嵌入式軟件開發(fā)過程探討0204

1、嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)過程標(biāo)準(zhǔn)化管理探討上海美多通信設(shè)備有限公司 程衛(wèi)紅嵌入式軟件廣泛應(yīng)用于國防、工控、家用、商用、辦公、醫(yī)療等領(lǐng)域，嵌入式計算機系 統(tǒng)存在著專用性強、可靠性高、實時性強、軟硬件結(jié)合緊密等特點，嵌入式軟件是嵌入式計 算機應(yīng)用系統(tǒng)的核心與靈魂， 它在軍用電子裝備中有著廣泛的應(yīng)用， 其中一些中小型軍用電 子裝備研發(fā)企業(yè)的嵌入式軟件研發(fā)團隊一般僅有數(shù)人至十幾人， 且存在人員流動， 缺乏對其 開發(fā)過程的有效技術(shù)及質(zhì)量的監(jiān)管控制， 造成一些軟件嵌入式更改頻繁、 開發(fā)效率低， 質(zhì)量 無法保證。 而通用軟件開發(fā)中廣泛使用的 CMM CMMI模型是以大企業(yè)為對象制定的， 在這些 企業(yè)中實施有困難。

2、 規(guī)范其開發(fā)過程存在一定難度， 這成為這些企業(yè)控制裝備質(zhì)量、 提高研 發(fā)效率的瓶頸。本文依據(jù)軟件工程化思想、 CMMCMMI模型和 GJB9001B質(zhì)量管理體系的思想原則，結(jié) 合嵌入式軟件開發(fā)的自身特點， 針對中小型軟件研發(fā)企業(yè)的具體情況提出了嵌入式軟件開發(fā) 過程的標(biāo)準(zhǔn)化管理及質(zhì)量控制的一些思路，以饗讀者。1 嵌入式軟件開發(fā)過程的標(biāo)準(zhǔn)化分析嵌入式軟件與嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) (Embedded System) 是指用于執(zhí)行獨立功能的專用計算機系統(tǒng)。 它以應(yīng)用為 中心， 以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)， 軟硬件可裁減， 能適應(yīng)實際應(yīng)用系統(tǒng)中對功能、 性能、 可靠性、 成本、體積、功耗、電磁兼容等嚴格要求的專用

3、計算機系統(tǒng) 1 。嵌入式軟件與嵌入式系統(tǒng) 是密不可分的， 嵌入式軟件是基于嵌入式系統(tǒng)而專門設(shè)計的軟件。 嵌入式軟件是針對特定應(yīng) 用領(lǐng)域， 基于某一固定的嵌入式硬件平臺系統(tǒng)而專門設(shè)計， 用來達到用戶預(yù)定目標(biāo)的計算機 軟件。 嵌入式系統(tǒng)中軟件與硬件緊密配合 /協(xié)調(diào)工作， 強調(diào)硬件 / 軟件的協(xié)同性與整合性。 開 發(fā)時著重軟硬件協(xié)同設(shè)計方法， 即使用統(tǒng)一的方法和工具協(xié)同設(shè)計目標(biāo)系統(tǒng)的軟硬件體系結(jié) 構(gòu)， 以最大限度地挖掘目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件能力，獲得高可靠、 高性價比的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案 2 。與通用計算機系統(tǒng)相比，它具有以下特點。(a) 系統(tǒng)的專用性嵌入式軟件系統(tǒng)為特定的用戶設(shè)計， 面向特定的應(yīng)用領(lǐng)域，

4、 這種強針對性決定了嵌入式 系統(tǒng)在硬件 / 軟件系統(tǒng)設(shè)計方面都必須量體裁衣 (體積/功耗 /成本) ，以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的特定 應(yīng)用要求。(b) 硬件的依賴性在嵌入式系統(tǒng)中， 軟件與硬件結(jié)合非常緊密。 軟件的運行離不開特定的硬件平臺， 當(dāng)硬 件平臺發(fā)生改變時， 其中的嵌入式軟件要根據(jù)硬件的變化進行修改和系統(tǒng)的移植。 此外， 嵌 入式系統(tǒng)中有限的硬件資源制約著軟件的開發(fā)， 決定著軟件的質(zhì)量和效率， 因此， 在嵌入式 系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、測試等過程中，要充分考慮到硬件資源的約束、管理及使用。(c) 高可靠性、穩(wěn)定性軟件可靠性是指在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)， 軟件運行不發(fā)生故障的能力。 采用嵌入 式系統(tǒng)的

