蒙曉燕

（內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

0 引言

嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵是以應用為主，將計算機技術(shù)作為基礎，充分滿足用戶對成本與功能、體積與功耗等多方面要求的系統(tǒng)。但在過去開發(fā)嵌入式系統(tǒng)軟件的時候，全部軟件涵蓋操作系統(tǒng)、應用程序與硬件底層，是共同開發(fā)的，不能分開。伴隨嵌入式系統(tǒng)軟件規(guī)模越來越復雜，越來越龐大，該種開發(fā)模式愈發(fā)暴露出更多的缺點和不足。由于該模式針對不一樣的硬件平臺需要重新開始，接著開發(fā)出新的軟件就其要實現(xiàn)的功能大部分相差無幾甚而相同，但限制了軟件的反復使用，與此同時還增加了開發(fā)時間與開發(fā)成本。

1 架構(gòu)分層內(nèi)涵

伴隨社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展與進步，開始涌現(xiàn)出了各種各樣的高新技術(shù)，這些高新技術(shù)在很大程度上有效改善了傳統(tǒng)勞動力生產(chǎn)的模式，促使人們在工作崗位上可以更好地釋放出自己的潛在能力。與此同時，流水線形式的生產(chǎn)模式能夠大大提高相關(guān)人員工作熟練程度，有效地減少了在實際工作中不必要出現(xiàn)的經(jīng)濟損失，不僅提高了生產(chǎn)力，還提升了經(jīng)濟效益與社會效益。

分工合作這一概念同樣適用于嵌入式軟件開發(fā)領域。首先，相鄰的兩個軟件模塊可以彼此緊密聯(lián)系；其次，好似金字塔結(jié)構(gòu)，下層軟件層并不了解還存在高層次軟件層。因此，僅需要滿足上述兩個特點，即為架構(gòu)分層，此為軟件架構(gòu)分層思想基礎[1]。軟件架構(gòu)分層發(fā)揮著重要作用，特別是在開發(fā)階段，采取架構(gòu)分層理念，可以發(fā)揮出顯著的優(yōu)勢，因此需要相關(guān)人員做出更加深入的研究和探討。

2 多層軟件開發(fā)模型分析

2.1 軟件開發(fā)分層技術(shù)

在軟件開發(fā)中運用分層技術(shù)，實則是合理對用戶的一切需求展開分析與梳理，把軟件系統(tǒng)內(nèi)每一個功能領域抽象化，明確系統(tǒng)內(nèi)部每一個層次間的關(guān)系，繼而簡化模塊開發(fā)過程，把系統(tǒng)開發(fā)問題變成了簡單軟件設計方面的問題。與此同時，其也能夠支持系統(tǒng)包含的全部功能。在開展軟件系統(tǒng)開發(fā)工作的時候，系統(tǒng)場景通常都是非常復雜的，為有效處理問題必須精細化分層，同時每一個層次間的關(guān)系、接口對接關(guān)系更難設計。分層方式有很多，但軟件開發(fā)尚未制定出相應的標準。將實現(xiàn)計算機軟件全部功能作為基礎，要處理每個層次間的問題，將軟件實現(xiàn)過程簡化，與此同時可以隨時為上層提供服務。假設某個層次產(chǎn)生問題，那么僅會對其上一層次和下一層次帶來影響，而不會影響到整個系統(tǒng)。再者，所有層次內(nèi)部在分層時，可以最大限度地實現(xiàn)軟件的一切功能。

2.2 嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)分層

通常而言，使用嵌入式系統(tǒng)能夠把計算機軟件開發(fā)由技術(shù)層面劃分成硬件平臺與設備驅(qū)動層等多個方面，具體如下：（1）應用層。該層通常開展客戶應用需求類工作，涵蓋用戶功能和人機算法等各種開發(fā)工作。（2）硬件平臺。通常涵蓋了計算機軟件的主要部分，如嵌入式微處理器，這種處理器有著很多的外接端口，有利于展開對接。同時也有一部分周邊功能電路部分，比方說液晶顯示屏和開關(guān)等。（3）設備驅(qū)動。實現(xiàn)微處理器內(nèi)外部硬件API，可以有效給底部算法提供API，涵蓋了定時器與SPI等微處理器片內(nèi)外部驅(qū)動和API功能的實現(xiàn)，也涵蓋了微處理器片外外設溫度傳感器等驅(qū)動與API功能實現(xiàn)。通常而言，設備驅(qū)動為單獨的部分，將操作平臺底層硬件語言作為基礎構(gòu)建硬件抽象層，可有效給上層應用提供對接端口。（4）調(diào)動系統(tǒng)。在編寫階段能夠合理運用嵌入式操作系統(tǒng)作為基礎加以編寫。通常而言，一般可以劃分成如下幾個部分，即嵌入式操作系統(tǒng)以及基礎應用裁剪。又或是能夠基于已有的調(diào)度器展開如管理等專用系統(tǒng)的編寫工作。

3 嵌入式軟件架構(gòu)分層優(yōu)缺點

嵌入式軟件開發(fā)過程中采用架構(gòu)分層旨在有效關(guān)注“面”，特別是開發(fā)軟件的時候，可能會遭到各種各樣十分復雜的問題，不僅對于軟件開發(fā)進度有很大的影響，還有可能會加大相關(guān)人員的工作量。因此必須要對多種抽象且復雜的問題加以分解，繼而針對性處理發(fā)生的問題，以此提高軟件實用性，加強用戶使用體驗。

