張　楠

（西安科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西　西安　710054）

論計(jì)算機(jī)嵌入式軟件構(gòu)件提取與組裝

張楠

（西安科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西西安710054）

隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的逐步提升，計(jì)算機(jī)對(duì)嵌入式軟件的規(guī)模及復(fù)雜度的要求也越來(lái)越高。因此，必須采用有效的構(gòu)件軟件開發(fā)方法。采用構(gòu)件提取、組裝等方法進(jìn)行軟件系統(tǒng)構(gòu)建，可以提高軟件系統(tǒng)的可靠性，滿足計(jì)算機(jī)硬件的需求。文章就計(jì)算機(jī)嵌入式軟件構(gòu)件的提取、組裝技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)探討。

計(jì)算機(jī)；嵌入式軟件；構(gòu)件；提??；組裝

在計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)的過(guò)程中，嵌入式軟件的開發(fā)占據(jù)著至關(guān)重要的地位。目前，嵌入式系統(tǒng)在很多領(lǐng)域均有十分廣泛的應(yīng)用，不僅能夠極大地提升系統(tǒng)處理速度，拓展存儲(chǔ)空間，還能有效降低損耗。對(duì)于傳統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)而言，多關(guān)注過(guò)程形式的開發(fā)，但以嵌入式軟件構(gòu)建開發(fā)為基礎(chǔ)常具有更強(qiáng)的演化能力。

1　嵌入式軟件構(gòu)件

在嵌入式軟件開發(fā)中，軟件構(gòu)件占據(jù)著重要的地位，也是軟件開發(fā)過(guò)程中不得不關(guān)注的主要組成部分。需要通過(guò)特定的體系結(jié)構(gòu)，采用有效的開發(fā)推進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的各項(xiàng)功能。為了方便用戶操作，更好地服務(wù)用戶，要求構(gòu)件必須設(shè)置相應(yīng)的接口以滿足用戶需求。與傳統(tǒng)軟件開發(fā)不同，嵌入式軟件構(gòu)件開發(fā)具有諸多優(yōu)勢(shì)，能夠結(jié)合硬件生成方式實(shí)現(xiàn)定制化開發(fā)與組裝，實(shí)現(xiàn)了各種技術(shù)的綜合應(yīng)用，提升了開發(fā)的效率，達(dá)到資源節(jié)約的目的。當(dāng)然，為了確保嵌入式軟件構(gòu)件開發(fā)過(guò)程的可靠性，需要先對(duì)開發(fā)技術(shù)加以評(píng)估，確保其綜合性能，突出系統(tǒng)的可移植性、高可靠性、高效、高配置性等諸多優(yōu)勢(shì)，除去冗余部分，及時(shí)辨別錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)的綜合效率。

嵌入式軟件操作便捷、功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)了即插即用，優(yōu)化了操作工序，為用戶帶來(lái)了更大的便捷，同時(shí)，還可以結(jié)合用戶的個(gè)性化需求，提供不同的服務(wù)，在具體應(yīng)用過(guò)程中，可提供具有契約性的接口，便于信息交流。對(duì)于相同構(gòu)件而言，可結(jié)合具體情況，設(shè)置多個(gè)接口，所有接口都需要滿足有關(guān)規(guī)定的要求，確保其科學(xué)運(yùn)行。本質(zhì)而言，構(gòu)件的組裝主要是利用連接件、接口等，在多個(gè)構(gòu)件間構(gòu)建起獨(dú)特的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的控制，確保充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，服務(wù)用戶生活和工作。在嵌入式軟件運(yùn)營(yíng)時(shí)需要加強(qiáng)檢修，及時(shí)對(duì)存在的問(wèn)題加以處理，采取科學(xué)的防范措施，確保軟件構(gòu)建性能。

2　嵌入式軟件構(gòu)件的提取

從已有嵌入式軟件中將可用部分所形成構(gòu)件提取出來(lái)，是獲取構(gòu)件的重要方式，也是嵌入式軟件構(gòu)件技術(shù)的重要組成部分。結(jié)合嵌入式軟件特點(diǎn)，在構(gòu)件提取過(guò)程中，如果采用正向工程，可能會(huì)引發(fā)構(gòu)件細(xì)節(jié)不完善等問(wèn)題，但如果采用逆向工程，可能會(huì)無(wú)從下手。因此，最好將正向、逆向工程有機(jī)結(jié)合進(jìn)行構(gòu)件提取。嵌入式軟件構(gòu)建提取主要包括系統(tǒng)的細(xì)化，模型的構(gòu)建，分層完成，性能測(cè)量等幾個(gè)環(huán)節(jié)。其中，系統(tǒng)的細(xì)化、模型的構(gòu)建屬于正向工程，分層完成則為逆向工程。

