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嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方法分析論文
摘要：隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式軟件組件開(kāi)發(fā)方法因其具備針對(duì)性的軟件開(kāi)發(fā)能力而受到業(yè)界廣泛關(guān)注，相關(guān)研究也因此大量涌現(xiàn)。基于此，筆者簡(jiǎn)單分析了基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方法，并詳細(xì)論述了Qt下基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方法。
關(guān)鍵詞：組件；嵌入式軟件；Qt
1、引言
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)代碼式軟件開(kāi)發(fā)方法已難以滿足電子產(chǎn)品的復(fù)雜性功能需要，使得業(yè)界對(duì)擴(kuò)展性好的軟件開(kāi)發(fā)方法需求程度不斷提升。為了最大化發(fā)揮該開(kāi)發(fā)方法的優(yōu)勢(shì)、推動(dòng)我國(guó)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域快速發(fā)展，本文圍繞基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方法進(jìn)行了深入探討。
2、基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方法
2.1組件架構(gòu)
“控制、監(jiān)視或輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行裝置”被稱作嵌入式系統(tǒng)，該系統(tǒng)由硬件與軟件共同構(gòu)成，其中的軟件正是本文研究的嵌入式軟件。嵌入式軟件具備靈活性強(qiáng)、運(yùn)行效率高等優(yōu)勢(shì)，為了保證嵌入式軟件的應(yīng)用效率與應(yīng)用質(zhì)量，基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)必須重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)組件架構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的整體資源配置效率也將因此得到提升。具體來(lái)說(shuō)，組件架構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循重用原則、信息傳遞原則和閉包原則。此外，模板的完整性和耦合性也需要得到設(shè)計(jì)人員的重點(diǎn)關(guān)注[1]。
2.2接口設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)需在完成各類系統(tǒng)組件劃分后結(jié)合接口、邏輯操作一一對(duì)應(yīng)原則開(kāi)展。基于組件的嵌入式軟件組件接口設(shè)計(jì)屬于靈活性較高的工作，為提升設(shè)計(jì)的專業(yè)性和針對(duì)性，需重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)中的實(shí)際情況；為提升嵌入式組件結(jié)構(gòu)的抽象性，需要采用接口與實(shí)際相分離的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)；為提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和規(guī)范性控制，需要避免出現(xiàn)私自改動(dòng)接口設(shè)計(jì)方案的行為。
2.3開(kāi)發(fā)流程
傳統(tǒng)的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)流程可概況為：需求分析→設(shè)計(jì)→實(shí)現(xiàn)→測(cè)試→運(yùn)行。雖然該流程可最終滿足開(kāi)發(fā)需求，但其中存在大量的重復(fù)勞動(dòng)，使得傳統(tǒng)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)流程效率較低、開(kāi)發(fā)流程較繁瑣�；诮M件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)流程可概括為：應(yīng)用系統(tǒng)/應(yīng)用系統(tǒng)/應(yīng)用系統(tǒng)→抽取領(lǐng)域共性→組件庫(kù)→新應(yīng)用系統(tǒng)/新應(yīng)用系統(tǒng)/新應(yīng)用系統(tǒng)。其中組件庫(kù)為組件構(gòu)成的組件倉(cāng)庫(kù)，可有效解決傳統(tǒng)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)存在的不足，具有較高的實(shí)用價(jià)值[2]。
3、基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方法應(yīng)用實(shí)例分析
3.1開(kāi)發(fā)環(huán)境
為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文選擇了智能氣象站的嵌入式軟件設(shè)計(jì)作為研究對(duì)象。在基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方法應(yīng)用中，引入了Qt這一跨平臺(tái)C++開(kāi)發(fā)環(huán)境，moc（元對(duì)象編譯器）負(fù)責(zé)C++語(yǔ)言的擴(kuò)展。在具體設(shè)計(jì)中，Qt的良好封裝機(jī)制、“信號(hào)與槽”新消息機(jī)制大大提升了嵌入式軟件的實(shí)用性。前者的程序開(kāi)發(fā)和配置不受平臺(tái)限制；后者擁有面向?qū)ο�、真正信息封裝和連接靈活等優(yōu)勢(shì)，共同為基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)提供了有力支持。
3.2框架設(shè)計(jì)
