基于模塊化的嵌入式軟件設(shè)計研究

周相康

摘 要：本文對嵌入式軟件編程語言及軟件模塊化設(shè)計的概念進行概述，并給出應(yīng)用C語言進行模塊化代碼編寫的方法及要點，希望給軟件開發(fā)人員以借鑒，提高代碼編寫效率，降低程序出錯概率，縮短軟件開發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：模塊化；嵌入式；軟件設(shè)計

伴隨著科學(xué)發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的興起，人們對軟件的應(yīng)用需求越來越大，軟件功能越來越多，實現(xiàn)復(fù)雜度也隨之增加。嵌入式軟件編程成為軟件編程人員要進行學(xué)習(xí)及應(yīng)用的技能，進行模塊化編寫，以解決軟件編制復(fù)雜度的難題。

一、什么是嵌入式軟件編程語言

嵌入式軟件編程在行業(yè)內(nèi)通常應(yīng)用匯編、C和C++三種語言編寫，這三種編程語言雖然都能夠用作嵌入式軟件編程，但在部分特性上存在著差異，實時性匯編最快、C++最慢，代碼移植性與維護性的便捷性比較，C++最簡單，匯編最難，最為繁瑣。業(yè)內(nèi)常用C語言進行嵌入式軟件的編程，這由C語言的特性決定的，C語言在編程時更加側(cè)重過程，所編程的代碼在移植、共享方面較為容易；其次，大部分的軟件編程環(huán)境都支持C和匯編語言，少部分支持C++語言編譯器；最后C語言掌握及應(yīng)用最為簡單。由于嵌入式軟件大多都應(yīng)用C語言進行編寫，因此文章重點講解用C語言進行模塊化編程的方法、要點[1]。

二、什么是軟件模塊化設(shè)計

軟件開發(fā)工程在近年來難度不斷加大，當(dāng)編寫出現(xiàn)漏洞時就會受到步驟、功能增加的制約，再修改起來難度、工作量極大，為此計算機領(lǐng)域?qū)I(yè)人員提供各種軟件設(shè)計模型為編程人員服務(wù)。根據(jù)用戶需求，將功能較多、規(guī)模較大的軟件劃分為多個小模塊進行編寫，分工合作提升編寫效率，減少失誤。模塊化下的軟件編寫，每個模塊的編寫工作量小且工作獨立、互不影響，結(jié)構(gòu)獨立及功能獨立，將軟件的開發(fā)分工化。

三、應(yīng)用C語言進行模塊化代碼編寫

應(yīng)用模塊化代碼編寫的軟件是由被加工對象及其在此軟件上實現(xiàn)的相關(guān)功能構(gòu)成。在軟件的實際開發(fā)階段，通常應(yīng)用兩種代碼編寫方法，基于功能的程序設(shè)計，要在其功能的實現(xiàn)中考慮到編寫過程以及人工操作的疏漏，這個疏漏是不確定且不可控的。程序的整體結(jié)構(gòu)依賴于前期規(guī)劃好的程序功能，在后期的功能擴展、刪除和修改環(huán)節(jié)的難度都會不同程度的提升。在此模式下的軟件，其功能較為集中且耦合度也大，整個軟件結(jié)構(gòu)可以定義為脆弱，經(jīng)常會在編程上出現(xiàn)漏洞，且這個漏洞處理上也會非常的繁瑣，在未來使用中，難以滿足用戶的功能擴展需求，軟件可復(fù)用性差。

基于對象的程序設(shè)計中，要考慮的對象及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)都是相對穩(wěn)定的，易于控制和管理，盡管會對軟件的功能有一定的要求，要在使用中進行不斷的完善、演進，但在同一問題空間中的對象，都能夠保持對象本身的穩(wěn)定性、可控性，在此情況下圍繞對象進行的軟件編譯，編譯成型的軟件系統(tǒng)也同樣具備優(yōu)良的穩(wěn)定性和可控性。在實際代碼編制時，將屬性及服務(wù)封裝在對象中，當(dāng)需要對軟件功能、編程細節(jié)進行修改時，這種封裝操作能夠有效的對對象結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可控性進行維持，將進行的改動、漏洞修改鎖定在同一對象的內(nèi)部，降低因為改動而導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰或是結(jié)構(gòu)混亂。因此面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)的軟件，必須具備一定的繼承性、封裝性，并且能夠支撐軟件代碼的重復(fù)使用，在日后的軟件完善、擴展等操作中，能夠良好的適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)變化的要求。