（1）系統(tǒng)的細(xì)化。系統(tǒng)細(xì)化方法包括兩種，一種是知識(shí)匹配法，另一種是結(jié)構(gòu)分析法。其中，前者主要是通過(guò)分析軟件語(yǔ)義元素，將系統(tǒng)程序中語(yǔ)義相同或相似實(shí)體加以關(guān)聯(lián)，作為備選構(gòu)件。該方法是建立在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、專家系統(tǒng)等的基礎(chǔ)上。后者包括橫、縱向分化兩種。橫向分化主要是通過(guò)找到系統(tǒng)業(yè)務(wù)構(gòu)件，明確其專用性及對(duì)應(yīng)領(lǐng)域?？v向分化是通過(guò)找到系統(tǒng)通用構(gòu)件加以重用。系統(tǒng)橫向包括項(xiàng)目管理、放樣、建站、偏心測(cè)量、坐標(biāo)計(jì)算等模塊，這些模塊通過(guò)提取形成相應(yīng)的構(gòu)件，并在該領(lǐng)域應(yīng)用。

（2）模型構(gòu)建與分層完成。嵌入式軟件開發(fā)與硬件環(huán)境密不可分，因此，可以采用全站儀軟件系統(tǒng)，如μC/OS-II嵌入式系統(tǒng)。在模型構(gòu)建過(guò)程中，需要對(duì)硬件、系統(tǒng)抽象加以思考，以便滿足構(gòu)件通用性、重用性等要求。在模型構(gòu)建時(shí)，還需要考慮所開發(fā)軟件的可剪裁性。嵌入式軟件構(gòu)件主要包括3層結(jié)構(gòu)，第一層是接口層，負(fù)責(zé)為構(gòu)件提供相應(yīng)的接口。第二層是調(diào)用層，明確構(gòu)件所需接口。第三層為實(shí)現(xiàn)層，對(duì)構(gòu)建實(shí)現(xiàn)途徑加以描述。結(jié)合嵌入式軟件的需求，在模型構(gòu)建時(shí)需要設(shè)置配置層，確保所提取構(gòu)件具有相應(yīng)的可剪裁性特點(diǎn)。調(diào)用層包括硬件和系統(tǒng)抽象層兩層，前者負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各硬件平臺(tái)的抽象，后者負(fù)責(zé)對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行抽象。

（3）性能測(cè)量。對(duì)于嵌入式軟件構(gòu)件而言，其性能需要從如下方面進(jìn)行測(cè)量：一是重用性，這是構(gòu)件最關(guān)鍵的特點(diǎn)。例如，對(duì)于圖形用戶接口（Graphical User Interface，GUI）構(gòu)件而言，必須考慮到顯示、輸入等多種技術(shù)，才能有效移植。二是可靠性，系統(tǒng)可靠性取決于各構(gòu)件的可靠性。因此，必須確保系統(tǒng)的容錯(cuò)性，從整體方面考慮錯(cuò)誤的截獲、處理、報(bào)告等多個(gè)方面。三是效率性，主要包括空間、時(shí)間效率。要求系統(tǒng)開發(fā)時(shí)必須考慮到算法時(shí)間的復(fù)雜性。由于系統(tǒng)存儲(chǔ)空間有限，還需要對(duì)其空間復(fù)雜度進(jìn)行衡量。四是配置性，要求嵌入式軟件構(gòu)件應(yīng)通過(guò)配置將冗余部分去除，便于開發(fā)者結(jié)合自身需求加以配置。

3　嵌入式軟件構(gòu)件的組裝

在嵌入式構(gòu)件組裝中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，成為指導(dǎo)構(gòu)件組裝的藍(lán)圖，嵌入式構(gòu)件組裝需要對(duì)構(gòu)件本質(zhì)屬性進(jìn)行定義，并對(duì)接口結(jié)構(gòu)、構(gòu)建及應(yīng)用框架加以規(guī)定，明確構(gòu)件間的交互機(jī)制，如此方可實(shí)現(xiàn)組裝。本文以軟件體系作為指導(dǎo)，結(jié)合CBSD法進(jìn)行構(gòu)件組裝，并對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。該環(huán)境不同于普通開發(fā)環(huán)境，需要提供全面的從高層設(shè)計(jì)到最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)化方案。

