軟件體系結構是其組件中體現(xiàn)的系統(tǒng)的基本組織，彼此之間的關系以及環(huán)境的關系以及指導其設計和進化的原則。軟件體系結構并不是要創(chuàng)建一次并將其設置為石頭。相反，軟件體系結構應在整個產(chǎn)品的一生中發(fā)展和變化。多年來，我聽到工程師和經(jīng)理討論了軟件體系結構應該從編碼工作中出現(xiàn)，就好像是通過魔術一樣。相信一個新興的，干凈的建筑就像相信將一包意大利面倒入開水中會導致烤寬面條面條。

通過實施過程中考慮然后進化的軟件體系結構具有許多好處，例如：

· 充當建造的路線圖

· 提供可用于培訓工程師的軟件圖片，并向管理者和利益相關者解釋該軟件

· 最大程度地減少不必要的返工

· 發(fā)展成本降低

我經(jīng)?？吹降囊粋€常見問題是，團隊很難弄清楚如何定義他們的軟件體系結構。團隊可以使用五個步驟來開發(fā)和發(fā)展其軟件體系結構：

· 分開軟件體系結構

· 識別和追蹤數(shù)據(jù)資產(chǎn)

· 分解系統(tǒng)

· 界面和組件設計

· 模擬，迭代和擴展

因此，讓我們探索您可以采取的幾個步驟來設計嵌入式軟件體系結構。

步驟#1 - 分開軟件體系結構

許多嵌入式軟件團隊將他們的軟件體系結構視為包括應用程序代碼和硬件交互的單個凝聚力體系結構。以這種方式查看體系結構并不奇怪，因為嵌入式軟件工程師通常會從硬件上查看其系統(tǒng)。嵌入式軟件是唯一的，因為它必須與硬件進行交互，這與所有其他軟件工程領域都不同。雖然這是真的，但現(xiàn)代軟件架構師將并且應將與硬件依賴性和與硬件獨立的軟件分開。

我稱此分離為“兩個架構的故事”。傳統(tǒng)上，開發(fā)人員將設計和實施其體系結構，以使硬件的獨立和依賴性層緊密結合。但不幸的是，緊密耦合的架構存在很多問題。

緊密耦合體系結構的問題

首先，它們不是很便攜。例如，如果微控制器突然變得不可用，會發(fā)生什么? (芯片短缺，有人嗎?)。如果代碼緊密耦合，則嘗試將應用程序代碼移動以在新的微控制器上運行，將成為一項艱巨的努力。應用程序代碼與微控制器上的低級硬件調(diào)用緊密耦合!我知道許多最近遭受了苦難的公司。如果他們沒有更新架構，則必須返回所有代碼，并更改與硬件相互作用的每一行。更新其體系結構的公司通過抽象和依賴注入打破了建筑耦合。

其次，幾乎不可能在開發(fā)環(huán)境中而不是在目標硬件上測試應用程序的單位測試。如果應用程序代碼直接撥打了硬件，則可以成功運行該測試的測試線束，或者需要在硬件上進行測試。在硬件上進行測試很慢，通常是手動的，而不是自動化過程。我看到的結果是，該軟件的測試無法很好地測試，整體系統(tǒng)質(zhì)量受到了損失。此外，交付軟件可能需要更長的時間。

最后，緊密耦合的體系結構將存在可擴展性問題。緊密耦合的系統(tǒng)通常共享數(shù)據(jù)。隨著軟件系統(tǒng)試圖增長和添加新功能，每個新功能都會添加新代碼變得更加困難。組件之間的相互作用，訪問共享數(shù)據(jù)的能力以及麻煩缺陷的機會急劇上升。結果，盡管開發(fā)人員為完成工作而努力工作，但功能開發(fā)仍可能停滯不前。

分隔建筑如何解決問題

將軟件體系結構分為依賴硬件和獨立體系結構，通過緊密耦合的體系結構解決了所有問題。例如，在硬件依賴性和獨立體系結構之間創(chuàng)建一個抽象層，可以將應用程序代碼從一個微控制器移動到下一個。抽象層打破了硬件依賴性;換句話說，應用程序不知道或關心硬件。相反，應用程序取決于接口。新的與硬件有關的組件只需滿足接口的要求即可。這意味著，如果我們更改硬件，只有硬件模塊會更改!不是整個代碼庫。

在兩個體系結構之間添加抽象層也解決了單位測試的許多問題。在進行抽象層時，更容易創(chuàng)建測試雙打和模擬將預期的數(shù)據(jù)和意外數(shù)據(jù)返回到應用程序代碼。我們可以編寫所有應用程序代碼，甚至沒有硬件!我知道這聽起來對許多嵌入式軟件開發(fā)人員來說是荒謬的。但是，在上周，我為正在開發(fā)的產(chǎn)品中添加了幾個新功能，我只打開了一次硬件。我所有的開發(fā)都是使用主機計算機上的單元測試完成的!

當我們將體系結構分開并專注于最小化耦合時，擴展軟件變得更加容易。但是，僅僅因為我們打破了體系結構并不意味著我們不能在每個體系結構中創(chuàng)建耦合和凝聚力問題。我們?nèi)匀恍枰_保我們遵循兩個架構中的堅實原則。好消息是，它使我們能夠獨立專注于每個體系結構，這意味著實時和硬件約束問題無法進入核心應用程序邏輯。

我要提到的最后一個好處是，通過將依賴硬件和獨立體系結構分開，我們可以專注于在硬件可用之前開發(fā)和交付應用程序。這里的好處是，可以盡早訪問該應用程序并提供反饋。隨后迭代應用程序并專注于確保其滿足實際需求的能力變得更加易于管理。如今，太多的團隊專注于首先準備硬件，而核心應用程序是事后的想法。這是設計和構建系統(tǒng)的方法。

結論

軟件體系結構可以幫助團隊控制他們的軟件。新興的軟件體系結構通常會導致大球和意大利面條代碼。這并不意味著我們被迫使用瀑布方法。成功的軟件體系結構通常是通過迭代和進化來創(chuàng)建的。設計軟件體系結構的第一步是認識到嵌入式系統(tǒng)不僅沒有一個體系結構。相反，有兩種體系結構：與硬件有關和獨立的體系結構。有目的地分開這些架構，使開發(fā)人員能夠利用現(xiàn)代軟件技術和方法來改善市場，質(zhì)量和開發(fā)成本的時間。