學(xué)嵌入式先學(xué)什么_中小型嵌入式軟件的高效管理

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學(xué)嵌入式先學(xué)什么_中小型嵌入式軟件的高效管理,   

　　隨著GJB5000A-2008《軍用軟件研制能力成熟度模型》在我國科研單位的逐步應(yīng)用推廣，軟件產(chǎn)品研制過程的工程化要求越來越科學(xué)和嚴(yán)格。因此我們在某些重點(diǎn)項(xiàng)目上進(jìn)行了GJB5000A二級的首批實(shí)踐。這次實(shí)踐有效地提高了軟件研制的工程化水平，但是同時也發(fā)現(xiàn)了許多問題和和失誤。通過管理人員和技術(shù)人員的分析和總結(jié)，得出結(jié)論：GJB5000A二級的應(yīng)用需要關(guān)注的兩方面工作重點(diǎn)，一是建立適應(yīng)于中小型嵌入式軟件的高效的項(xiàng)目管理體系，二是利用軟件測試技術(shù)提高軟件的可靠性，保證軟件的質(zhì)量。

　　1 中小型嵌入式軟件的高效管理

　　1．1 軟件研制的現(xiàn)狀

　　在電子信息系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品中，主要包含三類軟件：

　�。�1）人機(jī)交互類軟件，采集目標(biāo)狀態(tài)信息和各分系統(tǒng)狀態(tài)信息顯示于終端圖形界面上，同時由操縱員進(jìn)行人工操作；

　　（2）數(shù)據(jù)處理類軟件，包括數(shù)據(jù)處理、信號處理、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)交換等；

　　（3）控制類軟件，包括波束控制，機(jī)械裝置控制，時序控制，系統(tǒng)校準(zhǔn)，系統(tǒng)自檢等。這三類軟件的功能模塊基本相同，包括系統(tǒng)初始化、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)解算、時序控制、I／O通信定時管理、中斷管理、任務(wù)問的通信／同步／互斥管理及內(nèi)存管理等。它們的研制特點(diǎn)如表1所示：

　　  

　　表1反映出三類軟件均存高實(shí)時性的嵌入式芯片或平臺上開發(fā)和運(yùn)行，三類軟件規(guī)模較小，研制周期短，不同項(xiàng)目的軟件之間具有重復(fù)性。在實(shí)際工作當(dāng)中，每個軟件項(xiàng)目組的人員配置上，全部軟件研發(fā)人員人數(shù)一般不多于10人，項(xiàng)目組成員同時分擔(dān)大量的硬件研制、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、試驗(yàn)的工作。因此我們面對的主要是中小型軟件項(xiàng)目的嵌入式軟件。

　　在軟件工程化的首次實(shí)踐中，軟件研制過程反映出4類共性的問題：

　�。�1）項(xiàng)目軟件研發(fā)時間緊，人員少，人員投入度不足，人員職責(zé)不明晰，造成部分執(zhí)行要求被人為簡化，甚至隨意取消；

　　（2）項(xiàng)目軟件的計(jì)劃性不強(qiáng)，經(jīng)常出現(xiàn)需求、人員、資源的變動，造成了進(jìn)度拖延，計(jì)劃無法得到保證；

　�。�3）項(xiàng)目軟件研發(fā)過程中會議和文檔較多，但利益相關(guān)方的界定不明晰，造成不必要的“文山會�！爆F(xiàn)象，降低管理效率，影響軟件設(shè)計(jì)工作；

　�。�4）管理人員和技術(shù)人員的工作過程缺乏足夠的監(jiān)管和測量分析，造成了項(xiàng)目管理進(jìn)程缺乏統(tǒng)一性和技術(shù)可重復(fù)性。

　　為了解決通過上述問題，我們在實(shí)踐過程中逐漸摸索和總結(jié)出一些適合中小型嵌入式軟件研制方法。下面將從軟件項(xiàng)目管理體系和軟件項(xiàng)目研制過程兩方面進(jìn)行闡述。

　　1．2 軟件項(xiàng)目管理體系

　　成功的軟件取決于科學(xué)的管理體系。GJB5000A二級的七個過程域中，項(xiàng)目策劃（PP）、配置管理（CM）、過程和產(chǎn)品質(zhì)量保證（PPQA）這三個過程域是十分重要的管理過程域。