5、裝備， 一般都有較高的可靠性的要求， 因而對嵌入式軟件也提出了高可靠性、 高穩(wěn) 定性的要求。(d) 多任務(wù)的搶占性與實時性在一些強實時應(yīng)用的嵌入式軟件系統(tǒng)中， 各任務(wù)的優(yōu)先級不同， 同級任務(wù)具有搶占的特 點，而且每個任務(wù)的響應(yīng)時間均有明確而嚴格的要求和限制， 否則可能產(chǎn)生災(zāi)難性的問題或 引發(fā)系統(tǒng)崩潰。(e) 目標(biāo)軟件調(diào)試環(huán)境復(fù)雜嵌入式軟件的目標(biāo)系統(tǒng)多為特殊的專用系統(tǒng)， 通常采用宿主機 / 目標(biāo)機的聯(lián)合開發(fā)環(huán)境， 借助通用計算機作為目標(biāo)機的宿主開發(fā)調(diào)試環(huán)境， 利用交叉調(diào)試器、 通過通訊 / 或 JTAG接口 對目標(biāo)機進行相關(guān)的開發(fā)調(diào)試，調(diào)試環(huán)境相對復(fù)雜、干擾因素較多。由于嵌入式軟件具有以上特點，

6、其設(shè)計、實現(xiàn)與測試均與普通應(yīng)用軟件研發(fā)不同，我們 有必要采用軟件工程化的原理， 對其開發(fā)過程進行分析研究， 優(yōu)化其開發(fā)過程， 提高它的可 視性、可測性、可維性、可控性，從而提高嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)質(zhì)量。一般嵌入式軟件開發(fā)過程的標(biāo)準(zhǔn)化分析a) 明確開發(fā)過程節(jié)點，使軟件開發(fā)過程的管理有序受控將產(chǎn)品質(zhì)量控制原則貫穿于嵌入式軟件開發(fā)全過程，規(guī)定嵌入式軟件開發(fā)過程主要節(jié)點設(shè)置里程碑標(biāo)志， 進行必要的評審， 使嵌入式軟件產(chǎn)品開發(fā)過程的技術(shù)與質(zhì)量管理有序受控。嵌入式軟件研制過程一般采用瀑布式模型， 其開發(fā)工程過程一般劃分為： 1) 系統(tǒng)設(shè)計； 2) 需求分析； 3) 軟件概要設(shè)計； 4) 軟件詳細設(shè)計； 5

7、) 編程； 6)軟硬件聯(lián)合調(diào)試； 7)軟 件測試。嵌入式軟件開發(fā)的 技術(shù)與質(zhì)量管理通常結(jié)合硬件開發(fā)同步進行 ，一般劃分為以下幾個 階段： 1) 方案論證階段； 2) 初樣階段； 3) 正樣階段； 4) 設(shè)計定型； 5) 生產(chǎn)定型。b) 嵌入式軟件軟件文檔的標(biāo)準(zhǔn)化 嵌入式軟件的文檔資料與嵌入式軟件本身是軟件產(chǎn)品質(zhì)量控制的主體 ，依據(jù) GJB438A 一 1997武器系統(tǒng)軟件開發(fā)文檔 ，建 立 和 完 善 軟件文 檔 庫( 包 括 文 檔 模 板 )，通過對 開發(fā)過程的監(jiān)督，控制文檔與軟件的質(zhì)量，從根本上保證產(chǎn)品質(zhì)量。c) 降低人為因素對軟件質(zhì)量的影響 整個嵌入式軟件開發(fā)質(zhì)量是由每個項目成員的工作

