何曉琴，白 勇，鄧 譜

(重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶400053)

隨著軟件需求的逐漸遞增，軟件在整個開發(fā)和應(yīng)用過程中出現(xiàn)了一些問題。例如，硬件發(fā)展非?？?，而軟件發(fā)展較為遜色，跟不上硬件的發(fā)展速度，導(dǎo)致硬件的有些功能得不到充分發(fā)揮;軟件開發(fā)過程中，重復(fù)開發(fā)現(xiàn)象嚴(yán)重，花費的資源較多，浪費所占比例較大，效率較低。軟件復(fù)用是重新應(yīng)用軟件開發(fā)過程中已有的思想，具有靈活性高、開發(fā)成本低的優(yōu)點。

1 軟件復(fù)用的關(guān)鍵技術(shù)

影響軟件復(fù)用的各種因素之間有著密切聯(lián)系。無論是技術(shù)因素還是非技術(shù)因素，其主要包括軟件構(gòu)件技術(shù)、軟件架構(gòu)、領(lǐng)域工程、軟件工程、軟件再工程、開放系統(tǒng)以及CASE技術(shù)等，如圖1所示，軟件復(fù)用的實現(xiàn)受到它們共同結(jié)合的影響。

圖1 實現(xiàn)軟件復(fù)用的關(guān)鍵因素

1.1 軟件構(gòu)件技術(shù)

構(gòu)件是可以獨立交付、發(fā)布的二進制功能單元。不同構(gòu)件開發(fā)機構(gòu)開發(fā)的構(gòu)件能夠按軟件應(yīng)用的需要進行組裝。近年來，為了促進軟件構(gòu)件技術(shù)的發(fā)展，促進構(gòu)件技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)界中一些主要的軟件公司和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟紛紛提出了一些構(gòu)件軟件的建議標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。具有相對獨立的功能和可復(fù)用價值的構(gòu)件就是可復(fù)用構(gòu)件。事實上，構(gòu)建的定義還沒統(tǒng)一，有的認(rèn)為構(gòu)件是一個語義，它能夠?qū)⒛繕?biāo)問題域體現(xiàn)出來，并且實現(xiàn)都是通過獨立的方式進行的;有的認(rèn)為構(gòu)件是一個可獨立交付的軟件單元，對軟件設(shè)計和內(nèi)容進行了封裝，并向外提供接口，通過接口與其它構(gòu)建組裝成更大的整體;有的認(rèn)為構(gòu)件是一個若干個對象集，這些對象集都是動態(tài)變化的，并且可以存在于構(gòu)件的內(nèi)部，也可能是其接口的一部分。構(gòu)件與構(gòu)件之間可以實現(xiàn)交互和膠合，交互是直接實現(xiàn)，而膠合則是通過獨立的對象實現(xiàn)的。以上是從對象實現(xiàn)技術(shù)的角度給出的構(gòu)件定義;而微軟的技術(shù)文檔給出的構(gòu)件定義是通過接口向外提供服務(wù)的軟件包。綜合以上內(nèi)容，軟件構(gòu)件技術(shù)是支持軟件復(fù)用的核心技術(shù)，主要研究內(nèi)容包括:構(gòu)件獲取、構(gòu)件模型、構(gòu)件描述語言、構(gòu)件分類與檢索、構(gòu)件復(fù)合組裝、標(biāo)準(zhǔn)化。

1.2 軟件構(gòu)架

系統(tǒng)的整體設(shè)計格局就是軟件架構(gòu)，軟件架構(gòu)為基于構(gòu)件的軟件開發(fā)提供了構(gòu)件組裝的基礎(chǔ)。對于不同系統(tǒng)的高層共性，可以通過對軟件架構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)其規(guī)律，并能夠給系統(tǒng)設(shè)計提供一個靈活且正確的保障、規(guī)約、分析、驗證和管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和全局屬性?？偠灾浖軜?gòu)就是指在一定的設(shè)計原則基礎(chǔ)上，從不同角度對組成系統(tǒng)的各部分進行搭配和安排，形成系統(tǒng)的多個結(jié)構(gòu)而組成架構(gòu)，它包括該系統(tǒng)的各個組件、組件的外部可見屬性及相互關(guān)系。軟件系統(tǒng)自身的整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件間的互聯(lián)是軟件架構(gòu)如何快速、可靠地從可復(fù)用構(gòu)件中構(gòu)造系統(tǒng)方式的關(guān)鍵。

