嵌入式軟件開發方法分析論文

　　摘要：隨著信息化技術的快速發展，嵌入式軟件組件開發方法因其具備針對性的軟件開發能力而受到業界廣泛關注，相關研究也因此大量涌現。基于此，筆者簡單分析了基于組件的嵌入式軟件開發方法，并詳細論述了Qt下基于組件的嵌入式軟件開發方法。

　　關鍵詞：組件；嵌入式軟件；Qt

　　1、引言

　　隨著科學技術的快速發展，傳統代碼式軟件開發方法已難以滿足電子產品的復雜性功能需要，使得業界對擴展性好的軟件開發方法需求程度不斷提升。為了最大化發揮該開發方法的優勢、推動我國嵌入式軟件開發領域快速發展，本文圍繞基于組件的嵌入式軟件開發方法進行了深入探討。

　　2、基于組件的嵌入式軟件開發方法

　　2.1組件架構

　　“控制、監視或輔助裝置、機器和設備運行裝置”被稱作嵌入式系統，該系統由硬件與軟件共同構成，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、運行效率高等優勢，為了保證嵌入式軟件的應用效率與應用質量，基于組件的嵌入式軟件開發必須重點關注系統組件架構設計，系統的整體資源配置效率也將因此得到提升。具體來說，組件架構設計需要遵循重用原則、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計人員的重點關注[1]。

　　2.2接口設計

　　該設計需在完成各類系統組件劃分后結合接口、邏輯操作一一對應原則開展。基于組件的嵌入式軟件組件接口設計屬于靈活性較高的工作，為提升設計的專業性和針對性，需重點關注設計中的實際情況；為提升嵌入式組件結構的抽象性，需要采用接口與實際相分離的方式進行設計；為提高設計的準確性和規范性控制，需要避免出現私自改動接口設計方案的行為。

　　2.3開發流程

　　傳統的嵌入式軟件開發流程可概況為：需求分析→設計→實現→測試→運行。雖然該流程可最終滿足開發需求，但其中存在大量的重復勞動，使得傳統嵌入式軟件開發流程效率較低、開發流程較繁瑣。基于組件的嵌入式軟件開發流程可概括為：應用系統/應用系統/應用系統→抽取領域共性→組件庫→新應用系統/新應用系統/新應用系統。其中組件庫為組件構成的組件倉庫，可有效解決傳統嵌入式軟件開發存在的不足，具有較高的實用價值[2]。

　　3、基于組件的嵌入式軟件開發方法應用實例分析

　　3.1開發環境

　　為提升研究的實踐價值，本文選擇了智能氣象站的嵌入式軟件設計作為研究對象。在基于組件的嵌入式軟件開發方法應用中，引入了Qt這一跨平臺C++開發環境，moc（元對象編譯器）負責C++語言的擴展。在具體設計中，Qt的良好封裝機制、“信號與槽”新消息機制大大提升了嵌入式軟件的實用性。前者的程序開發和配置不受平臺限制；后者擁有面向對象、真正信息封裝和連接靈活等優勢，共同為基于組件的嵌入式軟件開發提供了有力支持。

　　3.2框架設計

　　在智能氣象站的嵌入式軟件設計中，需首先開展功能需求分析，考慮到智能氣象站主要通過ZigBee（無線）和RS232（有線）方式進行智能傳感器上傳數據信息的接收。圖1為系統組成及數據流圖。結合圖1發現，該系統由主控單元、兩個數據采集單元（通信器）、傳感器（軟）、日志處理單元、數據存儲單元和狀態處理單元組成，各模塊功能如下所示：（1）主控單位。主要根據配置信息設置工作路徑，啟動系統、同步時鐘、連接信號與槽、創建單元實例和停止系統也屬于其功能范疇；（2）通信器、傳感器（軟）。主要負責數據采集，其中傳感器（軟）指的是軟件中定義的一個組件；（3）存儲器模塊。負責接收TCP模塊指令、傳感器模塊指令及數據，將數據存儲至數據庫也屬于該模塊功能組成；（4）日志模塊。負責接收并記錄信息，以此實現設備運行狀態的診斷；（5）狀態模塊。負責接收各模塊的心跳信息、狀態信息，并以此控制LED閃爍；（6）通信器。由ZigBee通信器、串口通信器組成，主要針對通信通道設計，負責通道的開閉、數據發送、數據獲取，并與傳感器（軟）共同完成數據采集，具體采集流程可描述為：外部時鐘→時鐘信號→傳感器（軟）→采集指令→通信器→硬件，其中傳感器（軟）向通信器發出采集指令，通信器則向傳感器（軟）傳遞數據信號。

　　3.3框架實現

　　3.3.1單元間通信方式單元間通信需要對單元進行抽象處理，所有單元均擁有2路輸入和輸出，分別用于指令和數據的傳輸。為實現從CUnitBase繼承來的各單元間指令格式、信號格式的統一，需要進行單元通用信號和槽的定義（CUnitBase）。具體設計存在四種信號和槽，分別對應通用信息、狀態信息、數據信息、指令信息的信號與槽。3.3.2類的繼承關系在Qt中，基類QObject繼承屬于所有類的來源，Qt自帶的線程類QThread、設計采用的單元基礎類CUnitBase便屬于其中典型。類的繼承關系可概括為：QObjec類→QThread類→CUnitBase類→具體功能類，其中非線程類繼承屬于QObject類。在具體設計中，CUnitBase類的定義必須得到重點關注，每一個組件的細化、具體功能類的派生也在設計中占據重要位置。如CControlCenter類，圍繞其開展的設計需涉及數據連接、日志連接、指令連接和狀態連接等重要內容。CLedControl類、CHYTcpServer類、CHYStatusMonitor類和CHYDataStorag類等在設計中同樣占據重要地位。3.3.3系統配置系統啟動流程為：開始→創建核心應用程序→創建主控單元實例→調用主控單元配置函數，實現系統配置→遍歷、開始所有線程→運行核心運行程序，啟動事件循環。系統配置流程為：開始→讀取配置文件→根據配置文件創建相應單元→連接單元間信號和槽→設置同步時鐘→結束。其中的調用主控單元配置函數步驟，需先后調動setWorkPath()函數、loadConfiguration()函數。3.3.4其他設計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器模塊同樣屬于設計的關鍵內容。存儲模塊的存儲器接收信息處理流程為：開始→接收到數據→數據→計算QC→存儲到臨時緩沖區，以及：開始→接收到數據→指令→標記發送者→讀取數據庫并打包數據→發送報告到發送者，由此可更深入了解基于組件的嵌入式軟件開發方法。

　　4、結語

　　綜上所述，基于組件的嵌入式軟件開發方法具備較為廣闊的應用前景。在此基礎上，本文涉及的開發環境、框架設計、單元間通信方式、類的繼承關系、系統配置和其他設計內容，提供了可行性較高的基于組件的嵌入式軟件開發路徑。為更好地推動嵌入式軟件領域發展，Qt下的系統實時性必須得到重點關注。

　　參考文獻

　　[1]王小鋒.基于組件的嵌入式軟件開發方法[J].電子技術與軟件工程,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計及實現[J].計算機應用,2016,36(S1):257-261.

　　作者：王浩 吳曉玲 單位：北京動力機械研究所

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