模塊化的嵌入式軟件設(shè)計分析

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】模塊化的嵌入式軟件設(shè)計分析一、嵌入式軟件編程語言

嵌入式軟件通常采用匯編、C語言、C++語言開展編寫。從三種語言執(zhí)行效率上開展比較則匯編、C語言次之、C++語言慢，從三種語言模塊化編程的難易程度上開展比較則C++語言、C語言次之、匯編差，在大多數(shù)情況下，嵌入式軟件多采用C語言開展編寫，原因如下：

1.C語言是面向過程的語言，代碼移植性和可讀性遠(yuǎn)高于匯編；2.大多數(shù)嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境都提供匯編和C語言編譯器，而C++語言編譯器有可能不提供；3.三種語言相比C語言學(xué)習(xí)起來較容易。

由于嵌入式軟件多采用C語言編寫，因此本文著重講述如何用C語言開展模塊化編程。

二、軟件模塊化設(shè)計概述

面對越來越復(fù)雜的軟件開發(fā)任務(wù)，人們提出了各種軟件設(shè)計的模型。從用戶需求和系統(tǒng)要實現(xiàn)的任務(wù)功能出發(fā)，把大型的軟件劃分為相對較小的模塊。模塊化設(shè)計的是模塊的獨立性（即高內(nèi)聚，低偶合），主要包括功能獨立性和構(gòu)造獨立性，這使得軟件開發(fā)的分工易于實現(xiàn)。

模塊化設(shè)計有如下優(yōu)點：

1.提高代碼重復(fù)利用率；

2.方便修改和維護(hù)；

3.便于調(diào)試排錯；

4.易于擴(kuò)展。

軟件設(shè)計的模塊化降低了設(shè)計開發(fā)的復(fù)雜度并使設(shè)計步驟清晰，也有利于提高軟件健壯性、靈活性、可復(fù)用性等。開展模塊化軟件設(shè)計時應(yīng)綜合考慮模塊的可分解性、可結(jié)合性、可理解性、連續(xù)性及模塊保護(hù)幾方面的要求。

模塊的可分解性要求把一個大的、復(fù)雜的問題分解為一些小的、簡單的問題，通過解決各個小問題來解決大問題；模塊的可結(jié)合性要求不同時期、不同項目、不同環(huán)境下設(shè)計的模塊應(yīng)能自由地結(jié)合在一起構(gòu)成新的系統(tǒng)；模塊的可理解性要求通過某種方法設(shè)計的每個模塊不需要參考相鄰的模塊就能被人看懂；模塊的連續(xù)性要求通過某種方法設(shè)計出的模塊，在需求發(fā)生變化時只影響一個或少數(shù)幾個模塊；模塊保護(hù)則要求通過某種方法設(shè)計出的模塊，在運(yùn)行期間發(fā)生的錯誤被限制在這個模塊內(nèi)部或僅僅傳播到少數(shù)幾個摸塊。

模塊化設(shè)計時應(yīng)將上述要求有機(jī)地結(jié)合起來。在保證正確性和健壯性的根底上，應(yīng)盡可能提高軟件的可擴(kuò)大性和可復(fù)用性。

三、使用C語言開展模塊化代碼編寫

通過模塊化所實現(xiàn)的軟件是由被加工的對象及其在該對象上所實現(xiàn)的有關(guān)功能構(gòu)成。在開發(fā)軟件的過程中，一般采用兩種方法：其一是把重點放在功能的實現(xiàn)上，其二是把重點放在對象上?；诠δ艿能浖_發(fā)方法中，其功能實現(xiàn)中考慮的“過程”和“操作”是多變和不穩(wěn)定的，程序構(gòu)造圍繞事先確定好的功能，使得功能的擴(kuò)大、刪除及修改變得相當(dāng)困難。這樣的軟件構(gòu)造脆弱、功能集中、耦合度大，很難滿足可擴(kuò)大性、可維護(hù)性的要求，軟件的重用性也差。

面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計中考慮的“對象”和“數(shù)據(jù)構(gòu)造”是相對穩(wěn)定的。盡管功能是千變?nèi)f化的，但一個問題空間中的對象一般總能保持其相對穩(wěn)定不變性，這樣圍繞對象構(gòu)造的軟件系統(tǒng)也自然會有好的穩(wěn)定性。面向?qū)ο蠓椒ò褜傩院头?wù)封裝在對象中，當(dāng)外部功能發(fā)生變化時，這種封裝可以保持對象構(gòu)造的相對穩(wěn)定，使得改動僅局限在一個對象內(nèi)部，減小了因改動引起的系統(tǒng)波動效應(yīng)，因此，面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)的軟件具有易于擴(kuò)大、修改和維護(hù)的特性。另外，面向?qū)ο蠓椒ň哂械睦^承性和封裝性也支持軟件重用，并且易于擴(kuò)大，能較好地適應(yīng)復(fù)雜大系統(tǒng)不斷發(fā)展和變化的要求。