1.3 領(lǐng)域工程

領(lǐng)域工程覆蓋了建立可復(fù)用軟件構(gòu)件的所有活動，它是一組相似或相近系統(tǒng)的應(yīng)用工程建立基本能力和必備基礎(chǔ)的過程。一組具有相似或相近軟件需求的應(yīng)用系統(tǒng)所覆蓋的功能區(qū)域就是所謂的領(lǐng)域。領(lǐng)域工程與軟件工程的關(guān)系如圖2所示。(1)復(fù)用信息的領(lǐng)域特定性?？蓮?fù)用性依賴于特定的問題和特定的解決方法，它不是信息的一種孤立屬性。(2)問題領(lǐng)域的內(nèi)聚性和穩(wěn)定性。大量軟件復(fù)用研究和實踐表明，特定領(lǐng)域的軟件復(fù)用活動相對容易取得成功，這是由領(lǐng)域的內(nèi)聚性和穩(wěn)定性決定的。領(lǐng)域工程創(chuàng)建應(yīng)用領(lǐng)域的模型，標(biāo)識、構(gòu)造、分類和傳播一組可重用的軟件。領(lǐng)域工程主要包括以下三個階段:(1)領(lǐng)域分析。獲得領(lǐng)域模型就是領(lǐng)域分析的主要目標(biāo)。在領(lǐng)域中系統(tǒng)之間具有共同的需求，而這些共同的需求就是通過領(lǐng)域模型來進行描述的。(2)領(lǐng)域設(shè)計。獲得領(lǐng)域架構(gòu)是領(lǐng)域設(shè)計這個階段的目標(biāo)，同時也是系統(tǒng)需求的一個高層次設(shè)計。如何完成系統(tǒng)需求是獲得領(lǐng)域架構(gòu)的目的之一。在領(lǐng)域模型建立后，為了能夠滿足系統(tǒng)的各種需求，就誕生了領(lǐng)域架構(gòu)。值得注意的是，系統(tǒng)需求不是永遠(yuǎn)不變的，影響其發(fā)生變化的因素較多，只要系統(tǒng)需求發(fā)生變化，獲得領(lǐng)域架構(gòu)也要隨之發(fā)生變化。(3)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)。領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)這個階段主要就是完成一種機制，這種機制就是將需求翻譯成能夠由可復(fù)用構(gòu)建創(chuàng)建的系統(tǒng)識別的機制。

圖2 領(lǐng)域工程與軟件工程的關(guān)系

1.4 軟件再工程

軟件復(fù)用中的一些問題與現(xiàn)有系統(tǒng)密切相關(guān)，當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展速度是非常快的，軟件系統(tǒng)能夠很好地適應(yīng)其發(fā)展則應(yīng)該從比較容易理解、可復(fù)用的系統(tǒng)軟件架構(gòu)中將可復(fù)用的軟件提煉出來，并挖掘、整理由于技術(shù)的發(fā)展而退出的、現(xiàn)存的、大量不再應(yīng)用的軟件系統(tǒng)。隨著時間的推移，已存在的軟件構(gòu)件已不能使用，如何對這些軟件進行維護和怎樣進行維護，才能使其生命期能夠延長，這是當(dāng)前面臨的主要問題，而解決這一問題的關(guān)鍵技術(shù)手段就是軟件再工程。軟件再工程是一個工程過程，它將現(xiàn)存系統(tǒng)重新構(gòu)造為新的形式，而系統(tǒng)理解是軟件再工程的基礎(chǔ)。系統(tǒng)理解主要包括源代碼、運行系統(tǒng)、設(shè)計、分析等的全面理解。但在很多情況下，各類文檔都容易存在損失。因此，只能理解源代碼，即程序理解，軟件再工程程序理解就變得尤為重要。

2 基于構(gòu)件的軟件開發(fā)思想

充分借鑒傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式是基于構(gòu)件軟件開發(fā)方法的主要思路。首先，對消費者需求進行分析，將整體結(jié)構(gòu)框架進行設(shè)計，然后到構(gòu)件庫中，根據(jù)需要選擇相應(yīng)的構(gòu)件，再對應(yīng)用系統(tǒng)進行組裝。如果系統(tǒng)所需的構(gòu)件在現(xiàn)存的構(gòu)件庫中不存在，那么就需要對所需的新的構(gòu)件進行購買、定制或者自行研發(fā)。在獲得新構(gòu)件的過程中，構(gòu)件生產(chǎn)組和系統(tǒng)開發(fā)組之間對任務(wù)的分工要嚴(yán)格按照生產(chǎn)者——消費者關(guān)系進行，并且通過從經(jīng)驗工廠中請求所需的構(gòu)件集成組裝，得到所需最新的系統(tǒng)。在經(jīng)驗工廠中，其所擁有的活動也不是單一的，主要包括同步活動和異步活動，同步活動指配合項目組的活動，接收構(gòu)件查找請求或定制請求，為項目組服務(wù);異步活動指有目的的構(gòu)件生產(chǎn)或?qū)ν交顒又械臉?gòu)件進行再工程以提高構(gòu)件的可復(fù)用性。

