作者：廈門(mén)大學(xué) 陳飛 陳啟安

摘要  為了改善目前嵌入式系統(tǒng)中的代碼數(shù)量廈復(fù)雜度越來(lái)越高，維護(hù)效率低下，不能滿(mǎn)足某些高級(jí)應(yīng)用的要求等現(xiàn)狀，提出一套新的基于面向?qū)ο蟮那度胧较到y(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)。介紹面向?qū)ο笄度胧介_(kāi)發(fā)的應(yīng)用現(xiàn)狀和模塊體系結(jié)構(gòu)；針對(duì)面向?qū)ο缶幊趟鶐?lái)的更多的運(yùn)行時(shí)間和資源需求進(jìn)行性能分析。結(jié)合面向?qū)ο蠛偷讓诱Z(yǔ)言應(yīng)用，可以取得性能和可行性的平衡優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng) 面向?qū)ο筌浖䦶?fù)用 設(shè)計(jì)模式

引 言

嵌入式系統(tǒng)不以獨(dú)立設(shè)備的物理形態(tài)出現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)的部件根據(jù)主體設(shè)備以及應(yīng)用的需要．嵌入在主體設(shè)備內(nèi)部，發(fā)揮著運(yùn)算、處理、存儲(chǔ)以及控制等作用。從體系結(jié)構(gòu)看，嵌入式系統(tǒng)主要以嵌人式處理器、支撐硬件和嵌入式軟件組成。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展已有30多年的歷史，早期的嵌入式系統(tǒng)以單個(gè)芯片為核心，大部分應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中；后來(lái)發(fā)展為以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)；進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，Internet的應(yīng)用迅速普及，廣泛滲透到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、交通、通信等相關(guān)行業(yè)，計(jì)算機(jī)與通信一體化的趨勢(shì)日趨明顯�；贗nternet的嵌入式系統(tǒng)再度成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。在人們的日常生活中，已經(jīng)普遍使用的手機(jī)、PDA、手持設(shè)備和掌上電腦等信息電器就是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用正在迅速發(fā)展的一個(gè)證明。

面向?qū)ο蟮幕舅枷刖褪浅绦虮豢醋魇窍嗷f(xié)作的對(duì)象集合，每個(gè)對(duì)象都是某個(gè)類(lèi)的實(shí)例，所有的類(lèi)構(gòu)成一個(gè)通過(guò)繼承關(guān)系相聯(lián)系的層次結(jié)構(gòu)。程序設(shè)計(jì)是以對(duì)象為中心，以消息為驅(qū)動(dòng)。程序一般由類(lèi)的定義和類(lèi)的使用組成。面向?qū)ο蟮慕�，就是把系統(tǒng)看作是相互協(xié)作的對(duì)象。這些對(duì)象是結(jié)構(gòu)和行為的封裝，都屬于某個(gè)類(lèi)。那些類(lèi)具有某種層次化的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的所有功能通過(guò)對(duì)象之間相互發(fā)送消息來(lái)獲得。

面向?qū)ο蠹夹g(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

①維護(hù)簡(jiǎn)單。模塊化是面向?qū)ο缶幊讨械囊粋�(gè)特征。實(shí)體被表示為類(lèi)和同一名字空間中具有相同功能的類(lèi)，可以在名字空間中添加一個(gè)類(lèi)而不會(huì)影響該名字空間的其他成員。
②可擴(kuò)充。面向?qū)ο缶幊虖谋举|(zhì)上支持?jǐn)U充性。如果有一個(gè)具有某種功能的類(lèi)，就可以很快地?cái)U(kuò)充這個(gè)類(lèi)，創(chuàng)建一個(gè)具有擴(kuò)充功能的類(lèi)。
③代碼重用。由于功能是被封裝在類(lèi)中的，并且類(lèi)是作為一個(gè)獨(dú)立實(shí)體而存在的，提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)庫(kù)就非常簡(jiǎn)單。

