嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)指南

在過(guò)去的幾年中，我注意到嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員和團(tuán)隊(duì)之間的趨勢(shì)非常令人不安。趨勢(shì)包括開(kāi)發(fā)功能（最好）但不是為生產(chǎn)環(huán)境構(gòu)建或測(cè)試的嵌入式系統(tǒng)。這種趨勢(shì)導(dǎo)致災(zāi)難。

這種“簡(jiǎn)單功能”趨勢(shì)的主要原因似乎是由于三個(gè)因素：利用示例代碼，匆忙的開(kāi)發(fā)周期，以及缺乏理解它需要什么構(gòu)建生產(chǎn)嵌入式系統(tǒng)。利用示例代碼的第一個(gè)因素實(shí)際上是啟動(dòng)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵一步。示例代碼有助于啟動(dòng)和運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)，以及獲得對(duì)目標(biāo)硬件的重要見(jiàn)解。許多微控制器供應(yīng)商為開(kāi)發(fā)人員提供了有關(guān)如何設(shè)置外設(shè)和與微控制器交互的急需的示例代碼。

但是，許多開(kāi)發(fā)人員通常不會(huì)考慮這個(gè)示例代碼。首先，示例代碼只是一個(gè)例子;它不適合生產(chǎn)。它只是如何設(shè)置和與各種外圍設(shè)備交互的指南。然而開(kāi)發(fā)人員將采用代碼，一旦將示例代碼引入系統(tǒng)，它通常會(huì)保留在系統(tǒng)中。

仔細(xì)檢查來(lái)自不同微控制器供應(yīng)商的示例代碼，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)免責(zé)聲明所提供的代碼不能保證適用于任何目的。它甚至不能用于任何目的，而只是“原樣”提供。只要閱讀免責(zé)聲明，就應(yīng)該讓嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員在考慮采用該代碼時(shí)感到不安。該軟件的制作人沒(méi)有足夠的信心支持他們的榜樣，那么是什么讓人們認(rèn)為示例代碼產(chǎn)品已經(jīng)準(zhǔn)備就緒？

檢查硬件寄存器標(biāo)志時(shí)，通常可以看到功能示例代碼的一個(gè)很好的例子。圖1顯示了類似于人們通常會(huì)發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容。

圖1 - 示例代碼硬件寄存器標(biāo)記檢查

一個(gè)問(wèn)題使用圖1中的代碼是 while 循環(huán)假設(shè)操作最終會(huì)成功完成。在理想條件下，這可能是真的，但如果硬件出現(xiàn)故障會(huì)怎樣？也許振蕩器正在漂移，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步。也許寫(xiě)入閃存失敗了。當(dāng)流氓出現(xiàn)故障的外部傳感器導(dǎo)致總線停機(jī)時(shí)，硬件檢查可能在通信總線標(biāo)志上，從而無(wú)法完成傳輸。在這些情況下，使用圖1中的代碼的結(jié)果將是無(wú)限循環(huán)，需要外部力量（例如看門(mén)狗定時(shí)器）的干預(yù)。即使這樣，看門(mén)狗定時(shí)器也會(huì)重置系統(tǒng)，但不能保證系統(tǒng)不會(huì)在循環(huán)中結(jié)束，進(jìn)入永久復(fù)位的永久循環(huán)。

為生產(chǎn)環(huán)境編寫(xiě)的軟件應(yīng)該適應(yīng)失敗的可能性。某些場(chǎng)景的解決方案（如圖1中的 while 循環(huán)）可能是基于系統(tǒng)節(jié)拍向循環(huán)添加超時(shí)，或者可能建立最大數(shù)字標(biāo)志檢查。這些將阻止系統(tǒng)進(jìn)入無(wú)限循環(huán)或永久復(fù)位循環(huán)。

圖2中的示例演示了如何將附加條件添加到 while 循環(huán)中，以便系統(tǒng)退出發(fā)生故障時(shí)的循環(huán)。這些添加不是使系統(tǒng)掛起等待救援的無(wú)限循環(huán)，而是生成錯(cuò)誤代碼，該錯(cuò)誤代碼警告調(diào)用例程感興趣的硬件標(biāo)志已超時(shí)。然后，系統(tǒng)可以在不調(diào)用最后一個(gè)監(jiān)視器的情況下采取糾正措施。

圖2 - 生產(chǎn)代碼硬件寄存器標(biāo)記檢查

導(dǎo)致構(gòu)建功能性而非生產(chǎn)意圖嵌入式系統(tǒng)趨勢(shì)的第二個(gè)因素是匆忙的開(kāi)發(fā)周期。開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的管理成本，這使得企業(yè)希望昨天進(jìn)入市場(chǎng)。此外，初創(chuàng)企業(yè)，小型企業(yè)和銷售團(tuán)隊(duì)因樂(lè)觀地設(shè)定生產(chǎn)日期而不考慮開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的生產(chǎn)就緒系統(tǒng)所需的實(shí)際工作而臭名昭著。許多工程師要么在這種情況下拒絕接受管理，要么他們確實(shí)發(fā)現(xiàn)他們的擔(dān)憂被置若罔聞。最終結(jié)果是角落被切割以試圖滿足不切實(shí)際的最后期限，這導(dǎo)致設(shè)計(jì)僅包含僅在一系列非常受控的條件下工作的功能代碼。

有助于發(fā)布功能性而非生產(chǎn)意圖的嵌入式系統(tǒng)的最終因素是缺乏對(duì)如何構(gòu)建生產(chǎn)意圖嵌入式系統(tǒng)的理解。嵌入式軟件和系統(tǒng)工程師需求量大，供不應(yīng)求。這種情況導(dǎo)致公司在校外或從不同學(xué)科的工程師（如網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)）中擔(dān)任重要角色。結(jié)果是如何正確地構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)健壯的嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)差距，這些嵌入式系統(tǒng)不需要每天更新修補(bǔ)程序錯(cuò)誤并修復(fù)安全問(wèn)題。

但是，綠色和跨學(xué)科的工程師并非完整的故事，導(dǎo)致人們對(duì)生產(chǎn)嵌入式系統(tǒng)的真正缺乏了解。經(jīng)常會(huì)要求訓(xùn)練有素且經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師開(kāi)發(fā)原型或概念證明。為了向管理人員演示，工程師們提供了一個(gè)基于功能性示例代碼的漂亮功能原型。演示很順利，但該系統(tǒng)只能在受控條件下工作。但由于演示進(jìn)展順利，管理層希望立即運(yùn)送系統(tǒng)，而不是理解仍需要做很多工作才能使系統(tǒng)生產(chǎn)準(zhǔn)備就緒。

嵌入式系統(tǒng)正在進(jìn)入我們生活的每一個(gè)角落。對(duì)于在受控條件下操作的一些設(shè)備，僅使用功能代碼可能是好的。但隨著物聯(lián)網(wǎng)和自主智能社會(huì)的快速發(fā)展，運(yùn)輸功能而非生產(chǎn)代碼的危險(xiǎn)趨勢(shì)是等待發(fā)生的事故。