C++擁有面向?qū)ο蟮奶匦裕虼耸褂肅++語言可以方便、輕松的完成軟件模塊化設(shè)計。

C語言是面向過程的語言，不具備C++語言面向?qū)ο蟮膬?yōu)勢，模塊化編程不像C++實現(xiàn)起來那么容易，但是通過C語言的應(yīng)用還是可以實現(xiàn)的。使用C語言來實現(xiàn)C++語言面向?qū)ο筇卣?，通過舉例比照的方式描述具體實現(xiàn)過程，詳細(xì)如下：

C++定義一個對象是通過“類”,類封裝了一個對象所用到的數(shù)據(jù)和方法，C語言中沒有類但是有“構(gòu)造體”,C語言中可以使用一個“構(gòu)造體”來定義一個對象。例如實現(xiàn)一個一階數(shù)字低通濾波器模塊：

傳遞函數(shù)一階低通數(shù)字濾波器，下面分別使用C++語言和C語言分別編寫該軟件模塊，通過比照，可以看到C++語言和C語言實現(xiàn)模塊的一些共性，從而更容易理解C語言實現(xiàn)模塊化編程的原理。

使用C++語言可以如下編寫代碼（C++語言實現(xiàn)該模塊有很多中寫法，如下的代碼雖然不是C++語言的實現(xiàn)方式，但是更類C,更容易理解）：

CLpf這個類定義了一個低通濾波器對象，CLpf類中包含了模塊數(shù)據(jù)：模塊輸入m_Input、模塊輸出m_Output、模塊參數(shù)m_Tc、模塊參數(shù)m_Fc、模塊變量m_K、模塊變量m_OldOutput,CLpf類中還包含了對象的方法：模塊初始化Init（）、模塊復(fù)位Reset（）、模塊主要功能實現(xiàn)Calc（），上述類的定義部分是C++語言模塊化編程的步。

使用C語言建議如下編寫：

C語言通過構(gòu)造體定義了一個新的數(shù)據(jù)類型LPF,因為這種帶有數(shù)據(jù)和方法的數(shù)據(jù)類型已經(jīng)擁有了一些面向?qū)ο蟮奶卣饕部梢岳斫鉃橐粋€簡單對象，LPF包含了模塊輸入Input、模塊輸出Output、模塊參數(shù)Tc、模塊參數(shù)Fc、模塊變量K、模塊變量OldOutput,LPF中也同樣包含了對象的方法：模塊初始化Init（）、模塊復(fù)位Reset（）、模塊主要功能實現(xiàn)Calc（）。上述構(gòu)造體定義是C語言模塊化編程的步，只是聲明了數(shù)據(jù)和方法的接口。

C++語言實現(xiàn)對象的方法，可以如下編寫：

C++語言只要再定義了方法實現(xiàn)部分就完成了完整的類，CLpf類已經(jīng)可以方便使用，因為可以如下定義CLpfm_Lpf,并且可以方便如下調(diào)用這個對象的幾個方法m_Lpf.Init（）、m_Lpf.Reset（）、m_Lpf.Calc（）。

C語言實現(xiàn)對象的方法，可以如下編寫：

C語言定義的LPF數(shù)據(jù)類型，雖然可以如下定義LPFLpf,但是不能像C++一樣按照如下方法調(diào)用對象的如下幾個方法Lpf.

Init（）、Lpf.Reset（）、Lpf.Calc（），雖然編譯器通常不會報錯，但是執(zhí)行是錯誤的，因為有如下2點錯誤：

C語言中的方法調(diào)用是需要傳遞對象的指針；Lpf對象實例中的幾個方法的函數(shù)指針沒有初始化，這種方法不能正常執(zhí)行。

因此需要在聲明對象時將LPF構(gòu)造的數(shù)據(jù)和函數(shù)指針開展初始化，可以按照如下方法定義LPF默認(rèn)值，這是C語言模塊化編程不同于C++的重要一點，即C語言模塊化編程的第三步。

模塊默認(rèn)值宏定義如下：

C語言中使用LPF數(shù)據(jù)類型，則應(yīng)該在聲明對象實例的同時開展初始化，這點不同于C++,例如：LPFLpf=LPF_DEFAULTS,這樣聲明的Lpf對象實例，其方法指針指向了正確的方法實現(xiàn)函數(shù)，并且數(shù)據(jù)有初值（C++語言可以通過構(gòu)造函數(shù)