Náš proces vývoje firmwaru je založen na pětistupňovém přístupu

Během několika posledních let jsme vedli rozsáhlé konzultace a školení s týmy vývoje softwaru při vývoji firmwaru pro úspěšné produkty a rodiny produktů s dlouhou životností. Přestože vytváření robustní architektury firmwaru a přestavby staršího softwaru může být složitý, měsíce dlouhý proces, identifikovali jsme pět klíčových kroků, které tvoří přístup krok za krokem, který našemu týmu umožní začít na správné cestě.

Krok 1: Definujte požadavky

Než bude možné navrhnout vestavěný systém nebo jeho firmware, jsou nezbytné jasné požadavky. Dobře definované požadavky specifikují, co bude produkt pro uživatele dělat, aniž by uváděly, jak bude těchto cílů dosaženo. Je nezbytné, aby každý požadavek byl jednoznačný a testovatelný. Jednoznačné prohlášení je jasné a stručné, nevyžaduje žádné další vysvětlení.

Testovatelnost je klíčovým faktorem; dobře napsaný požadavek by měl umožnit jednoduché vytvoření testu k ověření jeho splnění. Správný soubor požadavků sestává z prohlášení začínajících „[produkt] by měl...“, zaměřujících se spíše na to, co je potřeba, než jak je toho dosaženo, a zajišťujících jasnost a testovatelnost. V důsledku toho se efektivní architektura opírá o dobře definované požadavky.

Krok 2: Rozlišujte mezi architekturou a designem

Z naší zkušenosti vyplývá, že mnoho inženýrů a jejich manažerů má potíže s rozlišením mezi různými aspekty vývoje firmwaru. Architektura systému představuje nejvyšší úroveň HOW, definuje trvalé vlastnosti produktu a činí náročné změny, jakmile jsou zavedeny. Vyžaduje pečlivé zvážení zamýšleného a přípustného použití výrobku, aby bylo zajištěno, že bude provedeno správně.

Návrh systému představuje mezivrstvu toho, jak. Zatímco architektura nastiňuje široké rysy, nespecifikuje názvy funkcí nebo proměnných. Dokument návrhu firmwaru vyplní tyto podrobnosti, včetně názvů úloh a odpovědností v rámci konkrétních subsystémů nebo ovladačů zařízení, použitého RTOS (pokud existuje) a specifik rozhraní mezi subsystémy.

Fáze implementace představuje nejnižší úroveň hierarchie řízení projektu. Když jsou rozhraní jasně definována ve fázi návrhu, mohou inženýři začít implementovat různé komponenty paralelně. I když se výzvy mohou v jednotlivých odvětvích lišit, obvykle spadají do tří hlavních kategorií: plnění termínů v reálném čase, testování a řízení rozmanitosti. Tyto problémy se řeší v posledních třech krocích.

Krok 3: Time Management

Některé požadavky na produkt budou specifikovat explicitní časová omezení. Produkty obvykle zahrnují kombinaci požadavků mimo real-time, soft-real-time a hard-real-time požadavků. Z nich je často nejnáročnější jasně definovat, otestovat a implementovat měkké termíny. Jakmile jsou stanoveny termíny, prvním krokem v architektonickém procesu je přesunout co nejvíce časově citlivých požadavků ze softwaru na hardware.

Oddělení funkcí v reálném čase od hlavního softwaru poskytuje dvě klíčové výhody. Za prvé, zjednodušuje návrh a implementaci softwaru, který není v reálném čase. Odstraněním časových omezení z velké části kódu mohou přispět i začínající vývojáři, aniž by byla ohrožena bezpečnost uživatelů. Za druhé, konsolidace funkcí v reálném čase usnadňuje analýzu a zajišťuje, že jsou všechny termíny konzistentně dodržovány.

Krok 4: Navrhněte s ohledem na testování

Je nezbytné otestovat každý vestavěný systém na více úrovních. V mnoha případech je testování na různých úrovních nejen cenné, ale také povinné.

Mezi nejběžnější úrovně testování patří

1. Systémové testy potvrdily, že výrobek jako celek splňuje nebo překračuje stanovené požadavky. Doporučuje se, aby tyto testy byly vyvinuty mimo technické oddělení, i když mohou být začleněny do zkušebního svazku navrženého inženýry.

2. Provádějí se integrační testy, aby se zajistilo, že podmnožiny subsystémů, jak je naznačeno v diagramech architektury, správně spolupracují a poskytují očekávané výsledky. Tyto testy jsou obvykle vyvíjeny testovacím týmem nebo jednotlivcem v rámci oddělení softwarového inženýrství.

3. Testy jednotek zaručují, že jednotlivé softwarové komponenty, jak jsou definovány ve fázi přechodného návrhu, fungují tak, jak bylo zamýšleno. Tyto testy se soustředí na veřejné API (Application Programming Interface), které komponenta nabízí ostatním komponentám. Obvykle jsou testy jednotek vyvíjeny stejnými osobami, které píší testovaný kód.

Ze tří typů testů je vývoj systémových testů nejjednodušší. Pro inženýrské a tovární přejímací testy může být vyžadován zkušební kabel, ale tento proces je obecně jednodušší než integrační a jednotkové testy, které vyžadují větší vnitřní přehled o provozu zařízení. Chcete-li zefektivnit vývoj, použití a údržbu integračních a jednotkových testů, je vhodné navrhnout firmware způsobem, který je v souladu s rámcem testování softwaru. Nejúčinnějším přístupem je strukturovat interakce mezi všemi softwarovými komponentami na úrovních, které hodláte testovat.

Krok 5: Připravte se na změnu

Během fáze architektury firmwaru je nezbytné upřednostnit správu rozmanitosti funkcí a přizpůsobení produktů. Pro efektivní plánování změn je zásadní nejprve identifikovat typy změn, které pravděpodobně nastanou ve vašem produktu. Poté by měl být firmware navržen tak, aby se těmto změnám přizpůsobil co nejúčinnějším způsobem. Dobře navržená architektura umožňuje správu rozmanitosti funkcí prostřednictvím jediného sestavení s přepínači v době kompilace a/nebo běhu a zároveň umožňuje bezproblémové přidávání nových funkcí bez narušení stávající funkčnosti.