C++語言擁有面向?qū)ο蟮奶匦?，因此?yīng)用C++語言能夠方便、快捷的完成軟件模塊化設(shè)計。C語言是面向過程的語言，因此缺少C++語言在面向?qū)ο笊系膬?yōu)勢，因此模塊化編程相對C語言而言實現(xiàn)較為困難。應(yīng)用C語言以實現(xiàn)C++語言面向?qū)ο蟮奶卣鳎e例對比描述轉(zhuǎn)換過程。

C++通過類定義一個對象，類用于封裝對象所能夠應(yīng)用到的數(shù)據(jù)及方法，C語言中沒有類的定義，但有結(jié)構(gòu)體，在C語言中應(yīng)用結(jié)構(gòu)體，用于定義一個對象。

如在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中常用的棧類型，應(yīng)用C++語言以及C語言分別對棧軟件模塊進行編寫及對比，能夠明顯看出C++語言與C語言在實現(xiàn)模塊功能編寫時存在一定的共同點，從而能夠解釋C語言完成模塊化編程的原理。C++語言進行模塊化編程時有多種書寫方法，此代碼雖然不是C++語言應(yīng)用的最佳實現(xiàn)方法，但是與C語言更加接近，更為容易理解，應(yīng)用C++語言能夠進行，其代碼編寫為：

#define MaxStackSize 50 //常數(shù)

typedef int DataType；//定義數(shù)據(jù)類型

class Stack

{

private：

DataType list[MaxStackSize]； //棧數(shù)組及棧頂指針

int top；

public：

void Init（void）； //初始化

void Push（DataType item）；//入棧

DataType Pop（void）；//出棧

}

Stack：：Init（void）

{}//這里僅例述一個方法實現(xiàn)

在上述敘述的代碼編寫樣本中，Stack定義了棧對象，它包含對象數(shù)據(jù)如list和top，同時也包括對象方法，初始化棧Init（）、入棧Push（）和出棧Pop（）操作。

在嵌入式軟件中，其各個模塊的設(shè)計，必然會涉及到編寫語言、編寫對象、編寫方法，所以，明確以上幾點，借助相應(yīng)的對象編寫方法參考模板，完成相關(guān)代碼的編寫，可以說是目前一項較為合理、有效的方法。C++語言對象實例化方法就能夠?qū)崿F(xiàn)Stack的方便應(yīng)用，因為可以定義Stack s，并方便對象的調(diào)用，如s.Init（）、s.Push（）、s.Pop（）等。

應(yīng)用C語言如下編寫：

typedef struct

{

DataType list[MaxStackSize]； //棧數(shù)組及棧頂指針

int top；

void （*Init）（void *pStack）； //初始化

void （*Push）（void *pStack ，DataType item）；//入棧

DataType （*Pop）（void *pStack）；//出棧

} Stack；

void StackInit（void *pStack）

{}//這里僅例述一個方法實現(xiàn)

#define StackDefault {＼＼

{0，}，＼＼

{1}，＼＼

{StackInit}，＼＼

{StackPush}，＼＼

{StackPop}，＼＼

} //初始化宏

C語言通過結(jié)構(gòu)體定義一個新類型Stack，這種既帶有數(shù)據(jù)又有方法的抽象數(shù)據(jù)類型已具有面向?qū)ο蟮奶卣?。C語言實現(xiàn)對象方式的編寫，也必須要遵循一定的要求，具體如下：

C語言定義Stack，雖然可以定義為Stack s，但不能像C++一樣調(diào)用，即使編譯器不會報錯，但也無法執(zhí)行，錯誤體現(xiàn)為C語言方法需要傳遞對象指針，而Stack的函數(shù)指針沒有被初始化，所以不能執(zhí)行，因此要在聲明對象時，將Stack函數(shù)指針初始化，設(shè)定為默認值。

C語言代碼編制期間，在對默認值的設(shè)定進行具體劃分時，也應(yīng)當(dāng)遵循相應(yīng)的原則，在利用Stack函數(shù)指針的基礎(chǔ)上，確保相關(guān)數(shù)值能夠處于初始化的狀態(tài)，以此來保證默認值設(shè)定的科學(xué)性和合理性。C語言應(yīng)用Stack數(shù)據(jù)類型，就要聲明對象實例，并進行初始化操作，不同于C++，如Stack s=StackDefault，聲明對象實例，并且指針恢復(fù)初始。

四、總結(jié)

本文所述的模塊化代碼編寫的方法及要點，能夠滿足C語言的模塊化設(shè)計需求，極大的降低了模塊化程序編寫的難度，建議在軟件編程領(lǐng)域進行推廣。

參考文獻：

[1]文武，任鵬，王靈軍，等.模塊化嵌入式軟件開發(fā)平臺研究[J].家電科技，2016（6）：8385.