8、質(zhì)量所決定的， 明確嵌入式軟件開發(fā) 人員具體崗位、 任務(wù)分配及工作規(guī)范， 盡量降低影響軟件質(zhì)量的人為因素， 避免非標(biāo)準(zhǔn)化的 多個崗位重疊造成軟件產(chǎn)品的質(zhì)量失控。d) 注重嵌入式軟件開發(fā)關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制 在開發(fā)的過程中，嚴格需求分析、總體設(shè)計、邊界設(shè)計、概要設(shè)計等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制是 解決軟件產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。強化用戶和需求分析人員的邊界意識。 在有限的時間內(nèi)， 明確相關(guān)的目標(biāo)邊界、 功能邊 界和數(shù)據(jù)邊界。總體設(shè)計時， 選擇合適的微處理器和相關(guān)外圍設(shè)備、 嵌入式操作系統(tǒng)， 進行軟硬件的合 理分割，確定軟件開發(fā)、調(diào)試環(huán)境，確保研發(fā)成功。e) 對嵌入式軟件開發(fā)成果進行考核 設(shè)置重大節(jié)點進行軟件評審，每

9、一小階段的完成以該階段參與人員的輸出完成為標(biāo)志， 通過下一階段參與者直接對上一階段輸出進行考核，使嵌入式軟件開發(fā)全過程處于受控。f ) 規(guī)范嵌入式軟件配置項管理軟件的配置管理不是選用一個軟件配置管理工具軟件就可以了， 軟件的配置管理就是軟 件技術(shù)狀態(tài)的管理，包括制定和實施軟件配置管理計劃，進行配置標(biāo)識、配置控制、配置狀 況紀(jì)實。通過軟件的配置管理確保軟件配置項的完備、清晰、一致和可追溯性。盡可能實現(xiàn)版本向前兼容，合并多版本、多分支的產(chǎn)品或部件。g) 嵌入式軟件的正確性及可靠性測試 軟件功能及質(zhì)量測試是發(fā)現(xiàn)軟件錯誤的最有效途徑， 是保證軟件質(zhì)量的重要手段， 也為 評價軟件技術(shù)質(zhì)量提供了可靠的依據(jù)

10、。測試與開發(fā)是相輔相成的，軟件測試工作應(yīng)貫穿整個軟件開發(fā)過程。保證測試質(zhì)量首先是選擇合適的測試人員， 他需熟悉軟件測試的意義、 技術(shù)和方法， 并 善于與軟件開發(fā)人員交流和協(xié)調(diào)； 其次需制定測試計劃， 再就是在開發(fā)過程中對軟件進行嚴 格有效的測試。針對嵌入式軟件特點， 不只進行軟件的白盒測試及黑盒測試， 對測軟件進行實時性、 多 任務(wù)并發(fā)性、中斷處理以及軟硬件接口等方面的進行有針對性的測試。2 嵌入式軟件開發(fā)過程的標(biāo)準(zhǔn)化 實施嵌入式軟件項目開發(fā)流程的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的特點是滿足應(yīng)用的多樣化需求。嵌入式軟件是嵌入式系統(tǒng)的核心部 分，我們有必要規(guī)范嵌入式軟件在多樣化的軟硬件平臺下開發(fā)流程，

11、 只有這樣也能使其開發(fā) 過程受控，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。本文提出的一般規(guī)模嵌入式軟件標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)流程， 流程中設(shè)置了軟硬件聯(lián)合調(diào)試， 及結(jié) 合硬件進行相關(guān)評審的節(jié)點，詳見圖1?？荚u軟件灌裝、復(fù)制 工藝文件編制、首件鑒定圖 1 嵌入式軟件標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)流程圖嵌入式軟件開發(fā)崗位和任務(wù)分配的標(biāo)準(zhǔn)化具體崗位設(shè)置首先，規(guī)范技術(shù)部門組織結(jié)構(gòu)，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化的組織機構(gòu)，主要的組織有：項目管理委員 會、項目技術(shù)管理委員會、項目組、測試組等。其次，規(guī)范開發(fā)的具體崗位。不少企業(yè)為降成本，強調(diào)“復(fù)合型人才” ，有相當(dāng)多的人 既做設(shè)計又做編碼還做測試， 這不僅使項目的運行效率低、 出錯率高， 也使項目的人力成本 提高、人員還不滿意

