嵌入式软件开发方法分析

1引言

随着科学技术的快速发展，传统代码式软件开发方法已难以满足电子产品的复杂性功能需要，使得业界对扩展性好的软件开发方法需求程度不断提升。为了最大化发挥该开发方法的优势、推动我国嵌入式软件开发领域快速发展，本文围绕基于组件的嵌入式软件开发方法进行了深入探讨。

2基于组件的嵌入式软件开发方法

2.1组件架构

“控制、监视或辅助装置、机器和设备运行装置”被称作嵌入式系统，该系统由硬件与软件共同构成，其中的软件正是本文研究的嵌入式软件。嵌入式软件具备灵活性强、运行效率高等优势，为了保证嵌入式软件的应用效率与应用质量，基于组件的嵌入式软件开发必须重点关注系统组件架构设计，系统的整体资源配置效率也将因此得到提升。具体来说，组件架构设计需要遵循重用原则、信息传递原则和闭包原则。此外，模板的完整性和耦合性也需要得到设计人员的重点关注[1]。

2.2接口设计

该设计需在完成各类系统组件划分后结合接口、逻辑操作一一对应原则开展。基于组件的嵌入式软件组件接口设计属于灵活性较高的工作，为提升设计的专业性和针对性，需重点关注设计中的实际情况；为提升嵌入式组件结构的抽象性，需要采用接口与实际相分离的方式进行设计；为提高设计的准确性和规范性控制，需要避免出现私自改动接口设计方案的行为。

2.3开发流程

传统的嵌入式软件开发流程可概况为：需求分析→设计→实现→测试→运行。虽然该流程可最终满足开发需求，但其中存在大量的重复劳动，使得传统嵌入式软件开发流程效率较低、开发流程较繁琐。基于组件的嵌入式软件开发流程可概括为：应用系统/应用系统/应用系统→抽取领域共性→组件库→新应用系统/新应用系统/新应用系统。其中组件库为组件构成的组件仓库，可有效解决传统嵌入式软件开发存在的不足，具有较高的实用价值[2]。

3基于组件的嵌入式软件开发方法应用实例分析

3.1开发环境

为提升研究的实践价值，本文选择了智能气象站的嵌入式软件设计作为研究对象。在基于组件的嵌入式软件开发方法应用中，引入了Qt这一跨平台C++开发环境，moc（元对象编译器）负责C++语言的扩展。在具体设计中，Qt的良好封装机制、“信号与槽”新消息机制大大提升了嵌入式软件的实用性。前者的程序开发和配置不受平台限制；后者拥有面向对象、真正信息封装和连接灵活等优势，共同为基于组件的嵌入式软件开发提供了有力支持。

3.2框架设计

在智能气象站的嵌入式软件设计中，需首先开展功能需求分析，考虑到智能气象站主要通过ZigBee（无线）和RS232（有线）方式进行智能传感器上传数据信息的接收。图1为系统组成及数据流图。结合图1发现，该系统由主控单元、两个数据采集单元（通信器）、传感器（软）、日志处理单元、数据存储单元和状态处理单元组成，各模块功能如下所示：（1）主控单位。主要根据配置信息设置工作路径，启动系统、同步时钟、连接信号与槽、创建单元实例和停止系统也属于其功能范畴；（2）通信器、传感器（软）。主要负责数据采集，其中传感器（软）指的是软件中定义的一个组件；（3）存储器模块。负责接收TCP模块指令、传感器模块指令及数据，将数据存储至数据库也属于该模块功能组成；（4）日志模块。负责接收并记录信息，以此实现设备运行状态的诊断；（5）状态模块。负责接收各模块的心跳信息、状态信息，并以此控制LED闪烁；（6）通信器。由ZigBee通信器、串口通信器组成，主要针对通信通道设计，负责通道的开闭、数据发送、数据获取，并与传感器（软）共同完成数据采集，具体采集流程可描述为：外部时钟→时钟信号→传感器（软）→采集指令→通信器→硬件，其中传感器（软）向通信器发出采集指令，通信器则向传感器（软）传递数据信号。

3.3框架实现

3.3.1单元间通信方式单元间通信需要对单元进行抽象处理，所有单元均拥有2路输入和输出，分别用于指令和数据的传输。为实现从CUnitBase继承来的各单元间指令格式、信号格式的统一，需要进行单元通用信号和槽的定义（CUnitBase）。具体设计存在四种信号和槽，分别对应通用信息、状态信息、数据信息、指令信息的信号与槽。3.3.2类的继承关系在Qt中，基类QObject继承属于所有类的来源，Qt自带的线程类QThread、设计采用的单元基础类CUnitBase便属于其中典型。类的继承关系可概括为：QObjec类→QThread类→CUnitBase类→具体功能类，其中非线程类继承属于QObject类。在具体设计中，CUnitBase类的定义必须得到重点关注，每一个组件的细化、具体功能类的派生也在设计中占据重要位置。如CControlCenter类，围绕其开展的设计需涉及数据连接、日志连接、指令连接和状态连接等重要内容。CLedControl类、CHYTcpServer类、CHYStatusMonitor类和CHYDataStorag类等在设计中同样占据重要地位。3.3.3系统配置系统启动流程为：开始→创建核心应用程序→创建主控单元实例→调用主控单元配置函数，实现系统配置→遍历、开始所有线程→运行核心运行程序，启动事件循环。系统配置流程为：开始→读取配置文件→根据配置文件创建相应单元→连接单元间信号和槽→设置同步时钟→结束。其中的调用主控单元配置函数步骤，需先后调动setWorkPath()函数、loadConfiguration()函数。3.3.4其他设计ZigBee通信器模块、ZigBee传感器模块、串口通信器模块、串口传感器模块和存储器模块同样属于设计的关键内容。存储模块的存储器接收信息处理流程为：开始→接收到数据→数据→计算QC→存储到临时缓冲区，以及：开始→接收到数据→指令→标记发送者→读取数据库并打包数据→发送报告到发送者，由此可更深入了解基于组件的嵌入式软件开发方法。

4结语

综上所述，基于组件的嵌入式软件开发方法具备较为广阔的应用前景。在此基础上，本文涉及的开发环境、框架设计、单元间通信方式、类的继承关系、系统配置和其他设计内容，提供了可行性较高的基于组件的嵌入式软件开发路径。为更好地推动嵌入式软件领域发展，Qt下的系统实时性必须得到重点关注。