　　項(xiàng)目策劃的目的是制定和維護(hù)定義項(xiàng)目活動的計(jì)劃，具體分為四項(xiàng)工作：

　�。�1）制定項(xiàng)目軟件研制計(jì)劃；

　�。�2）適當(dāng)?shù)嘏c利益相關(guān)方交換意見；

　�。�3）獲得對計(jì)劃的承諾；

　�。�4）維護(hù)該計(jì)劃。

　　項(xiàng)目策劃可以理解為整個軟件研制過程的劇本，其規(guī)定了“WWWHI0”——（When、Who、Where、How、Input、Output）六個要素，即規(guī)定時間內(nèi)安排項(xiàng)目人員及相關(guān)管理人員在一定環(huán)境下按照軟件工程化的方法，以項(xiàng)目的早期需求或軟件研制任務(wù)書為輸入，依靠項(xiàng)目軟件經(jīng)理與所級主管領(lǐng)導(dǎo)、項(xiàng)目總師、科研開發(fā)部、質(zhì)量管理部、設(shè)計(jì)師、同行專家經(jīng)過多方協(xié)調(diào)，在需求管理、軟件生命周期、代碼規(guī)模估計(jì)、文檔規(guī)模估計(jì)、工作量估計(jì)、進(jìn)度、風(fēng)險(xiǎn)管理、培訓(xùn)管理、數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)管理等達(dá)成一致．輸出整個項(xiàng)目的軟件開發(fā)計(jì)劃。

　　初期的計(jì)劃往往無法做到盡善盡美，需求和承諾的更改，不準(zhǔn)確的前期估計(jì)都會影響計(jì)劃的實(shí)施，導(dǎo)致項(xiàng)目計(jì)劃需要在過程中調(diào)整甚至重新制定，因此對于研制周期較長、軟件模塊之間存在復(fù)雜依賴關(guān)系的項(xiàng)目，需要分每一階段進(jìn)行更細(xì)化的項(xiàng)目策劃。

　　配置管理緊緊依賴于軟件開發(fā)計(jì)劃，目的是利用配置標(biāo)識、配置控制、配置狀態(tài)紀(jì)文和配置審核建立和維護(hù)工作產(chǎn)品的完整性。整個軟件生命周期中，配置管理起到 “數(shù)據(jù)庫”和“錄像機(jī)”的作用。首先組織級配置管理員規(guī)定三類基線：功能基線、分配基線、產(chǎn)品基線；規(guī)定三類文件存儲庫：開發(fā)庫、受控庫、產(chǎn)品庫 然后項(xiàng)目級配置管理員規(guī)定基線下的工作產(chǎn)品，如技術(shù)文檔、軟件源代碼及可執(zhí)行程序、評審報(bào)告等，根據(jù)軟件研制階段不同分別放置于對應(yīng)基線下的庫中。組織級和項(xiàng)目級配置管理員進(jìn)行合理計(jì)劃，輸出配置管理計(jì)劃。

　　配置管理工作不能誤認(rèn)為僅僅是檔案工作，作為組織級項(xiàng)目配置管理員，其職責(zé)為：

　�。�1）定制標(biāo)準(zhǔn)化的開發(fā)流程；

　�。�2）定制訪問控制、變更控制的條例；

　　（3）監(jiān)督配置管理事件并驅(qū)動相應(yīng)的對策；

　　（4）軟件配置管理工具的日常管理與維護(hù)。

　　作為項(xiàng)目級配置管理員，其職責(zé)為：

　�。�1）提交配置管理汁劃；

　�。�2）各配置項(xiàng)的管理與維護(hù)：

　　（3）執(zhí)行版本控制和變更控制方案；

　�。�4）完成配置管理階段工作報(bào)告。

　　過程與產(chǎn)品質(zhì)量保證是從制度和規(guī)范上嚴(yán)格保證了軟件工程化的實(shí)施。質(zhì)量管理人員應(yīng)該具備軟件研制開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，熟悉各種軟件的研制流程。首先建立對研制過程、工作產(chǎn)品的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；其次通過檢查標(biāo)識并文檔化不符合項(xiàng)，追蹤不符合項(xiàng)的閉環(huán)；然后定期將軟件研制過程的質(zhì)量情況通報(bào)整個項(xiàng)目組和高層，并做出階段總結(jié)報(bào)告。

　　項(xiàng)目軟件經(jīng)理、組織級／項(xiàng)目級配置管理員、質(zhì)量保證人員三者應(yīng)該及時溝通，從不同的角度管理軟件研制項(xiàng)目組成員，包括相互之間的監(jiān)督，促使軟件研制過程嚴(yán)格按照GJB5000A二級標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。他們也需要按階段或定期向項(xiàng)目總師、部門領(lǐng)導(dǎo)以及所領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)軟件工程化的實(shí)施情況以獲得上級對項(xiàng)目的支持。

