嵌入式产品平台开发方法的研究与应用

徐继芸

摘要

传统嵌入式系统的开发，受到目标平台多样、开发工具不完善、需要软硬件协同开发等因素影响，往往开发周期较长，效率较低。同时，一个产品线下的研发团队多以项目组为单位独立开发，项目组之间缺乏有效的沟通和技术共享，导致重复开发，基础模块升级、维护不同步等问题。通过开发以通用构建模块为基础的产品平台可以有效减少重复开发，提升产品研发效率。同时，在嵌入式产品平台的开发中，通过合理的系统架构，综合使用测试驱动开发，持续集成等敏捷开发方法和工具，提升产品平台开发效率，保障产品平台质量。

【关键词】嵌入式 产品平台 敏捷开发 持续集成 通用构建模块 测试驱动开发

1 引言

对于一个有多个类似产品的产品线，构建一个以通用构建模块为基础的产品平台，可以加快产品开发速度，降低产品开发成本，控制风险。

产品平台的目标是将产品线成熟的CBB（Comnion Building Block，通用构建模块）抽取（抽象、重构）出来，提供给应用开发人员使用。一方面避免重复开发基础模块，减轻应用开发的复杂度和工作量；另一方面，也避免了多个项目组各自封闭开发导致基础模块升级，Bug修改不同步等问题。

产品平台的核心是通用构建CBB，CBB的核心是共性和可变性分析（Commonality and Variablity Analisys）。

下面介绍构建产品平台的核心要点，以及相关的流程、方法和工具。

2 产品平台总体架构

针对中大型嵌入式产品平台，架构需要遵循如下2条核心原则：

2.1 分层

为了保持良好的结构，对于较大型系统的产品平台，逻辑架构一定需要分层、分包（包，在C++代码中对应的是namespace）设计。越底层，模块功能越趋向工具，越高层，越趋向业务逻辑。

2.2 平台无关设计

平台无关设计对于嵌入式平台非常重要，目的是切换硬件平台后，产品平台、应用程序无需改动，只需要针对目标平台做一个实现即可。一般使用依赖倒置的设计方法实现平台无关。

产品平台逻辑架构图如图1产品平台逻辑构架图所示。

3 产品平台的开发方法和工具

一个典型的嵌入式产品平台物理架构视图如图2。

4 CBB开发流程

CBB是产品平台的核心组成，CBB开发流程如下：

（1）模块需求分析；

（2）模块设计；

（3）模块接口设计；

（4）编写接口测试用例，偏重可用性测试（即TDD，可有效帮助接口设计）；

（5）模块设计评审；

（6）编码；

（7）完善单元测试用例。

需要说明的是步骤4，即TDD（Test-driven Development）——测试驱动开发。测试驱动开发是极限编程中倡导的软件开发方法，测试驱动开发的目的是取得快速反馈，并使用说明主线（illustrate the main line）的方法来构建程序。

经典的测试驱动开发流程，如图3测试驱动开发（TDD）流程图所示。

为了更敏捷的做设计评审，在设计阶段，可以使用TDD来完善接口设计，我们称之为TDDesign（测试驱动设计），优化的TDD如图4CBB开发中的测试驱动（TDD）开发流程图所示。

即，在接口设计完成后，实现前，先利用单元测试框架，根据业务流，调用接口写几个单元测试用例。

在实践中TDD的好处很明显：在写TDD测试用例的过程中就可能发现接口设计的不合理。而且，对于持续集成的系统，TDD也并没有增加工作量。

另一个需要特别说明是步骤5：对设计评审的关注。要求的设计评审内容：

（1）总体说明（若结构复杂则需有逻辑架构视图）；

（2）接口使用示例；

（3）类图，序列图（UML）；

（4）设计决策；

（5）接口（直接附头文件，不要粘贴到设计文档）。

设计评审保证了CBB的设计质量，不会因为团队成员素质的不同而出现重大的设计问题。

CBB代码上传到代码仓库后，剩下的就是自动化工具的工作了：依次自动触发单元测试，集成测试，发布测试，最后邮件发送集成结果给开发人员。

5 持续集成流程

持续集成流程如图5所示。

集成测试除了集成测试用例外，还复用单元测试的测试用例。集成测试运行单元测试的用例时，并非顺序运行所有模块（每个模块初始化，测试，反初始化后再运行下个模块），而是通过配置一定的依赖关系和策略，初始化一系列模块后，运行测试用例，最后，再反初始化这些模块。

6 发布流程

發布流程如图6所示，自动化打包，并对发布包从用户使用的过程测试一遍。发布流程每天构建，以保证每天都处于可发布状态。所有过程均自动化。

7 主要工具

几个关键的工具：

（1）Jenkins：做持续集成工具，使用脚本辅助实现嵌入式系统的远程部署测试。

（2）GTest：Google的单元测试框架。

（3）CMake：高效友好的自动编译工具，优于configure/make。

（4）Doxygen：自动生成接口说明，当然前提是规范好代码的接口说明格式。

（5）MediaWiki：wiki工具，做CBB发布和技术文档的发布平台。人人贡献的思想是推崇提倡的。

8 总结

本文介绍的嵌入式产品平台已经在星网视易公司的KTV产品线得到应用，传统上，该产品线一款基于全新硬件平台的系统，开发周期大概需要10?12个月，而基于产品平台，产品开发效率、质量显著提升，芯片平台切换时间大幅缩短至约原来的1/4。

實践证明，一个产品线下多个产品并行开发时，使用产品平台，可以大幅加快产品开发效率、提升质量、降低成本。同时，合理的系统架构，并辅以敏捷方法的使用，可以极大加快产品开发效率。

参考文献

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