何曉琴，白 勇，鄧 譜

(重慶電力高等?？茖W校，重慶400053)

隨著軟件需求的逐漸遞增，軟件在整個開發(fā)和應用過程中出現(xiàn)了一些問題。例如，硬件發(fā)展非?？欤浖l(fā)展較為遜色，跟不上硬件的發(fā)展速度，導致硬件的有些功能得不到充分發(fā)揮;軟件開發(fā)過程中，重復開發(fā)現(xiàn)象嚴重，花費的資源較多，浪費所占比例較大，效率較低。軟件復用是重新應用軟件開發(fā)過程中已有的思想，具有靈活性高、開發(fā)成本低的優(yōu)點。

1 軟件復用的關鍵技術

影響軟件復用的各種因素之間有著密切聯(lián)系。無論是技術因素還是非技術因素，其主要包括軟件構件技術、軟件架構、領域工程、軟件工程、軟件再工程、開放系統(tǒng)以及CASE技術等，如圖1所示，軟件復用的實現(xiàn)受到它們共同結合的影響。

圖1 實現(xiàn)軟件復用的關鍵因素

1.1 軟件構件技術

構件是可以獨立交付、發(fā)布的二進制功能單元。不同構件開發(fā)機構開發(fā)的構件能夠按軟件應用的需要進行組裝。近年來，為了促進軟件構件技術的發(fā)展，促進構件技術的標準化，工業(yè)界中一些主要的軟件公司和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟紛紛提出了一些構件軟件的建議標準和技術規(guī)范。具有相對獨立的功能和可復用價值的構件就是可復用構件。事實上，構建的定義還沒統(tǒng)一，有的認為構件是一個語義，它能夠將目標問題域體現(xiàn)出來，并且實現(xiàn)都是通過獨立的方式進行的;有的認為構件是一個可獨立交付的軟件單元，對軟件設計和內(nèi)容進行了封裝，并向外提供接口，通過接口與其它構建組裝成更大的整體;有的認為構件是一個若干個對象集，這些對象集都是動態(tài)變化的，并且可以存在于構件的內(nèi)部，也可能是其接口的一部分。構件與構件之間可以實現(xiàn)交互和膠合，交互是直接實現(xiàn)，而膠合則是通過獨立的對象實現(xiàn)的。以上是從對象實現(xiàn)技術的角度給出的構件定義;而微軟的技術文檔給出的構件定義是通過接口向外提供服務的軟件包。綜合以上內(nèi)容，軟件構件技術是支持軟件復用的核心技術，主要研究內(nèi)容包括:構件獲取、構件模型、構件描述語言、構件分類與檢索、構件復合組裝、標準化。

1.2 軟件構架

系統(tǒng)的整體設計格局就是軟件架構，軟件架構為基于構件的軟件開發(fā)提供了構件組裝的基礎。對于不同系統(tǒng)的高層共性，可以通過對軟件架構的研究發(fā)現(xiàn)其規(guī)律，并能夠給系統(tǒng)設計提供一個靈活且正確的保障、規(guī)約、分析、驗證和管理系統(tǒng)的整體結構和全局屬性?？偠灾浖軜嬀褪侵冈谝欢ǖ脑O計原則基礎上，從不同角度對組成系統(tǒng)的各部分進行搭配和安排，形成系統(tǒng)的多個結構而組成架構，它包括該系統(tǒng)的各個組件、組件的外部可見屬性及相互關系。軟件系統(tǒng)自身的整體結構和構件間的互聯(lián)是軟件架構如何快速、可靠地從可復用構件中構造系統(tǒng)方式的關鍵。

