作情況。此方法使人們明確知道應該如何設計軟件體系架構，以及可能碰到的任何問(wèn)題。在設計初期了解可能存在的障礙，比在產(chǎn)品交付前的最后幾小時(shí)才發(fā)現它們要好我最多。這是預先測試一段代碼的好方法，但需提醒的是，制造商代碼往往不是模塊化的，要經(jīng)過(guò)徹底的修改才可用于實(shí)際應用。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，也許某一天芯片供應商會(huì )提供可用于生產(chǎn)的代碼。 

工程學(xué)中有一個(gè)舊詞叫“KISS”——保持簡(jiǎn)單和直接。無(wú)論在處理何種復雜的工作時(shí)，最簡(jiǎn)單的方法就是把它分解為更小、更簡(jiǎn)單、更易處理的任務(wù)。隨著(zhù)工作或功能變得越來(lái)越復雜，人們要準確無(wú)誤地記錄所有的細節也變得更困難。在寫(xiě)一個(gè)函數時(shí)，其復雜度在當時(shí)看似適中，然而還必須考慮到，6個(gè)月后當工程師進(jìn)行維護時(shí)，還需要查看代碼。測量函數復雜度（如循環(huán)復雜度）的方法很多，現在已經(jīng)有工具可以自動(dòng)計算某個(gè)函數的循環(huán)復雜度。由經(jīng)驗可知，函數的循環(huán)復雜度保持在10以下是最理想的。 

無(wú)論在處理何種復雜工作時(shí)，最簡(jiǎn)單的方法就是把它分解為更易處理的任務(wù)。 

人都是會(huì )犯錯誤的，寫(xiě)代碼時(shí)也會(huì )犯錯。這就是為什么開(kāi)發(fā)人員使用源代碼存儲庫是如此重要。源代碼存儲庫可使開(kāi)發(fā)人員“存入”一個(gè)好的代碼版本，并描述對該基礎代碼所做的修改。這不僅使開(kāi)發(fā)人員可以復原或追溯到的舊版代碼，還可以比較舊版代碼之間的不同。如果開(kāi)發(fā)人員做的一系列修改破壞了系統，只需點(diǎn)擊一下即可恢復好代碼版本！請謹記，如果不頻繁提交代碼，存儲庫就不會(huì )達到預期目的。如果做了不可修復的改變，過(guò)兩周才提交代碼再恢復的話(huà)，就會(huì )造成大量工作和時(shí)間的損失！ 

在緊張的軟件開(kāi)發(fā)中，開(kāi)發(fā)人員很容易把注意力集中在編寫(xiě)和調試代碼上，而忽略做詳細的注釋。在壓力之下，注釋工作往往拖到最后，因為開(kāi)發(fā)人員認為這是最后的一件事。然而，趁代碼在你腦中記憶猶新時(shí)就做注釋是至關(guān)重要的，這樣做可使其他開(kāi)發(fā)人員或以后你自己讀懂注釋?zhuān)斫獯a是如何工作的。 

無(wú)論做何種類(lèi)型的工程設計，都建議先設定并遵守某種流程，以便質(zhì)量和成本都保持穩定的并能按時(shí)交付。軟件開(kāi)發(fā)人員已成功使用Agile開(kāi)發(fā)流程開(kāi)發(fā)高質(zhì)量軟件，這一流程可按任務(wù)的優(yōu)先順序做開(kāi)發(fā)。優(yōu)先級別最高的任務(wù)在指定的時(shí)間內首先完成，這被稱(chēng)為迭代。這種方法的好處是可以使軟件開(kāi)發(fā)流程保持順暢，還可以根據結果和客戶(hù)的需要，使需求和任務(wù)適應每一次迭代并做相應的修改。

網(wǎng)友評論

@ DickB 

我不支持關(guān)于中斷程序的建議。在使用德州儀器（TI）MSP430低功耗微控制器時(shí)，主代碼經(jīng)常只用于將處理器置于睡眠狀態(tài)。當處理器處于激活狀態(tài)時(shí)，所有工作都在中斷程序中完成。

@ The Real Dr Bob 

從我的經(jīng)驗看，也許這篇文章的標題應為“軟件工程師的10大技巧”。 

我在面試一名軟件工程師時(shí)曾問(wèn)過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題：如何為一個(gè)新項目寫(xiě)軟件？

回答是：著(zhù)手寫(xiě)軟件代碼！

我以為他會(huì )說(shuō)“先閱讀規范，然后將軟件分解成小模塊并為它們設計流程圖”之類(lèi)的話(huà)。 

當然，我沒(méi)錄用他。

@ Thinking_J

一切都很好。

但我還想增加一條：讓管理層學(xué)習Agile。

最重要的是，在項目的開(kāi)始階段就為項目的完成設定一個(gè)現實(shí)的目標（這是反復強調的）。而且，項目一開(kāi)始就應安排好適當的人力和流程，而不是后來(lái)才補上。

來(lái)源：硬件攻城獅