嵌入式软件架构设计

课程大纲

【模块一】 人人掌握——嵌入式需求

理大局——嵌入式软件需求分析的过程【步骤明确，经验干货】

步 骤 一：系统边界分析——上下文图 and 硬件结构图

步 骤 二：功能需求分析——功能树 or 用例图

步 骤 三：用户接口分析——菜单树 and 界面流

步 骤 四：软硬接口分析——和外部软硬件的接口规约

步 骤 五：功能步骤分析——输入-处理-输出 or 用例规约

步 骤 六：质量需求分析——本课关注步骤级实时、步骤级可靠

一组案例……

划重点——关键点的讲与练

• 输入-处理-输出定义功能需求……顽疾是需求项又多又散？分析、解决。

• 与外部软、硬件的接口需求 ……顶层数据流图、上下文图、硬件结构图

• 高性能和可靠性等质量需求 ……质量需求如何定义？以某控制器为案例

• 一组案例……

• 特复杂的功能逻辑如何搞定？ = 主控流程＋可能事件与分支流程 + 步骤规则

拷资料——文档模板 + 案例资料【外企模板，独家分享】

• 《需求规格》模板

• 《需求规格》实例

• 一组案例……例如，质量90%可以用“功能的步骤级规则”来定义

   

【模块二】 始于需求——自顶向下设计运行控制结构

理大局——运行控制结构的设计过程【步骤明确，经验干货】

步骤一：分析需求 （功能范围+硬件结构）

步骤二：识别核心模块

步骤三：确定控制流，设计控制模式

步骤四：对关键功能，跑通控制过程

案例分析……上面四步，都有实际案例，并讲解自顶向下思维运用

划重点——三种嵌入式“运行控制结构”模式      

结构一：多任务结构（OS-based Multi-task）

结构二：前后台结构（死循环+中断）

结构三：时间片轮询（Time-slice Polling）

一组案例……

划重点——前后台与时间片架构的几个细节

• 【大局】采集-分析-控制模式

• 【局部 1】转delay为中断

• 【局部 2】占空比与中断

• 【局部 3】函数的可重入设计

• 【局部 4】核心代码性能

• 高事件率架构案例：多任务 vs. 时间片轮转

划重点——统一回答几个“大的疑问”

• 问：我们公司系统比较复杂，性能要求也比较多，总感觉理不清？

• 问：我们公司好像没人会画多线程协作图。请问，怎么画？

• 问：我们公司嵌入式分层架构太泛，没把代码块、线程、中断等说清楚！

   

【模块三】 深入详尽——嵌入式分层实战技巧

理大局——嵌入式代码架构，就这么设计【步骤明确，经验干货】

步骤一：借助模式，按“五横一纵”组织模块层次

步骤二：自底向上，先把硬件接口代码模块设计好

步骤三：接口抽象，为多种硬件提供统一接口

步骤四：服务抽象，提炼可复用的显示/通信/存储服务

步骤五：设计功能层模块，确定它对下层模块的调用

步骤六：设计初始化模块，确定它对下层模块的创建和设置

案例分析……上面六步都有实际案例。重点步骤，有代码案例。

划重点——关键点的讲与练【有代码，有真货】

Module对Task/Thread的封装

      ===Module设计的最低要求：没有隐藏就没有简化

      ===模块封装task——Message和Task的架构级应用

Module的可扩展＆可配置＆可插拔

      ===模块的可配置式设计——Config Array的架构级应用

Interface对多个差异模块的统一抽象

      ===函数指针结构体的架构级应用

上层对下层的“封装”与“组装”

===模块封装模块——Layer思想的代码实现

      ===main()如何优雅地“启动”各模块

拷资料——上述技能，分别对应的代码案例

• 代码案例…

• 代码案例…

思想的飞跃——架构之道【学员反馈：“大彻大悟的感觉真爽！”】

• 自顶向下——分解思维。架构早期。立足业务，根据需求分解出粗粒度架构

• 自底向上——封装思维。架构后期。立足实现，隐藏细节，统一接口，提炼服务

• 抽象vs.具体——抽象是结果，抽象思维的过程从研究多个“具体”开始

• 分解vs.封装——粗粒度架构来自自顶向下分解，细粒度架构来自自底向上封装

• 接口vs.实现——接口定义“做什么”，实现定义“怎么做”

• 统一接口——下层有多种“怎么做”时，不要直接调用，要通过统一接口调用

• 通用服务——提炼可复用的显示/通信/存储服务，“功能代码”就简洁易修改了

• ……悟道练习，一起画脑图

【模块四】 隔离变化——设计好内部接口、对外接口

我们常设计这两种接口

1. 远程及板间接口或协议

2. 模块级接口或消息

远程及板间接口或协议——如何设计

步骤一：接口交互过程设计

步骤二：接口实现技术选择

步骤三：接口参数格式定义

案例：分析著名接口规范 ……

模块级接口——技术风格

• Call（调用）

• Message（消息）

• Callback（回调）

远程及板间接口或协议——API二次封装

• 底层协议：负责通用性、跨平台

• 提供API ：负责屏蔽细节、方便开发

• 案例分析……

模块级接口——二次封装

• 核心接口  vs.  便捷接口（对核心接口的包装）

• 可配置性

拷资料——对应的资料分享

• 接口规范…

• 接口案例…

• API 案例…

【模块五】职业生涯——从单板架构师，到方案架构师

谈行业趋势，聊职业发展

1. IT行业的人才模型

2. 电子企业的常见发展路径

3. 我们个人的发展方略

    

方案架构师设计自控方案时，工作内容有哪些？

1. 逻辑设计 = 分层设计 + 功能子系统划分

2. 物理设计 = 硬件拓扑 + 软组件分布设计

3. 技术选型 = 开发技术 + 运行环境选型

4. 接口设计 = 接口技术选择 + 接口协议定义

    

自控方案中的上位机软件设计

1. 五横一纵——上位机软件的模块分层模式

2. 模块划分——覆盖接口需求

3. 模块划分——覆盖功能需求

拷资料——对应的资料分享

《GB设计书》文档模板解读、实际范例分析