12、。正確的是根據(jù)工作內(nèi)容的不同，進行專業(yè)分工，通過有效的項目團隊 組織機制將各類人員集成起來。嵌入式軟件開發(fā)團隊的具體崗位設(shè)置可分為：項目負責(zé)人、 系統(tǒng)分析師、需求分析師、系統(tǒng)設(shè)計師、界面設(shè)計師、軟件設(shè)計師、程序員、測試工程師、 質(zhì)量工程師、配置管理員、生產(chǎn)支持工程師（工藝師） 、培訓(xùn)工程師、技術(shù)服務(wù)工程師等。 根據(jù)不同崗位界定其不同的等級和小時工資。詳見表 1。表 1 具體崗位設(shè)置序號角色職責(zé)1項目負責(zé)人開發(fā)計劃；日常管理；組織完成測試、參與系統(tǒng)驗收；協(xié)助需求分析師完成需求分析2系統(tǒng)分析師總體設(shè)計；概要設(shè)計；系統(tǒng)的功能框架3需求分析師在系統(tǒng)分析師的指導(dǎo)下完成需求分析；對需求及邊界進行確認；完成

13、人機界面（用戶界面）確認4系統(tǒng)設(shè)計師完成概要設(shè)計、詳細設(shè)計；配合完成各項評審、驗收5界面設(shè)計師在系統(tǒng)設(shè)計師的指導(dǎo)下完成人機界面設(shè)計、人機界面確認等6程序員編碼實現(xiàn)、單元調(diào)試7測試工程師進行單元測試、系統(tǒng)測試8配置管理員創(chuàng)建和維護配置庫9質(zhì)量工程師開發(fā)過程質(zhì)量分析10生產(chǎn)支持工程師編寫工藝文件、生產(chǎn)指導(dǎo)11培訓(xùn)工程師制定培訓(xùn)計劃、編寫培訓(xùn)教案、對公司內(nèi)有關(guān)人員及用戶培訓(xùn)12技術(shù)支持工程師用戶現(xiàn)場技術(shù)支持任務(wù)劃分和分配的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)項目開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化流程， 細分開發(fā)過程的各項任務(wù)， 明確負責(zé)完成任務(wù)的崗位和參與 完成任務(wù)的崗位，明確任務(wù)的輸入和輸出，對輸出內(nèi)容（主要為工作文檔）質(zhì)量進行審查， 下

14、一階段任務(wù)執(zhí)行者對上一階段任務(wù)完成者進行考核， 上一階段輸出沒有完成， 不能轉(zhuǎn)入下 一階段工作。詳見表 2。表2 開發(fā)過程任務(wù)分配表任務(wù)編號項目階段任務(wù)名稱（輸出）負責(zé)崗位參與崗位前置任務(wù)（輸入）001項目立項項目可行性報告系統(tǒng)分析師用戶意向002總體方案（初稿）系統(tǒng)分析師研制要求合同003風(fēng)險評估報告系統(tǒng)分析師001004項目開發(fā)計劃（需評審）項目負責(zé)人全體研制要求合同005項目開發(fā)周報、項目負責(zé)人全體004項目開發(fā)月報006項目邊界設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計師系統(tǒng)分析師002007項目邊界確認項目負責(zé)人需求分析師006008配置管理計劃、創(chuàng)建和維護配配置管理員項目負責(zé)人004置庫009需求分析需求調(diào)研報