　　1．3 軟件項(xiàng)目研制過程

　　項(xiàng)目策劃和配置管理雖然已經(jīng)定義了流程化或模板式的操作方法，但大部分項(xiàng)目軟件人員會犯“先做事，后補(bǔ)義檔”的錯誤。因?yàn)閷τ诳値煛⒎窒到y(tǒng)負(fù)責(zé)人、設(shè)計(jì)師等項(xiàng)目組技術(shù)人員來說，他們更關(guān)注如何能夠促進(jìn)軟件研制過程又好又快的進(jìn)行。為了這個目的，必須重視需求管理（REQM）、項(xiàng)曰監(jiān)控（PMC）、測量與分析（MA）這三個工程過程域。

　　下面以一個瀑布模型的軟件研制過程為例說明如何進(jìn)行過程中的監(jiān)控。

　　項(xiàng)目監(jiān)控從圖1中的軟件需求分析階段開始直至項(xiàng)目結(jié)束。項(xiàng)目監(jiān)控過程中，設(shè)計(jì)師和管理人員需要提供個人工作周報(bào)，記錄自己實(shí)際的工作完成情況；在雙周或整月時，項(xiàng)目軟件經(jīng)理組織項(xiàng)目組成員交流項(xiàng)目情況并記錄；階段結(jié)束后，組織針對階段工作產(chǎn)品的評審會，然后輸出里程碑報(bào)告。管理人員對照《軟件開發(fā)計(jì)劃》中的進(jìn)度計(jì)劃、風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃、數(shù)據(jù)管理計(jì)劃、利益相關(guān)方參與計(jì)劃等文檔監(jiān)控進(jìn)度偏差、工作量偏差、規(guī)模偏差、風(fēng)險(xiǎn)變化、培訓(xùn)情況、評審狀況、問題數(shù)量和回歸狀況。一旦出現(xiàn)偏差加大的趨勢，就需要及時開會交流，查明原因，迅速糾偏。

　　  

　　測量與分析更加詳細(xì)地規(guī)定了對于能夠證明過程的文檔的采集和存儲方法，而且需要對采集數(shù)據(jù)匯總后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將分析結(jié)果，如偏差、趨勢、錯誤數(shù)目等展示給項(xiàng)目組成員和高層領(lǐng)導(dǎo)，由他們進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)的決策。

　　項(xiàng)目監(jiān)控是手段，測量與分析為輔助，需求管理則是最終目的。結(jié)合圖1，需求在整個軟件研制周期內(nèi)不可能是一成不變的，是逐步細(xì)化的。用戶需求是第一步，隨后軟件研制任務(wù)書將用戶需求工程化，需求規(guī)格說明對任務(wù)書的需求細(xì)化，設(shè)計(jì)說明對需求規(guī)格說明的需求細(xì)化，軟件源代碼將設(shè)計(jì)說明對應(yīng)到代碼。單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試是對細(xì)化后的需求進(jìn)行回歸。根據(jù)GJB438B-2009中的《軟件需求規(guī)格說明》模板，需求包括10類技術(shù)需求和4類非技術(shù)需求。非技術(shù)類需求一般可以得到客觀保證，因此不會出現(xiàn)大的變動，可以暫不納入需求跟蹤矩陣。技術(shù)需求由于項(xiàng)目研制情況會出現(xiàn)變化，需要納入需求跟蹤矩陣進(jìn)行管理，確保軟件工作產(chǎn)品巾需求能夠進(jìn)行雙向追溯。一旦需求變更狀況時，及時記錄并且上報(bào)整個項(xiàng)目組，獲得項(xiàng)目組的一致認(rèn)可。

　　1．4 項(xiàng)目管理信息化手段的應(yīng)用

　　工欲善其事，必先利其器。軟件工程化管理主要通過文檔來反映過程。如果通過傳統(tǒng)的人工撰寫文檔和凡事開會溝通的方式進(jìn)行軟件項(xiàng)目管理的話，將會大大增加管理人員和設(shè)計(jì)師人員的工作量，況且這種方式的效率是十分低下的。因此有必要應(yīng)用先進(jìn)的項(xiàng)目管理信息化工具。

　　目前，關(guān)鍵科技公司推出專門針對GJB5000A二級軟件工程化產(chǎn)品的解決方案，包括KPFLOW、KRFLOW、KCFLOW和KTFLOW四類工具：

　�。�1）KPFLOW：對軟件項(xiàng)目的進(jìn)度、成本、質(zhì)量、資源等情況進(jìn)行集成管理的平臺。其主要功能包括：任務(wù)分配與跟蹤、項(xiàng)目估計(jì)、項(xiàng)目周報(bào)和個人周報(bào)記錄、問題與風(fēng)險(xiǎn)管理、項(xiàng)目度量分析。該平臺支持系統(tǒng)建模，即意味著可以針對不同項(xiàng)目設(shè)計(jì)對應(yīng)的模板和模塊。該平臺主要體現(xiàn)PP、PMC、MA和PPOA四個過程域的信息化管理；