1.3 領域工程

領域工程覆蓋了建立可復用軟件構件的所有活動，它是一組相似或相近系統(tǒng)的應用工程建立基本能力和必備基礎的過程。一組具有相似或相近軟件需求的應用系統(tǒng)所覆蓋的功能區(qū)域就是所謂的領域。領域工程與軟件工程的關系如圖2所示。(1)復用信息的領域特定性?？蓮陀眯砸蕾囉谔囟ǖ膯栴}和特定的解決方法，它不是信息的一種孤立屬性。(2)問題領域的內(nèi)聚性和穩(wěn)定性。大量軟件復用研究和實踐表明，特定領域的軟件復用活動相對容易取得成功，這是由領域的內(nèi)聚性和穩(wěn)定性決定的。領域工程創(chuàng)建應用領域的模型，標識、構造、分類和傳播一組可重用的軟件。領域工程主要包括以下三個階段:(1)領域分析。獲得領域模型就是領域分析的主要目標。在領域中系統(tǒng)之間具有共同的需求，而這些共同的需求就是通過領域模型來進行描述的。(2)領域設計。獲得領域架構是領域設計這個階段的目標，同時也是系統(tǒng)需求的一個高層次設計。如何完成系統(tǒng)需求是獲得領域架構的目的之一。在領域模型建立后，為了能夠滿足系統(tǒng)的各種需求，就誕生了領域架構。值得注意的是，系統(tǒng)需求不是永遠不變的，影響其發(fā)生變化的因素較多，只要系統(tǒng)需求發(fā)生變化，獲得領域架構也要隨之發(fā)生變化。(3)領域實現(xiàn)。領域實現(xiàn)這個階段主要就是完成一種機制，這種機制就是將需求翻譯成能夠由可復用構建創(chuàng)建的系統(tǒng)識別的機制。

圖2 領域工程與軟件工程的關系

1.4 軟件再工程

軟件復用中的一些問題與現(xiàn)有系統(tǒng)密切相關，當前技術的發(fā)展速度是非?？斓?，軟件系統(tǒng)能夠很好地適應其發(fā)展則應該從比較容易理解、可復用的系統(tǒng)軟件架構中將可復用的軟件提煉出來，并挖掘、整理由于技術的發(fā)展而退出的、現(xiàn)存的、大量不再應用的軟件系統(tǒng)。隨著時間的推移，已存在的軟件構件已不能使用，如何對這些軟件進行維護和怎樣進行維護，才能使其生命期能夠延長，這是當前面臨的主要問題，而解決這一問題的關鍵技術手段就是軟件再工程。軟件再工程是一個工程過程，它將現(xiàn)存系統(tǒng)重新構造為新的形式，而系統(tǒng)理解是軟件再工程的基礎。系統(tǒng)理解主要包括源代碼、運行系統(tǒng)、設計、分析等的全面理解。但在很多情況下，各類文檔都容易存在損失。因此，只能理解源代碼，即程序理解，軟件再工程程序理解就變得尤為重要。

2 基于構件的軟件開發(fā)思想

充分借鑒傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式是基于構件軟件開發(fā)方法的主要思路。首先，對消費者需求進行分析，將整體結構框架進行設計，然后到構件庫中，根據(jù)需要選擇相應的構件，再對應用系統(tǒng)進行組裝。如果系統(tǒng)所需的構件在現(xiàn)存的構件庫中不存在，那么就需要對所需的新的構件進行購買、定制或者自行研發(fā)。在獲得新構件的過程中，構件生產(chǎn)組和系統(tǒng)開發(fā)組之間對任務的分工要嚴格按照生產(chǎn)者——消費者關系進行，并且通過從經(jīng)驗工廠中請求所需的構件集成組裝，得到所需最新的系統(tǒng)。在經(jīng)驗工廠中，其所擁有的活動也不是單一的，主要包括同步活動和異步活動，同步活動指配合項目組的活動，接收構件查找請求或定制請求，為項目組服務;異步活動指有目的的構件生產(chǎn)或對同步活動中的構件進行再工程以提高構件的可復用性。

