浅谈嵌入式软件系统设计中的正交性

2.2 正交嵌入式系统的好处

　　正交思想几乎触及到自然科学的各个领域，利用该思想来进行嵌入式软件系统设计同样存在诸多优点。

图5 FaultSPI任务调用方式

（1） 方便单元测试

　　在整个软件开发周期中，软件的测试工作占据着相当重要的比例，甚至会超过整个周期的50%。倘若等到所有代码都编写完成之后才开始测试工作，那么，软件系统不同层面以及各个任务模块中的众多Bug，常常会使程序员无法理清思路，从而不能判断问题的根源。所以在进行系统集成测试之前，应该将各个模块的Bug减少到最低，这也就需要在编写各个模块时，进行有效的单元测试。而保证单元测试顺利有效进行的前提是，该模块有很高的独立性，这也正是正交性解决的问题。图6所示为嵌入式软件系统的测试流程。

图6 嵌入式软件系统测试流程

（2） 更易于维护

　　常常有软件系统维护的人员发现了系统存在的问题，却不敢轻易改动，特别是系统底层部分。原因很简单：系统一直运行良好，没有出错，而且由于没有完整的文档说明，担心改动之后会出现新的问题。这种忧虑折射出的是：程序员对眼前软件系统是否具备较好正交性的疑虑。所以一个具有较好正交性的嵌入式软件系统，能够让软件维护人员更快、更顺利地接手，提高维护效率的同时保证很高的正确性。

（3） 便于移植

　　硬件的更新速度相当之快，要降低产品升级成本、加快升级速度，必须让软件系统具备很好的可移植性，特别是嵌入式软件系统中与硬件没有直接关联的应用层部分。一个正交嵌入式系统正好从垂直方向保证了系统各层之间的独立性，很好地将应用层与物理层分离开来。

（4） 便于协同开发

　　DSP与ARM较传统MCU的优势之一，是使用了流水线技术，使指令能并行执行。对于软件，同样希望能并行协同开发。正交嵌入式系统各个模块相互独立，只要定义好各模块的接口，软件开发人员并不需要等待其他模块完成就能开展工作。图7所示为正交嵌入式软件系统的开发模式。

　　正交的嵌入式软件系统，能够非常方便地将系统分为互不干扰的独立模块。每个软件开发人员或开发团队负责不同的模块，并行地开展工作。开发人员在开发过程中能够互相沟通（如图7中虚线箭头所示），甚至可以随时协助同伴攻克难题。

图7 正交软件系统开发模式

3 小结

　　在众多研究领域，人们很早就开始借助正交性思想来帮助解决种种问题。从欧氏空间线性变换到经典力学中物体受力分析，从傅里叶变换到信号处理，从小波分析到地震勘探、量子场论、信号处理（包括图像和语音）、机械故障诊断以及JPEG2000标准的制定。这些都是借助正交性思想，将对象分成多个相对独立的部分，进而对各部分单独进行研究，从而化繁为简。在嵌入式软件设计中，也存在类似的思想，正交的嵌入式软件系统能够降低系统各模块间的依赖性，从而使系统更易于维护、方便测试，也更加容易实现系统的移植。从软件开发过程的角度来看，正交性思想还能够帮助研发团队并行作业、协同开发，减少了等待时间，大大提高开发效率，因此该思想值得软件设计人员探讨和利用。

李兴鹤（硕士），主要研究领域为嵌入式系统、RFID技术、变频技术、电梯控制系统；
古俊银（博士、高级工程师），主要研究领域为变频驱动技术、新能源技术、嵌入式系统；
宋吉波（工程师），主要研究领域为变频驱动技术、嵌入式系统、电梯控制系统；
马艳玲（硕士、软件工程师）、
吴芸（软件工程师），主要研究领域为嵌入式系统，变频技术。