碩士學位論文 （專業(yè)學位） 基于國產(chǎn) 軌實時系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 姓 名： 學 號： 所在院系：軟件學院 職業(yè)類型： 專業(yè)領(lǐng)域：軟件工程 指導教師： 副指導教師： 二 一四年三 月 in 2014 of 基 于 國 產(chǎn)B M 3 8 0 3 在 軌 實 時 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 與 實 現(xiàn) 同 濟 大 學 位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解同濟大學關(guān)于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，同意如下各項內(nèi)容：按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存學位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本學位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或者機構(gòu)送交論文的復印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學校可以適當復制論文的部分或全部內(nèi)容用于學術(shù)活動。 學位論文作者簽名： 年 月 日 同濟大學學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師指導下，進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本學位論文原創(chuàng)性聲明的法律責任由本人承擔。 學位論文作者簽名： 年 月 日同濟大學 碩士學位論文 摘要 I 摘要 目前應(yīng)用于航天器的處理器多為進口器件，這類器件供貨周期長、成本高，并存在由于國際政治軍事因素而遭到禁運的潛在風險，國產(chǎn) 理器是我國自主開發(fā)的一款 32位抗輻照處理器，需要設(shè)計實時控制軟件對該處理器進行完整的在軌測試 驗證 ，同時研究和掌握適應(yīng)航天器在軌自主管理的嵌入式實時軟件的相關(guān)技術(shù)，包括測試驅(qū)動開發(fā)模式，嵌入式實時軟件資源調(diào)度管理以及軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)可靠性措施設(shè)計。 本文介紹當前極限編程中 關(guān)于 測試驅(qū)動開發(fā)和結(jié)對編程 的軟件開發(fā)思想 ，并將這種思想引入和補充傳統(tǒng)的瀑布模型開發(fā)方式，以提高開發(fā)效率和軟件質(zhì)量 ； 借鑒國內(nèi)外嵌入式實時系統(tǒng)內(nèi)核的已有成果，設(shè)計適應(yīng)星載軟件要求的總體結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)協(xié)議 ；根據(jù)目前航天器常用外設(shè)配置，開發(fā)基于 板級支持包 ，實現(xiàn)通用的外部設(shè)備管理，以適應(yīng)不同的硬件操作； 對基于可搶占方式的多任務(wù)調(diào)度技術(shù)進行研究， 比較了 包括速率單調(diào)算法和 最早截止時間優(yōu)先算法等任務(wù)調(diào)度算法 ； 研究可抵抗單粒子效應(yīng)的三模冗余存儲管理方式； 研究 和實現(xiàn)實時系統(tǒng)中高精度的計時功能；對系統(tǒng)中各個層級產(chǎn)生的故障和異常實施故障診斷、故障隔離、故障修復和系統(tǒng)重構(gòu)等措施。 最后，關(guān)于進一步工作的方向進行了簡要的討論。 