面向?qū)ο蟮姆椒ǹ朔嗽熊浖到y(tǒng)規(guī)模龐大、研制周期長(zhǎng)、維護(hù)費(fèi)用高、軟件系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜、應(yīng)用軟件不易集成等困難。面向?qū)ο蠹夹g(shù)在軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中占有非常重要的地位，但面向?qū)ο蟛⒉皇荂++等語(yǔ)言的專(zhuān)利。實(shí)際上，在諸如操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件當(dāng)中，面向?qū)ο蠹夹g(shù)的使用是非常廣泛的。利用C等高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蠹夹g(shù)，不僅結(jié)構(gòu)清晰，而且在執(zhí)行效率等方面也有C++等語(yǔ)言無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

1 面向?qū)ο笄度胧郊夹g(shù)分析

1.1 面向?qū)ο笄度胧郊夹g(shù)現(xiàn)狀

目前，面向?qū)ο蠹夹g(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用雖然有限，但是已經(jīng)得到了充分的發(fā)展。EC++是1996年在日本成立的Embedded C技術(shù)委員會(huì)針對(duì)嵌入式應(yīng)用制定的減小代碼尺寸的C++標(biāo)準(zhǔn)；EC++引人嵌入式系統(tǒng)，使得嵌入式開(kāi)發(fā)和個(gè)人計(jì)算機(jī)、小型機(jī)等之間在開(kāi)發(fā)上的差別逐漸消除。軟件工程中的很多經(jīng)驗(yàn)方法乃至庫(kù)函數(shù)可以移植到嵌入式系統(tǒng)。EC++的使用使軟硬件開(kāi)發(fā)可以分工，從事嵌入式軟件開(kāi)發(fā)不再必須精通系統(tǒng)硬件和相應(yīng)匯編指令集。相信使用C編程的開(kāi)發(fā)者對(duì)這個(gè)優(yōu)點(diǎn)都有感受，而EC++更為突出。

目前，在圖形用戶(hù)界面GUI、Web Server圖像處理技術(shù)、數(shù)據(jù)采集等方面已經(jīng)有著很成熟的面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)模式；采用設(shè)備輸入輸出接口等抽象層，融合網(wǎng)絡(luò)、驅(qū)動(dòng)等底層操作，抽象成為上層開(kāi)發(fā)的統(tǒng)一接口，提高可移植性和擴(kuò)展性，方便后期維護(hù)和代碼重用。

1.2面向?qū)ο笄度胧郊夹g(shù)的總體設(shè)計(jì)思想

面向?qū)ο笄度胧郊夹g(shù)的總體設(shè)計(jì)思想是所有操作由對(duì)象和消息驅(qū)動(dòng)(或者事件驅(qū)動(dòng))。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有面向?qū)ο蠹夹g(shù)的分析，對(duì)多種嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)要求進(jìn)行總結(jié)，抽象出各種接口和組件類(lèi)。各個(gè)組件、接口、數(shù)據(jù)都被設(shè)計(jì)成為對(duì)象。對(duì)象之間通過(guò)消息通信形成整體，構(gòu)成系統(tǒng)。在分析和設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用OOA／OOD進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，形成一個(gè)層次清楚、移植性好、易于擴(kuò)展和重定義的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

從圖1中可以看出，在整個(gè)模塊與體系結(jié)構(gòu)中面向?qū)ο蠹夹g(shù)的重要作用。

目前，嵌入式系統(tǒng)大都采取分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并允許根據(jù)需要對(duì)不同的層次進(jìn)行重寫(xiě)和替換。抽象接口是在抽象層定義的，不依賴(lài)于任何特殊硬件。所有頂層的操作和輸入處理都建立在抽象接口之上。這種分層結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是一種面向?qū)ο蟮某绦蚪Y(jié)構(gòu)，目的是將底層實(shí)際的不同驅(qū)動(dòng)抽象成對(duì)上層的統(tǒng)一接口。進(jìn)程管理、線程管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理等也可以抽象成為統(tǒng)一的接口，方便嵌