3.1 優(yōu)點

（1）相關(guān)工作人員能夠嚴格按照專業(yè)進行明確分工，全身心關(guān)注在某個層次。（2）經(jīng)過層次間的隔離，可以快速用新的實現(xiàn)取代原本某層次的實現(xiàn)，僅需要前后提供的服務接口一致，就可以替換。（3）能夠有效避免各層之間的依賴性。（4）易于制定出層標準。（5）可以有效提升軟件復用性，減少系統(tǒng)軟件開發(fā)周期，增強系統(tǒng)軟件質(zhì)量。

3.2 缺點

嵌入式軟件架構(gòu)分層的缺點表現(xiàn)在：（1）分層無法封裝全部功能，一部分復雜業(yè)務，假設出現(xiàn)功能變動，就會牽扯到全部的層。（2）穿過層次調(diào)用，可能會降低效率，對水平分布的層級分劃，降低效率十分顯著[2]。

4 嵌入式軟件架構(gòu)分層設計方式探索

4.1 層次劃分

嵌入式軟件架構(gòu)分層一般在邏輯方面展開垂直層次劃分，于物理上展開水平層次劃分。此次闡述的架構(gòu)分層設計方式即分別由兩個角度進行雙向劃分，也就是邏輯層與物理層，邏輯層面被叫作分層構(gòu)建，物理層面被叫作交互分層。分層構(gòu)建根據(jù)由下至上按秩序涵蓋了驅(qū)動與基礎層、中間與應用層；而交互分層涵蓋了人機界面和控制層、實體與接口層。

4.2 層次關(guān)系

交互分層每一個層次之間的關(guān)系見圖1所示，界面層承擔的職責為人機交互；控制層承擔協(xié)調(diào)的工作，接收控制命令，對實體展開有效操縱；實體層承擔運用邏輯和數(shù)據(jù)的責任，接口層承擔外部系統(tǒng)接口封裝的工作。而構(gòu)建分層中，每一個層次間的關(guān)系就是：驅(qū)動層承擔封裝硬件邏輯的工作；基礎層用來將驅(qū)動封裝當作基礎服務單元；中間層則是用來將應用與基礎環(huán)境相關(guān)隔離，面向應用提供適當?shù)姆?；應用層就是面對應用提供服務，涵蓋和硬件沒有關(guān)系的內(nèi)容，關(guān)鍵是對處理數(shù)據(jù)和控制原理等的輸出。在這些層次之中，驅(qū)動與基礎層受環(huán)境影響，而應用層與邏輯息息相關(guān)，和環(huán)境毫無關(guān)系[3]。各層次間無法產(chǎn)生循環(huán)依賴性，倘若發(fā)生了循環(huán)依賴性的現(xiàn)象，那么需要使用兩種方式進行處理，一種就是進行共享數(shù)據(jù)區(qū)構(gòu)建；另外一種就是使用觀察者模式。

圖1 交互分層關(guān)系

4.3 層次分析與劃分原則

在進行層次正交分析以前，需要對軟件兩個不一樣的維度分層中，層次的內(nèi)容與層次劃分加以有效確定，如此才能夠明確每一個層次間的關(guān)系。而層次劃分原則是：（1）參照正交分層；（2）相同類型開發(fā)關(guān)注點可分成一層；（3）常常一并復用的分成一層；（4）時常共同變化的劃分成一個層次；（5）和外部接口的需要分為一層[4]。

5 架構(gòu)分層設計實現(xiàn)舉措

本文將電機監(jiān)控系統(tǒng)嵌入式應用軟件架構(gòu)分層當成例子加以闡述說明：電機監(jiān)控系統(tǒng)是計算機加以控制，而控制單元關(guān)鍵是以鍵區(qū)、網(wǎng)絡以及顯示屏構(gòu)建而成；通常使用電流接觸器與奧騰轉(zhuǎn)化器開展監(jiān)控活動，以電機提供動力方面的支持，經(jīng)過鍵區(qū)和顯示屏實現(xiàn)監(jiān)控活動，促使監(jiān)控活動順利進行。

相關(guān)操作人員依托鍵區(qū)控制電機，通過材料成分表加以處理，經(jīng)過奧騰轉(zhuǎn)化器進行實體監(jiān)控。實體電機把實際狀態(tài)傳遞至電流接觸器，再傳輸?shù)讲牧铣煞直?，與此同時在顯示屏上顯現(xiàn)出實況。合理運用材料成分表能夠以網(wǎng)絡和計算機進行連接，同時采用計算機進行具體監(jiān)控活動[5]。

經(jīng)過運用嵌入式軟件架構(gòu)分層，可以了解到該種技術(shù)具備結(jié)構(gòu)清楚、邏輯純粹且分工清晰等特點，能夠有效提高軟件開發(fā)工作效率，與此同時可以提升工作進度，對于后續(xù)工作水平提高與優(yōu)化升級等而言是非常容易進行的。

6 結(jié)語

綜上所言，經(jīng)過闡述嵌入式軟件架構(gòu)分層內(nèi)在涵義且經(jīng)過討論架構(gòu)分層設計，能夠從中了解到在開發(fā)嵌入式軟件的時候，結(jié)合架構(gòu)分層技術(shù)具有明顯的拓展性，可以充分累積成熟的軟件功能模塊，繼而大大削弱后續(xù)對嵌入式系統(tǒng)維護的困難程度，提高軟件系統(tǒng)經(jīng)濟性以及實用性。與此同時，在軟件開發(fā)過程中運用架構(gòu)分層設計，能夠有效提高軟件項目開發(fā)效率，確保軟件質(zhì)量，提高軟件競爭力，為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的服務。