　�。�2）KRFLOW：需求管理工具，其主要功能包括：需求的獲取和編輯、需求跟蹤和分析、變更建議系統(tǒng)、基線管理。該軟件主要實(shí)現(xiàn)REQM過程域的信息化管理工作；

　　（3）KCFLOW：確保軟件項(xiàng)目生存周期內(nèi)產(chǎn)品的完整性、一致性和可追溯性。其主要功能包括：配置計(jì)劃管理、變更控制、版本管理、產(chǎn)品依賴關(guān)系和一致性管理、軟件問題跟蹤管理、軟件配置狀態(tài)審計(jì)。該軟件實(shí)現(xiàn)了CM過程域的信息化管理，同時也可以管理REQM和PPQA兩個過程域；

　�。�4）KTFLOW：測試過程的管理軟件，其主要功能包括：梳理測試需求、制定測試計(jì)劃、設(shè)計(jì)測試用例、執(zhí)行測試過程、輸出測試報(bào)告。該軟件幫助測試人員在短時間內(nèi)、大批量的完成多個項(xiàng)目的軟件測試。

　　這四類工具有兩個特色：一是它們相互之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)，幫助管理人員從不同角度監(jiān)督研制過程；二是工具支持文檔自動生成，項(xiàng)目組人員只需要按照GJB438B模板，填寫部分軟件研制過程的信息，即可輸出標(biāo)準(zhǔn)化的文檔。

　　盡管具有功能強(qiáng)大的工具，但是在初期實(shí)踐階段，由于丁具普及的程度參差不一，我們先使用KCFLOW配置管理工具，先由組織級配置管理員負(fù)責(zé)使用，然后逐步對項(xiàng)目級配置管理員以及項(xiàng)目相關(guān)成員進(jìn)行推廣。在這個過程中，項(xiàng)目組成員需要不斷的實(shí)踐，逐步提高勞動效率。

　　2 嵌入式軟件可靠性的提高

　　2．1 嵌入式軟件可靠性

　　軟件工程化的核心是為了實(shí)現(xiàn)好的軟件，而評價(jià)軟件好壞的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是軟件可靠性。軟件可靠性（Software Reliability）指的是在給定時間和特定環(huán)境要求下，軟件完成規(guī)定功能的能力。針對在雷達(dá)系統(tǒng)中使用的嵌入式軟件中，可靠性指標(biāo)一般隸屬于分系統(tǒng)或整機(jī)的指標(biāo)，即在初始系統(tǒng)正常的條件下，在規(guī)定時間內(nèi)，軟件不引起系統(tǒng)故障的能力。

　　由于嵌入式軟件與硬件結(jié)合相當(dāng)緊密，其可靠性指標(biāo)具有很大的隨機(jī)性，如外界環(huán)境變化、系統(tǒng)輸入出錯、使用不當(dāng)以及軟硬件設(shè)計(jì)的固有缺陷等原因都會導(dǎo)致軟件可靠性指標(biāo)降低，但是不能因?yàn)檫@些困難，使得嵌入式軟件可靠性的保證成為空談。軟件可靠性是可以通過軟件工程化的實(shí)踐來提高。

　　2．2 軟件可靠性的提高

　　嚴(yán)格進(jìn)行軟件工程化管理是提高軟件可靠性的必經(jīng)之路。按照軟件工程化要求，需要做好如下五方面工作：

　　（1）前期項(xiàng)目組針對軟件進(jìn)行充分的論證和分析，爭取將軟件需求明確體現(xiàn)在軟件研制任務(wù)書中；

　�。�2）設(shè)計(jì)過程中，盡量提高軟件模塊或單元的高內(nèi)聚性、低耦合性。單元之間的接口盡量明晰，整個系統(tǒng)軟件的復(fù)雜度不易過高，該拆分的就需要合理拆分為多個組成部分；

　�。�3）加強(qiáng)軟件文檔的健全性和準(zhǔn)確性，按照GJB438B-2009《武器系統(tǒng)軟件開發(fā)文檔》的要求，軟件研制過程中的文檔不能有缺失、描述不清、前后矛盾等情況出現(xiàn)。這些文檔必須經(jīng)過專業(yè)人士的評審認(rèn)可，并且問題回歸后才能進(jìn)行歸檔；

　�。�4）逐步建立軟件標(biāo)準(zhǔn)化工作，包括文檔標(biāo)準(zhǔn)化和代碼模塊標(biāo)準(zhǔn)化，這樣可以有利的縮短研制周期，降低研制風(fēng)險(xiǎn)，提高軟件產(chǎn)品的重用率；

　�。�5）切實(shí)加強(qiáng)嵌入式軟件的測試工作。