3 基于構(gòu)件的軟件復(fù)用技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

軟件復(fù)用技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用時，首先要能夠清楚了解嵌入式系統(tǒng)，包括其特點、硬件和軟件架構(gòu)。嵌入式系統(tǒng)有著非壟斷的高度分散的應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)內(nèi)核小，開發(fā)需要的開發(fā)工具和環(huán)境、軟硬件可裁剪、可配置，實時操作系統(tǒng)開發(fā)平臺面向用戶/產(chǎn)品/應(yīng)用的產(chǎn)品的熱點等特點。PC環(huán)境軟件的通用性使其很容易實現(xiàn)復(fù)用。相比之下，嵌入式系統(tǒng)的專用性使其不容易實現(xiàn)復(fù)用，此系統(tǒng)是由軟件和硬件兩部分組成，兩者協(xié)同合作，統(tǒng)一構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)整體。嵌入式系統(tǒng)硬件是整個嵌入式系統(tǒng)的運行平臺，包括輸入/輸出接口，處理器、存儲器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換等部分，其中嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件的核心，它擁有比通用計算機CPU更低的功耗，內(nèi)部通常有專用調(diào)試電路，外部有JTAG之類的調(diào)試接口。嵌入式系統(tǒng)軟件直接與用戶交互，在一定程度上決定了整個產(chǎn)品的成敗。在硬件系統(tǒng)搭建完畢后，軟件的操作系統(tǒng)要想規(guī)劃好，必須根據(jù)硬件相關(guān)的條件來進行，從而實現(xiàn)軟件復(fù)用。

嵌入式軟硬件結(jié)構(gòu)決定了軟硬件系統(tǒng)緊密結(jié)合，軟件的開發(fā)往往都是根據(jù)特定的硬件來進行。因此，即使針對同一種產(chǎn)品進行修改時，由于其硬件不同，也會產(chǎn)生不同的修改方式。因此軟件的開發(fā)人員就必須能夠熟悉不同的硬件平臺和操作系統(tǒng)，這樣增加了開發(fā)難度，并且軟件復(fù)用難度也增加了。為了能夠提高開發(fā)人員的軟件開發(fā)水平，采取的有效措施就是將軟件復(fù)用技術(shù)運用到嵌入式軟件系統(tǒng)中。在此過程中硬件無關(guān)層和設(shè)備開發(fā)驅(qū)動層將起著至關(guān)重要的作用。硬件無關(guān)層是由硬件和平臺相關(guān)的代碼組成，它能夠產(chǎn)生初始化等函數(shù)集，在此過程中，硬件模塊的類型和特點占據(jù)一定位置。設(shè)備開發(fā)驅(qū)動層主要是對一個通用的驅(qū)動程序模型進行描述，與平臺功能是沒有任何關(guān)系的，此層還可以對復(fù)雜的事件進行精確的處理，實現(xiàn)DDI接口函數(shù)集，此函數(shù)集主要是用于應(yīng)用層的編程。即程序員在應(yīng)用層編程時，可以采用DDI接口函數(shù)集來進行編程，最終實現(xiàn)怎么支配硬件設(shè)備資源，然后將這個硬件模塊的驅(qū)動程序封裝成一個新的、符合標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊，再將其引入到嵌入式系統(tǒng)中。一般情況下，該驅(qū)動軟件應(yīng)用生存能力是非常強大的，可以直接在新環(huán)境下進行，也不會涉及較大的改變。

軟件復(fù)用不僅僅只是實現(xiàn)代碼的可重復(fù)利用，目前的任何軟件都需要具有強大的適應(yīng)能力，因此，還應(yīng)該考慮到在多環(huán)境下的應(yīng)用。目前為止，對于PC機而言，其很多軟件都能夠?qū)崿F(xiàn)在多環(huán)境下應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)也應(yīng)該借鑒這個優(yōu)點，實現(xiàn)一個軟件在多環(huán)境下進行應(yīng)用。另外，軟件程序員在編程時，還需要對硬件進行處理。

綜上所述，嵌入式系統(tǒng)在實現(xiàn)軟件復(fù)用技術(shù)時，通過將軟件代碼按其功能和對象特征，封裝成一個模塊的形式是非常重要的。因為這樣可以給其他軟件工程在以后的工作中提供良好的借鑒基礎(chǔ)，并且還可以使軟件更容易維護，延長軟件使用壽命。嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用復(fù)用技術(shù)，在很大程度上已經(jīng)緩解了軟件編寫受硬件約束的程序，程序員不需要隱藏自己的潛力，可以在這個空間中將能力充分發(fā)揮出來。如此下去，軟件的復(fù)用目的也就實現(xiàn)了。

軟件復(fù)用技術(shù)解決了軟件危機問題，提高了軟件開發(fā)效率，降低了軟件開發(fā)中的浪費，使軟件成本變得較低，從而使軟件質(zhì)量得到了進一步的保障。

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