關(guān)鍵詞 ： 嵌入式實時軟件，測試驅(qū)動開發(fā)， 最早截止時間優(yōu)先算法，冗余，系統(tǒng)重構(gòu) I he in at be of is 2 by in be to of is be It DD in It be to to We to of to of at SP be to We M DF of be in be in of be In 濟大學 碩士學位論文 目錄 錄 第 1章 引言 . 1 述 . 1 入式實時軟件現(xiàn)狀 . 1 外研究現(xiàn)狀 . 1 內(nèi)研究現(xiàn)狀 . 2 天嵌入式軟件現(xiàn)狀和存在問題 . 2 要研究內(nèi)容 . 2 文結(jié)構(gòu) . 3 第 2章 技術(shù)基礎(chǔ) . 5 . 5 . 6 理器介紹 . 8 . 8 8 指令集 . 8 . 9 8 匯編語言 . 9 語言 . 11 . 12 第 3章 軟件開發(fā)模型 . 13 . 13 . 14 . 14 . 14 . 15 . 15 . 16 . 16 . 18 身可靠性取決的因素 . 18 . 19 . 20 . 20 . 21 第 4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計 . 22 . 22 同濟大學 碩士學位論 文 目錄 軟件系統(tǒng)環(huán)境圖 . 22 . 23 . 24 . 25 . 25 . 26 . 26 . 27 . 28 . 28 . 29 . 29 . 30 第 5章 軟件實現(xiàn) . 31 . 31 . 35 . 43 . 45 線數(shù)據(jù)發(fā)送程序 . 45 線數(shù)據(jù)接收程序 . 46 它 I/. 47 . 48 . 49 . 50 . 52 時 . 55 . 58 . 60 第 6章 驗證平臺搭建和測試 . 61 . 61 . 62 . 65 第 7章 結(jié)論與展望 . 66 致謝 . 67 參考文獻 . 68 個人簡歷、在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果 . 70 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 述 目前應(yīng)用于航天器的處理器多為進口器件，如 類器件供貨周期長、成本高，并存在由于國際政治軍事因素而遭到禁運的潛在風險，因此 在 航天器 領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng) 的國產(chǎn)化勢在必行。 國產(chǎn) 1是西安 771所自主開發(fā)的一款 32位抗輻照處理器，支持的是 8 指令集。 按照用戶要求， 在軌 實時嵌入式 軟件 需要 定期測試處理器的各項功能、性能指標，并通過衛(wèi)星及工業(yè)控制中常用的控制局域網(wǎng)（ 線接口，將測試數(shù)據(jù)打包送往星務(wù)主機。本課題的研究 目的一方面在于 測試和驗證國產(chǎn)處理器 空間環(huán)境下的使用情況，查找其中可能存在的缺陷，為下一階段工程應(yīng)用積累經(jīng)驗；另一方面可以研究和掌握適應(yīng)航天器在軌自主管理的嵌入式實時軟件的相關(guān)技術(shù)。 在軌測試系統(tǒng)還包括了各類國產(chǎn)外圍 I/O 設(shè)備的在軌測試接口，國內(nèi)有不少高校、科研單位自主研制可以用于空間環(huán)境下的 抗輻照大規(guī)模集成芯片，該系統(tǒng)可以具有外圍可擴展性， 應(yīng)用于 各種國產(chǎn)器件 的在軌測試驗證，其中所設(shè)計的星載實時系統(tǒng) 軟件采用 言分層設(shè)計實現(xiàn)， 不僅適應(yīng)于所測 試的 理器，還 可以 通過修改底層模塊的方法 移植到其它平臺 。 它相比一般的嵌入式實時軟件而言，具有一定的抗單粒子翻轉(zhuǎn)（ 能力，因此可以應(yīng)用于大多數(shù)衛(wèi)星工程中，支持衛(wèi)星上的姿態(tài)計算與控制、數(shù)據(jù)遠程傳輸和存儲處理等業(yè)務(wù)。 