嵌入式 | 硬件轉軟件的幾條建議

嵌入式系統(tǒng)設計不僅要求了解硬件，還要求了解軟件的作用方式，以及如何與之交互。設計硬件需要的某種范式可能與設計軟件完全相反。當從硬件設計轉向包含軟件的設計時，硬件工程師應牢記以下十個技巧。

建議1：流程圖第一，實現(xiàn)第二

當工程師首次邁入軟件開發(fā)領域時，會有種強烈的誘惑力促使他們立刻投入工作并開始寫代碼。

這樣的定式思維就等同于在電路邏輯圖還未完成前就試圖設計印刷電路板（PCB）。在著手開發(fā)軟件時，抑制想寫代碼的沖動是至關重要的，應首先用流程圖制定一個軟件架構圖。

這樣的方法會使開發(fā)人員對應用所需的不同部分與組件形成一個概念，就像電路邏輯圖可以告訴工程師需要哪些硬件元件一樣。這樣可確保程序整體建立在良好的組織和深思熟慮之上，減少程序調試時間，從長期看，這樣做還可以節(jié)省時間、省去麻煩。

建議2：使用狀態(tài)機控制程序流程

狀態(tài)機是20世紀最偉大的軟件發(fā)明之一。某應用程序往往可被分為多個狀態(tài)機，每個狀態(tài)機都控制該應用程序的特定部件。這些狀態(tài)機都擁有自己的內部狀態(tài)和狀態(tài)轉換，從中可看出軟件如何與各種激勵相互作用。

用狀態(tài)機來設計軟件，可簡化軟件的開發(fā)，使之模塊化、可維護，并易于理解。目前擁有的廣泛資源可演示狀態(tài)機的理論和算法。

建議3：避免使用全局變量

在函數(shù)式編程的年代，函數(shù)要先于形式，程序員的唯一目標是盡可能地讓程序按預期方式快速運行，而不用考慮程序結構或可重用性。這種編程范式會毫無顧慮地使用全局性變量，程序中的任何函數(shù)都可能修改它。

其結果就造成了變量被破壞的幾率增加或變量被誤用。在新推薦的面向對象范式中，應在最小的范圍內定義變量并封裝它們，以防止其他函數(shù)的誤用或破壞。因此，建議您限制全局范圍使用的變量數(shù)量?？稍贑語言中用外部關鍵字標識這些變量。

建議4：利用模塊性的好處

無論問哪一名工程師，項目的哪部分最有可能延遲交付并超出預算？答案都是軟件。軟件往往是復雜的，且難以開發(fā)和維護，尤其是當整個應用都存在于單一文件或松散關聯(lián)的多個文件中時。為了緩解可維護性、可重用性及復雜性，強烈建議程序員充分利用現(xiàn)代編程語言的模塊化特性，將常用功能分解成模塊。

以這樣的方式分解編碼，程序員就能著手建立函數(shù)與特性庫，然后在一個接一個的應用中重用它們，從而通過連續(xù)測試而改善代碼質量，同時也減少了時間，降低了開發(fā)成本。

建議5：保持中斷服務例程的簡單性

中斷服務例程用來中斷處理器對當前代碼分支的執(zhí)行，從而處理剛剛觸發(fā)中斷的外圍設備。無論何時執(zhí)行中斷，都需要一定數(shù)量的開銷，用于保存當前程序的狀態(tài)、運行中斷，然后將處理器回歸原程序狀態(tài)。

現(xiàn)代處理器要比多年前的處理器快得多，但仍需要考慮此花銷。一般情況下，程序員都想把中斷運行時間降至最低，以避免干擾主代碼分支。這意味著中斷應該短而簡單。

中斷中不應調用函數(shù)。此外，如果中斷開始變得過于復雜或耗時，則僅應在必要時利用中斷做最少量的工作，例如，將數(shù)據裝入緩沖區(qū)并設置一個標志，然后讓主分支處理輸入的數(shù)據。這樣做可保證大多數(shù)處理器周期被用于運行應用，而不是處理中斷。

建議6：使用處理器示例代碼做外設的實驗

設計硬件時，做原型測試電路總是有益的，這樣可確保工程師對電路有正確的理解，然后再做電路板布局。此點對設計軟件也同樣適用。硅片制造商通常都有示例代碼，可用來測試微處理器的各個部分，這樣工程師們就可判定該部分的工作情況。

此方法使人們洞察到軟件體系架構的應該組織方式，以及可能造成的任何潛在問題。在設計初期階段認清潛在的障礙，比在產品交付前最后幾小時才發(fā)現(xiàn)它們要好。

這是預先測試代碼片段的一個很好的方法，但需提醒的是，制造商代碼往往不是模塊化的，未經大的修改不方便用于實際應用。這一局限已隨著時間的發(fā)展而改變，也許某一天芯片供應商會給出可用于生產的代碼。

建議7：限制功能復雜度

工程學中有一個舊詞叫“KISS”——保持簡單和直接。無論在處理何種復雜工作時，最簡單的方法就是把它分解為更小、更簡單、更易處理的任務。隨著工作或功能變得越來越復雜，人們要準確無誤地記錄所有的細節(jié)也變得更困難。

在寫一個函數(shù)時，其復雜度在當時看似適中，然而要考慮到，一名工程師如何在六個月的維護時間內查看代碼。測量函數(shù)復雜度（如循環(huán)的復雜度）的方法很多?，F(xiàn)在有工具可以自動計算某個函數(shù)的循環(huán)復雜度。經驗法則建議，函數(shù)的循環(huán)復雜度保持在10以下是最理想的。

無論在處理何種復雜工作時，最簡單的方法就是把它分解為更易處理的任務。

建議8：使用源代碼存儲庫

人都是會犯錯誤的，寫代碼時也會犯錯。這就是為什么開發(fā)人員使用源代碼存儲庫是如此重要。源代碼存儲庫可使開發(fā)人員“登記”一個好的代碼版本，并描述對該代碼所做的修改。該步驟不僅使得開發(fā)人員可以復原或追溯到代碼的舊版本，還可以比較舊版本之間的不同。

如果開發(fā)人員做的一系列改變破壞了系統(tǒng)，只需點擊一下即可恢復好的代碼版本！請謹記，如果不頻繁提交代碼，存儲庫就不會達到預期目的。如果做了不可逆的修改，兩周后才提交代碼，然后再恢復，就會造成大量工作和時間的損失！

建議9：代碼做詳細說明

在軟件開發(fā)的激烈戰(zhàn)斗中，開發(fā)人員很容易把注意力集中在編寫和代碼上，因此會忽略詳細解釋的需求。在壓力之下，說明工作往往是項目的收尾工作，因為開發(fā)人員認為它是最后的一項工作。

然而，當代碼仍在你腦中新鮮熱火時就做出詳細解釋是至關重要的，這樣做可使開發(fā)人員或你自己讀懂注釋，理解代碼的工作方式。如果開發(fā)人員做的一系列改變破壞了系統(tǒng)，只需點擊一下即可恢復好的代碼版本！