3 基于構件的軟件復用技術在嵌入式系統(tǒng)中的應用

軟件復用技術在嵌入式系統(tǒng)中應用時，首先要能夠清楚了解嵌入式系統(tǒng)，包括其特點、硬件和軟件架構。嵌入式系統(tǒng)有著非壟斷的高度分散的應用領域，系統(tǒng)內(nèi)核小，開發(fā)需要的開發(fā)工具和環(huán)境、軟硬件可裁剪、可配置，實時操作系統(tǒng)開發(fā)平臺面向用戶/產(chǎn)品/應用的產(chǎn)品的熱點等特點。PC環(huán)境軟件的通用性使其很容易實現(xiàn)復用。相比之下，嵌入式系統(tǒng)的專用性使其不容易實現(xiàn)復用，此系統(tǒng)是由軟件和硬件兩部分組成，兩者協(xié)同合作，統(tǒng)一構成嵌入式系統(tǒng)整體。嵌入式系統(tǒng)硬件是整個嵌入式系統(tǒng)的運行平臺，包括輸入/輸出接口，處理器、存儲器、數(shù)/模轉換等部分，其中嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件的核心，它擁有比通用計算機CPU更低的功耗，內(nèi)部通常有專用調(diào)試電路，外部有JTAG之類的調(diào)試接口。嵌入式系統(tǒng)軟件直接與用戶交互，在一定程度上決定了整個產(chǎn)品的成敗。在硬件系統(tǒng)搭建完畢后，軟件的操作系統(tǒng)要想規(guī)劃好，必須根據(jù)硬件相關的條件來進行，從而實現(xiàn)軟件復用。

嵌入式軟硬件結構決定了軟硬件系統(tǒng)緊密結合，軟件的開發(fā)往往都是根據(jù)特定的硬件來進行。因此，即使針對同一種產(chǎn)品進行修改時，由于其硬件不同，也會產(chǎn)生不同的修改方式。因此軟件的開發(fā)人員就必須能夠熟悉不同的硬件平臺和操作系統(tǒng)，這樣增加了開發(fā)難度，并且軟件復用難度也增加了。為了能夠提高開發(fā)人員的軟件開發(fā)水平，采取的有效措施就是將軟件復用技術運用到嵌入式軟件系統(tǒng)中。在此過程中硬件無關層和設備開發(fā)驅動層將起著至關重要的作用。硬件無關層是由硬件和平臺相關的代碼組成，它能夠產(chǎn)生初始化等函數(shù)集，在此過程中，硬件模塊的類型和特點占據(jù)一定位置。設備開發(fā)驅動層主要是對一個通用的驅動程序模型進行描述，與平臺功能是沒有任何關系的，此層還可以對復雜的事件進行精確的處理，實現(xiàn)DDI接口函數(shù)集，此函數(shù)集主要是用于應用層的編程。即程序員在應用層編程時，可以采用DDI接口函數(shù)集來進行編程，最終實現(xiàn)怎么支配硬件設備資源，然后將這個硬件模塊的驅動程序封裝成一個新的、符合標準的功能模塊，再將其引入到嵌入式系統(tǒng)中。一般情況下，該驅動軟件應用生存能力是非常強大的，可以直接在新環(huán)境下進行，也不會涉及較大的改變。

軟件復用不僅僅只是實現(xiàn)代碼的可重復利用，目前的任何軟件都需要具有強大的適應能力，因此，還應該考慮到在多環(huán)境下的應用。目前為止，對于PC機而言，其很多軟件都能夠實現(xiàn)在多環(huán)境下應用。嵌入式系統(tǒng)也應該借鑒這個優(yōu)點，實現(xiàn)一個軟件在多環(huán)境下進行應用。另外，軟件程序員在編程時，還需要對硬件進行處理。

綜上所述，嵌入式系統(tǒng)在實現(xiàn)軟件復用技術時，通過將軟件代碼按其功能和對象特征，封裝成一個模塊的形式是非常重要的。因為這樣可以給其他軟件工程在以后的工作中提供良好的借鑒基礎，并且還可以使軟件更容易維護，延長軟件使用壽命。嵌入式系統(tǒng)中應用復用技術，在很大程度上已經(jīng)緩解了軟件編寫受硬件約束的程序，程序員不需要隱藏自己的潛力，可以在這個空間中將能力充分發(fā)揮出來。如此下去，軟件的復用目的也就實現(xiàn)了。

軟件復用技術解決了軟件危機問題，提高了軟件開發(fā)效率，降低了軟件開發(fā)中的浪費，使軟件成本變得較低，從而使軟件質(zhì)量得到了進一步的保障。

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