入式實時軟件 現(xiàn)狀 外研究現(xiàn)狀 美國高端星載計算機 是基于 系結(jié)構(gòu)的 列處理器 2，而嵌入式系統(tǒng)軟件采用的是 。 作系統(tǒng)是 司 開發(fā)的商用 于微內(nèi)核搶占式實時系統(tǒng)， 以同濟大學 碩士學位論文 基于 國產(chǎn) 軌實時系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 2 其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。歐空局為了擺脫美國對其空間研發(fā)能力的制約而獨立開發(fā)了基于 7體系結(jié)構(gòu) 的面向空間應(yīng)用的微處理器： 輻射加固版本已經(jīng)成熟使用于航天環(huán)境中。 2006 年 ， 基于 8 的處理器也成功使用于航天工程。歐空局在 統(tǒng) 4，這也 是一個微內(nèi)核搶占式的實時系統(tǒng) 。 1 內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)星載嵌入式實時軟件目前大多依賴進口處理器，如 8086、 80，在 臺上也有應(yīng)用 統(tǒng)作為星務(wù)管理和衛(wèi)星姿態(tài)控制的，國產(chǎn)嵌入式實時系統(tǒng) 由 5。起初 一個實時的內(nèi)核，但在發(fā)展過程中，時操作系統(tǒng)得到了來自全國嵌入式開發(fā)工程師的鼎力支持，為在它已慢慢變成一個完善的、全功能的操作系統(tǒng) ，包括文件 系統(tǒng) 、 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 、 圖形界面組件 ，只是這套系統(tǒng)目前還未在 航天領(lǐng)域 中應(yīng)用過。 天嵌入式軟件現(xiàn)狀和存在問題 我國航天五院在多個衛(wèi)星項目中也采用了 院目前則在星載姿軌控軟件（ 數(shù)據(jù)管理（ 件等軟件的設(shè)計上已經(jīng)采用了 言編寫的靜態(tài)優(yōu)先級管理的嵌入式實時軟件。 要 研究內(nèi)容 隨著處理器、存儲器能力的提高和航天應(yīng)用需求功能的復雜化、精確化，使得星載嵌入式實時軟件需要劃分為多個重要性不同的任務(wù)，在各任務(wù)間優(yōu)化分配時還要保證可靠性。嵌 入式實時軟件的核心在于實時鐘的管理以及多任務(wù)之間的調(diào)度和信息傳遞。在目前的星上應(yīng)用來說，包括周期性任務(wù)和響應(yīng)外部激勵的非周期性任務(wù) 6，系統(tǒng)設(shè)計時需要保證各個任務(wù)的時間約第 1 章 引言 3 束性， 及時對外部請求做出響應(yīng) ，這里采用國內(nèi)外實時軟件常用的基于優(yōu)先級的可搶占調(diào)度方式 7。 在設(shè)備管理方面，由于星上 I/ 括 線通訊 8、 A/D、 D/應(yīng)用軟件則提供統(tǒng)一通用的 利于軟件的移植性。在故障管理方面，軟件需要適應(yīng)空 間環(huán)境下單粒子翻轉(zhuǎn)以及部分硬件可能失效的特點，采取冗余容錯設(shè)計，采取故障診斷、故障修復以及對無法修復的故障進行隔離，系統(tǒng)功能采取恢復塊設(shè)計，如果發(fā)現(xiàn)模塊或組件發(fā)生故障，備份的模塊或組件可以代替失效的模塊或組件，從而達到系統(tǒng)重構(gòu) 9的目的。 嵌入式軟件開發(fā)日趨工程化，任務(wù)的研制周期不斷縮短，迫使管理人員尋找一種有利于提高軟件品質(zhì)和開發(fā)效率的管理方式。測試驅(qū)動開發(fā) 10的基本思想就是在開發(fā)功能代碼之前，先編寫測試代碼，然后只編寫使測試通過的功能代碼，從而以測試來驅(qū)動整個開發(fā)過程的進行。