電子設(shè)備軟件開發(fā)

電子工業(yè)專用設(shè)備軟件開發(fā)流程的研究

在電子工業(yè)專用設(shè)備領(lǐng)域中，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的進(jìn)一步增強(qiáng)，基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的設(shè)備集成控制系統(tǒng)越來越多，由軟件來實(shí)現(xiàn)的設(shè)備功能所占比例越來越大，軟件規(guī)模和編制的復(fù)雜度也隨之增加，原有結(jié)構(gòu)化、順序、單一的開發(fā)流程已不能適應(yīng)當(dāng)今大規(guī)模、短周期、高質(zhì)量、系列化的軟件開發(fā)要求，這就需要針對(duì)當(dāng)今電子專用設(shè)備的特點(diǎn)對(duì)其開發(fā)流程進(jìn)行研究，以軟件工程思想為指導(dǎo)，對(duì)軟件研發(fā)的全過程進(jìn)行研究，探尋適合具體應(yīng)用要求的設(shè)備軟件開發(fā)流程。

一、主流的軟件開發(fā)流程介紹

軟件工程的目的是倡導(dǎo)工程的原理、原則和方法進(jìn)行軟件開發(fā)[1]。軟件工程學(xué)是一門介于軟件科學(xué)、系統(tǒng)工程和工程管理學(xué)之間的邊緣性學(xué)科。軟件開發(fā)流程就是遵循著軟件工程的理論基礎(chǔ)來進(jìn)行的。軟件開發(fā)流程是跨越整個(gè)軟件生存期的系統(tǒng)開發(fā)、運(yùn)作和維護(hù)所實(shí)施的全部過程、活動(dòng)和任務(wù)的結(jié)構(gòu)框架。典型的軟件開發(fā)流程有瀑布模型、V模型、螺旋模型和敏捷開發(fā)等，無論采用哪種模型方式，軟件開發(fā)過程都要包括支持軟件整個(gè)生命期的活動(dòng)。

瀑布模型是是最原始的軟件開發(fā)模型，瀑布模型很好的體現(xiàn)了軟件開發(fā)的各個(gè)階段，如圖1所示。瀑布模型在需求和設(shè)計(jì)中的問題是無法在項(xiàng)目開發(fā)的前期被檢出，只有當(dāng)?shù)谝淮蜗到y(tǒng)集成時(shí)，這些設(shè)計(jì)缺陷才會(huì)在測(cè)試中暴露出來，從而導(dǎo)致一系列的返工：重新設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試，進(jìn)而導(dǎo)致項(xiàng)目的延期和開發(fā)成本的上升。

V模型是瀑布模型的變異，示范了如何將測(cè)試和分析設(shè)計(jì)聯(lián)系起來。如圖2所示,編碼為V的頂點(diǎn),分析和設(shè)計(jì)在左,測(cè)試和維護(hù)在右。V模型建議單元和綜合測(cè)試也應(yīng)被用來驗(yàn)證程序設(shè)計(jì)。也就是說，編碼員和測(cè)試小組成員應(yīng)確保程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面已經(jīng)在代碼中正確實(shí)現(xiàn)。類似地，系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保所有系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面被正確地實(shí)現(xiàn)。驗(yàn)收測(cè)試通過將一個(gè)測(cè)試步驟和規(guī)格中每個(gè)元素聯(lián)系起來確認(rèn)需求。V模型左側(cè)與右側(cè)的聯(lián)接暗示如果在驗(yàn)證和確認(rèn)期間發(fā)現(xiàn)問題，那么V的左側(cè)能被重新執(zhí)行來修改并改進(jìn)需求。

螺旋模型是針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較大的項(xiàng)目而設(shè)計(jì)的一種模型[3]。它的每一個(gè)周期都包括制定計(jì)劃、風(fēng)險(xiǎn)分析、實(shí)施過程和評(píng)審四個(gè)階段，由這四個(gè)階段進(jìn)行迭代。軟件開發(fā)過程每迭代一次，軟件開發(fā)又前進(jìn)一個(gè)層次。采用螺旋模型的軟件過程如圖3所示。