15、告需求分析師系統(tǒng)分析師002、006010需求規(guī)格說明需求分析師系統(tǒng)分析師002、006011基本數(shù)據(jù)說明需求分析師系統(tǒng)分析師002、009012需求 / 邊界確用戶需求確認書需求分析師010、011認013總體設(shè)計總體設(shè)計方案系統(tǒng)分析師002、009、010、011014軟件質(zhì)量保證計劃項目負責(zé)人系統(tǒng)分析師104、013015概要設(shè)計概要設(shè)計說明、 開發(fā)環(huán)境說明、系統(tǒng)設(shè)計師系統(tǒng)分析師010、012、接口設(shè)計文檔需求分析師011、013016系統(tǒng)人機界系統(tǒng)人機界面設(shè)計說明界面設(shè)計師系統(tǒng)設(shè)計師109、110、面111017系統(tǒng)人機界人機界面用戶確認報告需求分析師系統(tǒng)設(shè)計師115面確認018詳細設(shè)

16、計詳細設(shè)計說明系統(tǒng)設(shè)計師015、016019測試設(shè)計軟件測試計劃測試工程師系統(tǒng)分析師012、014、軟件測試說明（測試用例）質(zhì)量工程師017020編碼源程序（代碼、代碼注釋）程序員系統(tǒng)設(shè)計師016、018021用戶手冊程序員系統(tǒng)設(shè)計師016、018022單元測試缺陷記錄、單元測試報告測試工程師質(zhì)量工程師018023軟硬件聯(lián)合調(diào)試聯(lián)合調(diào)試記錄系統(tǒng)設(shè)計師程序員010024系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試報告、問題報告、問測試工程師質(zhì)量工程師019、020題處理報告025設(shè)計定型程序員手冊程序員系統(tǒng)工程師021固件保障手冊資源綜合保障文件026產(chǎn)品規(guī)范（可結(jié)合硬件一起編系統(tǒng)分析師全體021、025寫）027工藝文件

17、編制生產(chǎn)支持工程021、025、首件鑒定師026028配置狀態(tài)報告、版本說明文檔配置管理員008029用戶試用報告技術(shù)支持工程師030培訓(xùn)培訓(xùn)計劃、培訓(xùn)環(huán)境準(zhǔn)備培訓(xùn)工程師技術(shù)支持工120、123培訓(xùn)教案等程師031各項評審、審查申請、各項評審報告項目負責(zé)人021、025、定型審查028032階段總結(jié)報告項目負責(zé)人系統(tǒng)分析師033現(xiàn)場試驗報告技術(shù)支持工程質(zhì)量工程師師034質(zhì)量分析報告質(zhì)量工程師測試工程師024035各階段評審報告項目負責(zé)人系統(tǒng)分析師嵌入式軟件 文檔標(biāo)準(zhǔn)化要求依據(jù) GJB438A一 1997武器系統(tǒng)軟件開發(fā)文檔 4 ，建立軟件文檔標(biāo)準(zhǔn)化模板，根據(jù) 模板編制軟件文檔， 具體要求本文不

18、再一一說明。 對于嵌入式軟件文檔的編制時需注意以下 幾點。a) 在編制軟件概要設(shè)計說明、詳細設(shè)計說明時，如果存在一下情況，應(yīng)加以說明。1) 上電復(fù)位、掉電、關(guān)機、正常工作時的時序狀態(tài)情況說明，包括軟件的加載( 引導(dǎo) )方式說明、 DSP系統(tǒng)的初始化內(nèi)容及流程說明和系統(tǒng)中斷向量表的配置說明。2) 多 CPU系統(tǒng)或主從系統(tǒng)設(shè)計的考慮(如果存在)DSP與上級系統(tǒng)內(nèi) CPU協(xié)調(diào)工作的通信方式說明DSP與上級系統(tǒng)內(nèi) CPU的通信協(xié)議的說明 DSP與上級系統(tǒng)內(nèi) CPU的交換信息的命令字格式定義說明。3) 程序的框架結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)資源需求程序的功能劃分和規(guī)劃，包括DSP內(nèi)部硬件資源分配情況注明。 實時多任務(wù)系統(tǒng)

