軟件體系結(jié)構(gòu)是其組件中體現(xiàn)的系統(tǒng)的基本組織，彼此之間的關(guān)系以及環(huán)境的關(guān)系以及指導(dǎo)其設(shè)計(jì)和進(jìn)化的原則。軟件體系結(jié)構(gòu)并不是要?jiǎng)?chuàng)建一次并將其設(shè)置為石頭。相反，軟件體系結(jié)構(gòu)應(yīng)在整個(gè)產(chǎn)品的一生中發(fā)展和變化。多年來(lái)，我聽(tīng)到工程師和經(jīng)理討論了軟件體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該從編碼工作中出現(xiàn)，就好像是通過(guò)魔術(shù)一樣。相信一個(gè)新興的，干凈的建筑就像相信將一包意大利面倒入開(kāi)水中會(huì)導(dǎo)致烤寬面條面條。

通過(guò)實(shí)施過(guò)程中考慮然后進(jìn)化的軟件體系結(jié)構(gòu)具有許多好處，例如：

· 充當(dāng)建造的路線圖

· 提供可用于培訓(xùn)工程師的軟件圖片，并向管理者和利益相關(guān)者解釋該軟件

· 最大程度地減少不必要的返工

· 發(fā)展成本降低

我經(jīng)常看到的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是，團(tuán)隊(duì)很難弄清楚如何定義他們的軟件體系結(jié)構(gòu)。團(tuán)隊(duì)可以使用五個(gè)步驟來(lái)開(kāi)發(fā)和發(fā)展其軟件體系結(jié)構(gòu)：

· 分開(kāi)軟件體系結(jié)構(gòu)

· 識(shí)別和追蹤數(shù)據(jù)資產(chǎn)

· 分解系統(tǒng)

· 界面和組件設(shè)計(jì)

· 模擬，迭代和擴(kuò)展

因此，讓我們探索您可以采取的幾個(gè)步驟來(lái)設(shè)計(jì)嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)。

步驟#1 - 分開(kāi)軟件體系結(jié)構(gòu)

許多嵌入式軟件團(tuán)隊(duì)將他們的軟件體系結(jié)構(gòu)視為包括應(yīng)用程序代碼和硬件交互的單個(gè)凝聚力體系結(jié)構(gòu)。以這種方式查看體系結(jié)構(gòu)并不奇怪，因?yàn)榍度胧杰浖こ處熗ǔ?huì)從硬件上查看其系統(tǒng)。嵌入式軟件是唯一的，因?yàn)樗仨毰c硬件進(jìn)行交互，這與所有其他軟件工程領(lǐng)域都不同。雖然這是真的，但現(xiàn)代軟件架構(gòu)師將并且應(yīng)將與硬件依賴性和與硬件獨(dú)立的軟件分開(kāi)。

我稱此分離為“兩個(gè)架構(gòu)的故事”。傳統(tǒng)上，開(kāi)發(fā)人員將設(shè)計(jì)和實(shí)施其體系結(jié)構(gòu)，以使硬件的獨(dú)立和依賴性層緊密結(jié)合。但不幸的是，緊密耦合的架構(gòu)存在很多問(wèn)題。

緊密耦合體系結(jié)構(gòu)的問(wèn)題

首先，它們不是很便攜。例如，如果微控制器突然變得不可用，會(huì)發(fā)生什么? (芯片短缺，有人嗎?)。如果代碼緊密耦合，則嘗試將應(yīng)用程序代碼移動(dòng)以在新的微控制器上運(yùn)行，將成為一項(xiàng)艱巨的努力。應(yīng)用程序代碼與微控制器上的低級(jí)硬件調(diào)用緊密耦合!我知道許多最近遭受了苦難的公司。如果他們沒(méi)有更新架構(gòu)，則必須返回所有代碼，并更改與硬件相互作用的每一行。更新其體系結(jié)構(gòu)的公司通過(guò)抽象和依賴注入打破了建筑耦合。

其次，幾乎不可能在開(kāi)發(fā)環(huán)境中而不是在目標(biāo)硬件上測(cè)試應(yīng)用程序的單位測(cè)試。如果應(yīng)用程序代碼直接撥打了硬件，則可以成功運(yùn)行該測(cè)試的測(cè)試線束，或者需要在硬件上進(jìn)行測(cè)試。在硬件上進(jìn)行測(cè)試很慢，通常是手動(dòng)的，而不是自動(dòng)化過(guò)程。我看到的結(jié)果是，該軟件的測(cè)試無(wú)法很好地測(cè)試，整體系統(tǒng)質(zhì)量受到了損失。此外，交付軟件可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