螺旋模型基本做法是在瀑布模型的每一個(gè)開發(fā)階段前引入一個(gè)非常嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)控制，它把軟件項(xiàng)目分解成一個(gè)個(gè)小項(xiàng)目。每個(gè)小項(xiàng)目都標(biāo)識(shí)一個(gè)或多個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)，直到所有的主要風(fēng)險(xiǎn)因素都被確定。與瀑布模型相比，螺旋模型支持用戶需求的動(dòng)態(tài)變化，為用戶參與軟件開發(fā)的所有關(guān)鍵決策提供了方便，有助于提高目標(biāo)軟件的適應(yīng)能力。并且為項(xiàng)目管理人員及時(shí)調(diào)整管理決策提供了便利，從而降低了軟件開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。但是采用螺旋模型需要具有相當(dāng)豐富的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)和專門知識(shí)，在風(fēng)險(xiǎn)較大的項(xiàng)目開發(fā)中，如果未能夠及時(shí)標(biāo)識(shí)風(fēng)險(xiǎn)，勢(shì)必造成重大損失。過多的迭代次數(shù)會(huì)增加開發(fā)成本，延遲提交時(shí)間。

二、電子工業(yè)專用設(shè)備軟件的特點(diǎn)

電子工業(yè)專用設(shè)備軟件是運(yùn)行于特定的組成設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)上，協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)設(shè)備各部分來完成系統(tǒng)集成，從而滿足顧客(客戶)特定工藝要求的一類應(yīng)用軟件系統(tǒng)。專用設(shè)備軟件是軟件的一個(gè)大的分支，廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，這類軟件與普通的商業(yè)軟件有很大的區(qū)別，商業(yè)軟件只是應(yīng)用到計(jì)算機(jī)中，而專用設(shè)備軟件是基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的。

現(xiàn)代化的設(shè)備軟件規(guī)模越來越大，從初始的只有幾百行代碼到現(xiàn)代化的設(shè)備有幾萬甚至幾十萬代碼，軟件在設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)中所占的比例也越來越高。專用設(shè)備軟件與硬件緊密結(jié)合，要求軟件的人機(jī)界面友好，各種關(guān)鍵參數(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，可靠性高，能夠長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

除了設(shè)備的硬件設(shè)施之外，設(shè)備的生產(chǎn)工藝對(duì)軟件的開發(fā)有巨大的影響，軟件需求分析就是對(duì)設(shè)備電氣設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的綜合分析。因此在專用設(shè)備軟件開發(fā)過程中需要在既有硬件平臺(tái)上與生產(chǎn)工藝進(jìn)行結(jié)合。但是在新設(shè)備的開發(fā)過程中，設(shè)備沒有投入生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝也不明確初始需求不明確，需要在生產(chǎn)中不斷調(diào)整，設(shè)備的硬件也有可能變動(dòng)，所以專用設(shè)備軟件的軟件需求變化大，給軟件開發(fā)帶來很大的不方便。但是設(shè)備軟件一般只運(yùn)行在單臺(tái)設(shè)備上，軟件的規(guī)模屬于中小型，這樣就使需求的變動(dòng)對(duì)軟件開發(fā)的影響在一定范圍內(nèi)。

三、電子工業(yè)專用設(shè)備軟件開發(fā)流程

結(jié)合電子工業(yè)專用設(shè)備軟件的特點(diǎn)和各種軟件開發(fā)流程的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)設(shè)備專用軟件初始需求不明確，需求在開發(fā)過程中不斷變化等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以螺旋模型為基礎(chǔ)的軟件開發(fā)流程。

首先根據(jù)初始需求制定一個(gè)穩(wěn)定的軟件架構(gòu)，完成一個(gè)軟件的最小原型，然后根據(jù)需求的變化在軟件最小原型的基礎(chǔ)上完成多個(gè)中間版本，最后完成滿足客戶需求的版本。軟件開發(fā)流程如圖4所示。

軟件開發(fā)流程的描述：

(1)項(xiàng)目預(yù)研階段。主要活動(dòng)是進(jìn)行項(xiàng)目的預(yù)研和考察，與客戶進(jìn)行溝通，并對(duì)軟件項(xiàng)目方面的風(fēng)險(xiǎn)和開發(fā)進(jìn)度進(jìn)行估算，評(píng)價(jià)軟件項(xiàng)目在技術(shù)是否可行，對(duì)軟件項(xiàng)目實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。對(duì)應(yīng)文檔是項(xiàng)目合同、項(xiàng)目可行性研究報(bào)告和項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃。

(2)項(xiàng)目開發(fā)階段。項(xiàng)目開發(fā)可以分為最小原形版本、中間版本和最終版本等多個(gè)版本。每個(gè)版本都可以分為需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、聯(lián)調(diào)測(cè)試和版本發(fā)布5個(gè)階段。