19、，其中應(yīng)包括前、后臺模塊的功能劃分和時限要求。 功能模塊間粗拓撲框圖。模塊中中斷處理的方式、類型和級別。4) 防流水線沖突的說明。 (如有)5) 對存儲器有特殊要求的指令字的使用注明。b) 文檔化源程序文件要求源程序文件要求文件中包括源程序及其注釋內(nèi)容， 注釋的意義必須與程序一致， 應(yīng)規(guī)定注釋行數(shù)，一般不少于源程序總行數(shù)的35%。標(biāo)識符：包括模塊名、變量名、常量名、標(biāo)號名、子程序名、數(shù)據(jù)名和緩沖區(qū)序言性注釋：置于每個程序模塊的開頭，給出程序的整體說明；功能性注釋： 嵌在源程序體中， 必須正確的描述其后的語句或程序的功能或執(zhí) 行的效果；數(shù)據(jù)說明：常量說明簡單變量類型說明數(shù)組說明公用數(shù)據(jù)塊說明所有

20、 文件說明整形量說明實型量說明字符量說明邏輯量說明VHDL語言文檔化3 某嵌入式軟件標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)過程舉例上海美多通信設(shè)備有限公司開發(fā)的通信終端采用ARM嵌入式系統(tǒng) 5 ，軟件包括初始化模塊、核心處理模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、通信模塊以及與外設(shè)通信模塊 等。 該軟件開發(fā)過程以本文提出的開發(fā)過程為標(biāo)準(zhǔn)過程，在其基礎(chǔ)上進行裁減， 形成項目軟件開發(fā)過程。通信終端軟件開發(fā)過程分方案論證階段、初樣階段、正樣階段、設(shè)計定型四個 階段， 在里程碑節(jié)點處結(jié)合硬件進行了公司級以上的評審，具體有方案審查、 軟件需求分析評審、初樣軟件評審、正樣軟件評審、設(shè)計定型審查等。通信終端軟件開發(fā)過程確定了軟件開發(fā)的

21、具體崗位、 任務(wù)分配、 輸入和輸出及完成時間， 通過評審和考核使全過程受控， 見表 3 通信終端軟件輸出考核表。 該項目的成功實施， 并取 得較好的產(chǎn)品質(zhì)量，驗證了本文提出的開發(fā)過程的有效性。表 3 通信終端軟件輸出考核表序號具體崗位承擔(dān)人員輸出考核情況1項目負責(zé)人馮 xx（略）合格通信終端項目邊界確認書合格通信終端軟件質(zhì)量保證計劃合格2系統(tǒng)分析師馮 xx通信終端項目可行性報告合格通信終端軟件總體設(shè)計方案合格通信終端軟件風(fēng)險評估報告合格3需求分析師劉 xx終端軟件需求調(diào)研報告合格終端軟件需求規(guī)格說明合格終端軟件基本數(shù)據(jù)說明合格終端軟件人機界面確認書合格終端軟件用戶需求確認書合格4系統(tǒng)設(shè)計師周

22、xx終端軟件概要設(shè)計說明合格終端軟件詳細設(shè)計說明合格終端軟件聯(lián)合調(diào)試記錄合格5界面設(shè)計師湯 xx終端軟件人機界面設(shè)計說明合格6程序員孫 xx湯 xx初始化模塊源程序（代碼、代碼注釋） 核心處理模塊源程序（代碼、代碼注釋） 、 顯示模塊源程序（代碼、代碼注釋） 、 鍵盤模塊源程序（代碼、代碼注釋） 、 數(shù)據(jù)處理模塊源程序（代碼、代碼注釋） 、 通信模塊源程序（代碼、代碼注釋） 與外設(shè)通信模塊源程序（代碼、代碼注釋）合格各模塊調(diào)試記錄合格終端軟件用戶手冊合格7測試工程師周 xx 等終端軟件測試計劃合格終端軟件測試說明（測試用例）合格終端軟件單元測試報告、缺陷記錄合格8配置管理員李 xx終端軟件配置管理計劃合格終端軟件配置狀態(tài)報告合格終端軟件版本說