最后，緊密耦合的體系結(jié)構(gòu)將存在可擴(kuò)展性問(wèn)題。緊密耦合的系統(tǒng)通常共享數(shù)據(jù)。隨著軟件系統(tǒng)試圖增長(zhǎng)和添加新功能，每個(gè)新功能都會(huì)添加新代碼變得更加困難。組件之間的相互作用，訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)的能力以及麻煩缺陷的機(jī)會(huì)急劇上升。結(jié)果，盡管開(kāi)發(fā)人員為完成工作而努力工作，但功能開(kāi)發(fā)仍可能停滯不前。

分隔建筑如何解決問(wèn)題

將軟件體系結(jié)構(gòu)分為依賴硬件和獨(dú)立體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)緊密耦合的體系結(jié)構(gòu)解決了所有問(wèn)題。例如，在硬件依賴性和獨(dú)立體系結(jié)構(gòu)之間創(chuàng)建一個(gè)抽象層，可以將應(yīng)用程序代碼從一個(gè)微控制器移動(dòng)到下一個(gè)。抽象層打破了硬件依賴性;換句話說(shuō)，應(yīng)用程序不知道或關(guān)心硬件。相反，應(yīng)用程序取決于接口。新的與硬件有關(guān)的組件只需滿足接口的要求即可。這意味著，如果我們更改硬件，只有硬件模塊會(huì)更改!不是整個(gè)代碼庫(kù)。

在兩個(gè)體系結(jié)構(gòu)之間添加抽象層也解決了單位測(cè)試的許多問(wèn)題。在進(jìn)行抽象層時(shí)，更容易創(chuàng)建測(cè)試雙打和模擬將預(yù)期的數(shù)據(jù)和意外數(shù)據(jù)返回到應(yīng)用程序代碼。我們可以編寫所有應(yīng)用程序代碼，甚至沒(méi)有硬件!我知道這聽(tīng)起來(lái)對(duì)許多嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)是荒謬的。但是，在上周，我為正在開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品中添加了幾個(gè)新功能，我只打開(kāi)了一次硬件。我所有的開(kāi)發(fā)都是使用主機(jī)計(jì)算機(jī)上的單元測(cè)試完成的!

當(dāng)我們將體系結(jié)構(gòu)分開(kāi)并專注于最小化耦合時(shí)，擴(kuò)展軟件變得更加容易。但是，僅僅因?yàn)槲覀兇蚱屏梭w系結(jié)構(gòu)并不意味著我們不能在每個(gè)體系結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建耦合和凝聚力問(wèn)題。我們?nèi)匀恍枰_保我們遵循兩個(gè)架構(gòu)中的堅(jiān)實(shí)原則。好消息是，它使我們能夠獨(dú)立專注于每個(gè)體系結(jié)構(gòu)，這意味著實(shí)時(shí)和硬件約束問(wèn)題無(wú)法進(jìn)入核心應(yīng)用程序邏輯。

我要提到的最后一個(gè)好處是，通過(guò)將依賴硬件和獨(dú)立體系結(jié)構(gòu)分開(kāi)，我們可以專注于在硬件可用之前開(kāi)發(fā)和交付應(yīng)用程序。這里的好處是，可以盡早訪問(wèn)該應(yīng)用程序并提供反饋。隨后迭代應(yīng)用程序并專注于確保其滿足實(shí)際需求的能力變得更加易于管理。如今，太多的團(tuán)隊(duì)專注于首先準(zhǔn)備硬件，而核心應(yīng)用程序是事后的想法。這是設(shè)計(jì)和構(gòu)建系統(tǒng)的方法。

結(jié)論

軟件體系結(jié)構(gòu)可以幫助團(tuán)隊(duì)控制他們的軟件。新興的軟件體系結(jié)構(gòu)通常會(huì)導(dǎo)致大球和意大利面條代碼。這并不意味著我們被迫使用瀑布方法。成功的軟件體系結(jié)構(gòu)通常是通過(guò)迭代和進(jìn)化來(lái)創(chuàng)建的。設(shè)計(jì)軟件體系結(jié)構(gòu)的第一步是認(rèn)識(shí)到嵌入式系統(tǒng)不僅沒(méi)有一個(gè)體系結(jié)構(gòu)。相反，有兩種體系結(jié)構(gòu)：與硬件有關(guān)和獨(dú)立的體系結(jié)構(gòu)。有目的地分開(kāi)這些架構(gòu)，使開(kāi)發(fā)人員能夠利用現(xiàn)代軟件技術(shù)和方法來(lái)改善市場(chǎng)，質(zhì)量和開(kāi)發(fā)成本的時(shí)間。