項(xiàng)目開發(fā)首先從最小原型版本開始，最小原型版本包含軟件的核心功能。是中間版本迭代的基礎(chǔ)。最小原型版本完成后繼續(xù)進(jìn)行中間版本的開發(fā)，每次中間版本的開發(fā)工作都是在上一版本的基礎(chǔ)上繼續(xù)添加模塊和完善軟件功能。所做的修改記錄到各個(gè)開發(fā)文件中，流程與最小原型版本一致，如此進(jìn)行多個(gè)版本的迭代開發(fā)，直至完成最終版本。最終版本開發(fā)的軟件發(fā)布階段需要增加的文檔有用戶手冊(cè)和項(xiàng)目開發(fā)總結(jié)，并由合同雙方共同對(duì)軟件進(jìn)行評(píng)審，軟件經(jīng)過設(shè)備工藝調(diào)試并經(jīng)驗(yàn)收合格后通過評(píng)審，應(yīng)當(dāng)做成安裝包供客戶使用，評(píng)審合格之后進(jìn)入維護(hù)階段。

(a)需求分析階段：對(duì)應(yīng)的文檔是軟件需求說明書，對(duì)設(shè)備軟件來說要重點(diǎn)了解生產(chǎn)工藝，并在需求規(guī)格說明書中畫出UML用例圖。在需求分析完成時(shí)，進(jìn)行需求分析評(píng)審，形成評(píng)審意見書。(b)概要設(shè)計(jì)階段：完成整體架構(gòu)設(shè)計(jì)，并劃分模塊，完成概要設(shè)計(jì)說明書和軟件測(cè)試計(jì)劃，在概要設(shè)計(jì)中要有詳細(xì)的軟件架構(gòu)圖。在概要設(shè)計(jì)完成時(shí)，進(jìn)行概要設(shè)計(jì)，填寫評(píng)審意見書。(c)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段：進(jìn)行各個(gè)模塊的代碼編寫和詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書的編寫，詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書中的圖表有類的UML靜態(tài)圖，順序圖，模塊邏輯流程圖，設(shè)計(jì)完成后對(duì)代碼和文檔進(jìn)行評(píng)審進(jìn)行質(zhì)量評(píng)審。(d)聯(lián)調(diào)測(cè)試階段：在設(shè)備平臺(tái)上調(diào)試代碼，修復(fù)程序中的錯(cuò)誤并進(jìn)行記錄到軟件調(diào)試報(bào)告中。(e)版本發(fā)布階段：通過軟件驗(yàn)收評(píng)審合格后。發(fā)布一個(gè)階段版本，給出一個(gè)版本號(hào)。

(3)維護(hù)階段。在軟件的維護(hù)過程中，如發(fā)現(xiàn)軟件質(zhì)量問題，應(yīng)將問題以文檔形式提交技術(shù)討論，研究并解決問題，解決方案要記錄到軟件維護(hù)報(bào)告中。對(duì)軟件進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)做好改進(jìn)記錄并進(jìn)行版本升級(jí)，并升級(jí)需要更改的軟件文檔，軟件升級(jí)后應(yīng)當(dāng)提供軟件升級(jí)包、升級(jí)內(nèi)容說明和操作說明書。

通過采用該軟件開發(fā)流程，在軟件開發(fā)過程中形成了各種軟件開發(fā)文檔，文檔是構(gòu)成軟件的組成部分，是軟件的圖紙，是設(shè)計(jì)思想的表述方式，要保證文檔的齊全有效。文檔使對(duì)開發(fā)人員的工作進(jìn)度檢查有了依據(jù)，保證了軟件產(chǎn)品開發(fā)的可控性，保障了軟件產(chǎn)品的質(zhì)量。即使出現(xiàn)了原班軟件開發(fā)人員換值的情況，新的軟件開發(fā)人員也能夠根據(jù)保留的文檔很快的接續(xù)工作，保證了軟件開發(fā)的可持續(xù)性和可維護(hù)性。

總結(jié)

該專用設(shè)備軟件開發(fā)流程，針對(duì)軟件項(xiàng)目的開發(fā)過程進(jìn)行相應(yīng)管理，明確了流程中的各階段、要求的軟件文檔和相關(guān)活動(dòng)，提高了電子專用設(shè)備軟件的研發(fā)可控性、可持續(xù)性和可維護(hù)性，使軟件成為有質(zhì)量的產(chǎn)品提供了保障。在具體應(yīng)用時(shí)，要根據(jù)項(xiàng)目的不同情況和特點(diǎn)進(jìn)行靈活調(diào)整，不可一概而論。

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