由于構(gòu)件組裝是借助于現(xiàn)有構(gòu)件，形成新的系統(tǒng)。因此，也可以通過(guò)分層細(xì)化完成。將復(fù)合構(gòu)件通過(guò)層層分解，形成樹型結(jié)構(gòu)，確保構(gòu)件外部功能分別映射到成員構(gòu)件對(duì)應(yīng)功能方面，這樣就實(shí)現(xiàn)了復(fù)合構(gòu)件間信息的層層消解，最終實(shí)現(xiàn)原子構(gòu)件間的有效連接。在接口處，將原子構(gòu)件連接映射為另一構(gòu)件在實(shí)體中的連接，無(wú)需對(duì)構(gòu)件對(duì)應(yīng)實(shí)體進(jìn)行改動(dòng)，即可生成帶有實(shí)體的多對(duì)象原子構(gòu)件。

嵌入式軟件系統(tǒng)開發(fā)語(yǔ)言多采用的是C/C++語(yǔ)言，采用其對(duì)構(gòu)件組裝過(guò)程加以描述，并就軟件實(shí)時(shí)性、資源有限性提出解決方案。若無(wú)嵌入式構(gòu)件庫(kù)，可以通過(guò)采用C/C++語(yǔ)言所實(shí)現(xiàn)的部分構(gòu)件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在組裝時(shí)可采用編程語(yǔ)言加以描述。C/C++語(yǔ)言給予系統(tǒng)程序極大的硬件控制能力，能夠使所有處理器生成高效、緊湊代碼。在構(gòu)件組裝時(shí)，主要涉及構(gòu)件接口與環(huán)境接口的匹配，可以采用復(fù)合構(gòu)件制作法，原子構(gòu)件進(jìn)行對(duì)外交互，并負(fù)責(zé)與其他協(xié)作構(gòu)件構(gòu)建起相應(yīng)的關(guān)系。在構(gòu)件組裝時(shí)，會(huì)生成新的C++類，各構(gòu)件所對(duì)應(yīng)控制對(duì)象是相應(yīng)的協(xié)作對(duì)象，也是新類中的嵌入對(duì)象。嵌入式軟件系統(tǒng)構(gòu)件組裝可以采用C語(yǔ)言進(jìn)行描述，現(xiàn)有構(gòu)件Componentl 2，其對(duì)外所提供的接口聲明，在頭文件中，涉及結(jié)構(gòu)體的定義、函數(shù)名、所允許的外部引用變量等等，當(dāng)然，對(duì)于所允許的外部引用變量而言，需要在頭文件中進(jìn)行聲明，且前面需要增加extern等關(guān)鍵字。

綜上所述，近些年來(lái)，嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)前景廣闊，該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。隨著應(yīng)用的逐步增長(zhǎng)，嵌入式軟件開發(fā)也越來(lái)越受關(guān)注。與此同時(shí)，市場(chǎng)對(duì)于嵌入式軟件的規(guī)模、復(fù)雜性、可靠性、開發(fā)周期等都提出了更高的要求，因此，開發(fā)人員必須注重采用先進(jìn)的構(gòu)件提取、組裝技術(shù)，最大化地降低開發(fā)成本，減少開發(fā)周期，才能更好地順應(yīng)市場(chǎng)需求，拓展市場(chǎng)份額。

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Discussion on the extraction and assembly of computer embedded software component

Zhang Nan
（Computer Science and Technology College of Xi'an University of Science and Technology， Xi'an 710054， China）

With the gradual improvement of the performance of computer hardware， the requirements of computers' embedded software scale and complexity are higher and higher.Therefore， it is necessary to adopt effective development method of component software. Adopting the method of component extraction and assembly to design the software system is able to improve the reliability of the software system to meet the needs of computer hardware. This paper focuses on the discussion of extraction and assembly technology of embedded software component.

computer； embedded software； component； extraction； assembly

張楠（1987— ），女，陜西西安，助理工程師；研究方向：計(jì)算機(jī)嵌入式。