IoT工程師如何為你的設(shè)計選擇正確的軟件架構(gòu)

　　我們都曾在職業(yè)生涯的某個時間點思考過這個問題：現(xiàn)在，你想要創(chuàng)建一個合適的項目，看是要更進(jìn)一步探索這個想法或是將其產(chǎn)品化。但是，應(yīng)該從哪種軟件架構(gòu)入手呢？Espruino？Arduino？micro Python？Segger embOS？MicriumuC/OS-II？以及在uC/OS-II和uC/OS-III之間又有什么區(qū)別呢？究竟該采用初始成本較低的開源架構(gòu)，還是選擇需要支付前期費用的商業(yè)解決方案，來加速你的設(shè)計過程呢？

　　什么是軟件架構(gòu)？

　　在本文件中，將“軟件構(gòu)架”解釋為“編寫軟件的一種特定方式”。例如，Arduino提供編寫程序代碼的一種特定方式，允許軟件的片段可以跨越多個項目被重新使用。

　　軟件架構(gòu)是由幾個不同的部分所組成，并由以下組件所定義：程序語言、應(yīng)用程序編程接口（API），以及某些工具集的連接。例如，像是在Arduino和Espruino的案例中，軟件架構(gòu)可以被緊密地連接到工具，或是像在Micrium和FreeRTOS的案例中則是會被分離。

　　什么是操作系統(tǒng)？

　　因此，該如何選擇一個軟件架構(gòu)呢？首先，我們需要對一些名詞解釋的更明確一點，我們已經(jīng)開始提到操作系統(tǒng)（OS）這個名詞。你真正需要寫的是可以執(zhí)行你的特定要求的程序代碼，這些程序代碼將可以把你的產(chǎn)品與其他產(chǎn)品區(qū)分出來。但是，你仍然需要依靠軟件的其他部分，像是ADC的驅(qū)動程序或SD卡的文件系統(tǒng)棧。這些軟件的部分通常被稱為軟件構(gòu)件。

　　在此用一個比較實質(zhì)的比喻方式，你可以想象你的軟件構(gòu)件就像是磚塊，然后把操作系統(tǒng)視為水泥。在操作系統(tǒng)中定義了磚塊的形狀，以及它們將如何與其他的磚塊互動，因此當(dāng)你添加更多構(gòu)件到軟件之中時，他們將可以繼續(xù)完美地協(xié)同工作。這聽起來相當(dāng)不錯，但你真的需要一個操作系統(tǒng)嗎？增加操作系統(tǒng)也帶來了額外的負(fù)荷，它將會消耗數(shù)千字節(jié)的閃存，為事件的響應(yīng)增加了延遲的時間，并且還需要花費些許的時間學(xué)習(xí)如何在操作系統(tǒng)環(huán)境中編寫程序。

　　決定采用哪個軟件架構(gòu)，將會決定你的想法是否可以按時間、按預(yù)算地推動，或是將你的投資放在風(fēng)險之中。

　　一般的經(jīng)驗法則是，如果你的目標(biāo)閃存容量是128 KB或更高，并且或是需要通訊功能，便需要一些棧（USB、以太網(wǎng)絡(luò)、SDIO、CAN、Wi-Fi、BLE），長期來看，你最好還是使用操作系統(tǒng)。

　　在操作系統(tǒng)中最重要的其中一件事情便是調(diào)度程序（scheduler）。調(diào)度程序是用在為可能會爭奪相同資源的不同任務(wù)、分配資源和處理時間的組件。在一般情況下，調(diào)度程序有兩種作業(yè)的方式，而這正是“實時”在實時操作系統(tǒng)（RTOS）的意義所在。實時意味著在一個特定的時間內(nèi)，會有一個特定的任務(wù)將會被執(zhí)行。假設(shè)你得到一個你需要處理的射頻封包，無論你的設(shè)備目前正在做什么事，實時操作系統(tǒng)的核心會先離開它目前所做的任務(wù)，先完成這一個高優(yōu)先等級的任務(wù)。這種類型的行為在處理器的利用上并不是最有效率的方式，但例如在馬達(dá)控制應(yīng)用中，它在通訊棧與應(yīng)用中最需要重視的便是反應(yīng)時間的議題。

　　商用與開源解決方案的比較

　　舉例來說，如果你已經(jīng)想通了是否需要采用實時操作系統(tǒng)，并開始組建軟件需求。你可能知道，你需要一個USB棧和以太網(wǎng)絡(luò)棧，搭配外部MAC/PHY驅(qū)動程序來一起將設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。但是，你該從哪里開始呢？你真的只需要為你首選的微控制器下載最新的FreeRTOS模板，并繼續(xù)下載開源軟件并放到裝置中就可以了嗎？或者你只是需要去找有你所需軟件的商業(yè)供貨商，并獲得完整的軟件組合？

　　為了做出更明智的決定，我們經(jīng)常談?wù)撘o選定的解決方案一個總體擁有成本（TCO）的概念。所謂的總體擁有成本包含的不僅是你為軟件付出的貨幣價值，還包括花費在尋找解決方案、組裝不同的構(gòu)件，并將不同的構(gòu)件整合到你的項目，以及開發(fā)、測試和生產(chǎn)的工作時間。

　　在一般情況下，我們看到的是商業(yè)解決方案的總體擁有成本（TCO），將比自己組建開放原始碼組件的解決方案要來的更低一些。但既然是商業(yè)解決方案便涉及到初始成本，這些廠商通常要求在使用解決方案的前期，取決于你所需要的組件，便必須先支付1萬到10萬美元之間的費用。在另一方面，下載FreeRTOS并開始組裝自己的解決方案，在某些擁有密集資源的應(yīng)用中，其所花費的金錢，相對會更便宜一些。

　　決定你的項目的最佳解決方案，將高度依賴于它是否是最容易讓你賺到現(xiàn)金，或是能夠為總體擁有成本的工時來“買單”。