在智能氣象站的嵌入式軟件設(shè)計(jì)中，需首先開(kāi)展功能需求分析，考慮到智能氣象站主要通過(guò)ZigBee（無(wú)線）和RS232（有線）方式進(jìn)行智能傳感器上傳數(shù)據(jù)信息的接收。圖1為系統(tǒng)組成及數(shù)據(jù)流圖。結(jié)合圖1發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)由主控單元、兩個(gè)數(shù)據(jù)采集單元（通信器）、傳感器（軟）、日志處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和狀態(tài)處理單元組成，各模塊功能如下所示：（1）主控單位。主要根據(jù)配置信息設(shè)置工作路徑，啟動(dòng)系統(tǒng)、同步時(shí)鐘、連接信號(hào)與槽、創(chuàng)建單元實(shí)例和停止系統(tǒng)也屬于其功能范疇；（2）通信器、傳感器（軟）。主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，其中傳感器（軟）指的是軟件中定義的一個(gè)組件；（3）存儲(chǔ)器模塊。負(fù)責(zé)接收TCP模塊指令、傳感器模塊指令及數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)也屬于該模塊功能組成；（4）日志模塊。負(fù)責(zé)接收并記錄信息，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的診斷；（5）狀態(tài)模塊。負(fù)責(zé)接收各模塊的心跳信息、狀態(tài)信息，并以此控制LED閃爍；（6）通信器。由ZigBee通信器、串口通信器組成，主要針對(duì)通信通道設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)通道的開(kāi)閉、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)獲取，并與傳感器（軟）共同完成數(shù)據(jù)采集，具體采集流程可描述為：外部時(shí)鐘→時(shí)鐘信號(hào)→傳感器（軟）→采集指令→通信器→硬件，其中傳感器（軟）向通信器發(fā)出采集指令，通信器則向傳感器（軟）傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)。
3.3框架實(shí)現(xiàn)
3.3.1單元間通信方式單元間通信需要對(duì)單元進(jìn)行抽象處理，所有單元均擁有2路輸入和輸出，分別用于指令和數(shù)據(jù)的傳輸。為實(shí)現(xiàn)從CUnitBase繼承來(lái)的各單元間指令格式、信號(hào)格式的統(tǒng)一，需要進(jìn)行單元通用信號(hào)和槽的定義（CUnitBase）。具體設(shè)計(jì)存在四種信號(hào)和槽，分別對(duì)應(yīng)通用信息、狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)信息、指令信息的信號(hào)與槽。3.3.2類的繼承關(guān)系在Qt中，基類QObject繼承屬于所有類的來(lái)源，Qt自帶的線程類QThread、設(shè)計(jì)采用的單元基礎(chǔ)類CUnitBase便屬于其中典型。類的繼承關(guān)系可概括為：QObjec類→QThread類→CUnitBase類→具體功能類，其中非線程類繼承屬于QObject類。在具體設(shè)計(jì)中，CUnitBase類的定義必須得到重點(diǎn)關(guān)注，每一個(gè)組件的細(xì)化、具體功能類的派生也在設(shè)計(jì)中占據(jù)重要位置。如CControlCenter類，圍繞其開(kāi)展的設(shè)計(jì)需涉及數(shù)據(jù)連接、日志連接、指令連接和狀態(tài)連接等重要內(nèi)容。CLedControl類、CHYTcpServer類、CHYStatusMonitor類和CHYDataStorag類等在設(shè)計(jì)中同樣占據(jù)重要地位。3.3.3系統(tǒng)配置系統(tǒng)啟動(dòng)流程為：開(kāi)始→創(chuàng)建核心應(yīng)用程序→創(chuàng)建主控單元實(shí)例→調(diào)用主控單元配置函數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置→遍歷、開(kāi)始所有線程→運(yùn)行核心運(yùn)行程序，啟動(dòng)事件循環(huán)。系統(tǒng)配置流程為：開(kāi)始→讀取配置文件→根據(jù)配置文件創(chuàng)建相應(yīng)單元→連接單元間信號(hào)和槽→設(shè)置同步時(shí)鐘→結(jié)束。其中的調(diào)用主控單元配置函數(shù)步驟，需先后調(diào)動(dòng)setWorkPath()函數(shù)、loadConfiguration()函數(shù)。3.3.4其他設(shè)計(jì)ZigBee通信器模塊、ZigBee傳感器模塊、串口通信器模塊、串口傳感器模塊和存儲(chǔ)器模塊同樣屬于設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)器接收信息處理流程為：開(kāi)始→接收到數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)→計(jì)算QC→存儲(chǔ)到臨時(shí)緩沖區(qū)，以及：開(kāi)始→接收到數(shù)據(jù)→指令→標(biāo)記發(fā)送者→讀取數(shù)據(jù)庫(kù)并打包數(shù)據(jù)→發(fā)送報(bào)告到發(fā)送者，由此可更深入了解基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方法。
4、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方法具備較為廣闊的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的開(kāi)發(fā)環(huán)境、框架設(shè)計(jì)、單元間通信方式、類的繼承關(guān)系、系統(tǒng)配置和其他設(shè)計(jì)內(nèi)容，提供了可行性較高的基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)路徑。為更好地推動(dòng)嵌入式軟件領(lǐng)域發(fā)展，Qt下的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性必須得到重點(diǎn)關(guān)注。
參考文獻(xiàn)
[1]王小鋒.基于組件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方法[J].電子技術(shù)與軟件工程,2018(8):53.
[2]戴巍,霍亞,馬尚昌,等.Qt下基于組件的嵌入式軟件框架設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2016,36(S1):257-261.
作者：王浩 吳曉玲 單位：北京動(dòng)力機(jī)械研究所
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