這有助于編寫簡潔可用和 高質(zhì)量的代碼，有很高的靈活性和健壯性，能快速響應(yīng)變化，并加速開發(fā)過程，保證了所有模塊的可測試性?；诖耍禽d 軌實時系統(tǒng)在一般的 V 型開發(fā)模型上又增加了測試驅(qū)動開發(fā)的理念。 文結(jié)構(gòu) 第 1 章 引言 ，介紹項目開發(fā)背景，嵌入式實時軟件國內(nèi)外以及航天系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題，概述論文主要研究內(nèi)容和編排結(jié)構(gòu)。 第 2 章 技術(shù)基礎(chǔ)，主要介紹項目所涉及的開發(fā)工具及語言，包括 發(fā)環(huán)境的配置和使用， 基于 交叉編譯器、 8 指令集，8匯編語言， 。 第 3 章 軟件開發(fā)模型 ，提出在傳統(tǒng)瀑布模型基礎(chǔ)上加入測試驅(qū)動開發(fā)和結(jié)對編程的概念和思路。 介紹了軟件可靠性分析和設(shè)計，分析了影響軟件可靠性的幾種因素，介紹了軟件恢復塊技術(shù)，并建立了三模冗余表決的軟件可靠性模型。 第 4 章 軟件 系統(tǒng) 設(shè)計 ，介紹了軟件設(shè)計的整體分層結(jié)構(gòu)，軟件與硬件，系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件之間的接口協(xié)議。 第 5 章 軟件實現(xiàn) ，按照軟件的構(gòu)架分模塊介紹了 的設(shè)計，任務(wù)管理和調(diào)度，存儲管理和三模冗余設(shè)計，通用設(shè)備管理，時鐘管理 ， 故障診斷和處理同濟大學 碩士學位論文 基于 國產(chǎn) 軌實時系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 4 以及應(yīng)用程序接口的設(shè)計 。 第 6 章 驗 證平臺搭建和測試 ，介紹了對系統(tǒng)實現(xiàn)后分別采用軟件模擬仿真和目標機測試的具體情況。 第 7 章 結(jié)論與展望 ，對項目進行總結(jié)，并分析了目前系統(tǒng)存在的問題以及將來改進的方向。 此后是 致謝 和 參考文獻 。 第 2 章 技術(shù)基礎(chǔ) 5 第 2 章 技術(shù)基礎(chǔ) 發(fā)環(huán)境的 初始 配置 由于開發(fā)軟件所用的交叉編譯器目前是基于 了易于開發(fā)調(diào)試，該項目的開發(fā)環(huán)境選擇了基于 戶界面 更為 友好的 1。 舍特爾沃斯創(chuàng)立，其首個版本于 2004年 10月 20日發(fā)布，并以 發(fā)藍本 12。 這個系統(tǒng) 十分注重系統(tǒng)的安全性，其采用 有系統(tǒng)相關(guān)的任務(wù)均需使用此指令，并輸入密碼，比起傳統(tǒng)以登入系統(tǒng)管理員帳號進行管理工作有更佳的安全性。 同時，它也 注重系統(tǒng)的可用性，其設(shè)計為在標準安裝完成后即可以讓使用者投入使用的操作系統(tǒng)。舉例來說，完成安裝后，使用者不用另外安裝網(wǎng)頁瀏覽器、辦公室軟件、多媒體軟件與繪圖軟件等日常應(yīng)用的軟件，因為這些軟件已被安裝，并可隨時使用 ， 并能夠與 算機輕松共享文件。 安裝較為簡單，本項目通過虛擬機 系統(tǒng)安裝在 P 下，按照向?qū)О惭b好系統(tǒng)，為實現(xiàn)與 統(tǒng)的文件共享，可在虛擬機下設(shè)置共享目錄，見圖 同濟大學 碩士學位論文 基于 國產(chǎn) 軌實時系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 6 圖 統(tǒng)共享目錄設(shè)置 將開發(fā)所用的交叉編譯器壓縮包文件通過文件共享復制到 件系統(tǒng)中 : u/后，對壓縮包進行解壓，解壓文件夾安裝在 目錄 / 置環(huán)境變量，其中包括編譯器執(zhí)行程序的路徑、庫函數(shù)所 在目錄路徑。 $此，開發(fā)環(huán)境設(shè)置完畢。 發(fā)環(huán)境的使用 開發(fā)環(huán)境包括了 語言交叉編譯器 13、調(diào)試器以及其它開發(fā)工具包，如我們編輯一個 程序： #第 2 章 技術(shù)基礎(chǔ) 7 ); ; 此外，為了編譯流程能夠自動化完成，一般需要編寫 件， CC=K= C= Z= D= c (g -o T (-O ( (中， 此例中的 對目標文件進行反向工程，生成反編譯的匯編代碼和變量符號表。 在終端中 直接 輸入命令： f 就可以對該程序進行編譯、運行。 如果連接了開發(fā)板進行實際調(diào)試，可以用 序?qū)浖M行遠程在線調(diào)試。 同濟大學 碩士學位論文 基于 國產(chǎn) 軌實時系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 8 理器介紹 點 本項目所基于的處理器是 國內(nèi)科研單位開發(fā)的一款基于8體系結(jié)構(gòu)的 32位 部采用 持夠滿足各種航天應(yīng)用的功能和性能指標要求。 僅通過 口支持設(shè)備的快速擴展，提高了系統(tǒng)的可擴展性，而且提供了包括三模冗余寄存器、片上 偶校驗等在內(nèi)的多層次的容錯設(shè)計 ，增強了系統(tǒng)的可靠性。 處理單元包含擁有 8 個寄存器堆窗口和采用 5 級流水線整數(shù)處理單元 ( 16兩路組相聯(lián)數(shù)據(jù) 32 4路組相聯(lián)指令 具有支持單雙精度浮點數(shù)據(jù)類型的浮點處理單元(14 。 片上外設(shè)包括支持 ，2 個 24 位定時器， 1 個看門狗， 3 個串行通信接口， 4 個外部可編程輸入端口的中斷控制器， 32 個通用 I/O 接 口，符合 范的 33 口，容錯設(shè)計包括采用三模冗余和 U 容錯，采用奇偶校驗策略的 持 件調(diào)試單元包括帶有跟蹤沖器的調(diào)試支持單元 有 4個硬件觀測點 15。 8 指令集 8指令集 16基本延續(xù)了 7 的架構(gòu)，它有以下特點： 1） 指令 定長 8指令集中， 指令有三種格式，但 每條指令的大小相同 ，均為 32位 。 2） 只有 8 指令集中，對存儲器的訪問只限定在 兩個指令上，相對 種匯編語言相對規(guī)范，減少了程序設(shè)計人員編寫匯編程序時的錯誤 17。 3） 可擴展的精簡尋址方式 第 2 章 技術(shù)基礎(chǔ) 9 8 指令集中只有一些可以快速處理的尋址方式，如寄存器間接尋址方式和相對尋址方式。可 以擴展它的尋址方式，同時支持索引和寄存器尋址 18。 4） 指令流水線 流水線就像許多產(chǎn)品在不同點同時運行的裝配線。在 8 架構(gòu)處理器中，一條指令執(zhí)行的同時，下一條就進行譯碼并且裝載其操作數(shù)，同時，再下一條指令在取指令。通過重疊這些操作，即使每一條指令需要三個周期來取指、譯碼和執(zhí)行，但是 一個時鐘周期都執(zhí)行了一條指令。這一重要特性增加了系統(tǒng)的吞吐量 (19。 5） 大量的寄存器 8架構(gòu)處理器擁有大量的寄存器使得 需要操作數(shù)時 ， 不是從內(nèi)存中取得，這大大減少了訪存的次數(shù)。寄存器也可以高效地向子程序傳遞參數(shù)，這是由寄存器窗口 20來完成的。 6） 延時載入和分支 8 架構(gòu)使用了延時載入（ 延時分支（ 21來避免時間的浪費。其指令流水線利用延時載入使得 這一段會被浪費的時間內(nèi)做有用的工作。 7） 指令的預(yù)測執(zhí)行 程序中的一些指令根據(jù)實際情況可以被不執(zhí)行。例如：一條條件跳轉(zhuǎn)指令，如果轉(zhuǎn)移成功，跳轉(zhuǎn)到的指令將被執(zhí)行；否則它將不執(zhí)行。 在預(yù)測執(zhí)行（ ， 行該指令但不存結(jié)果。如果指令將被執(zhí)行，則存結(jié)果；否則，丟棄結(jié)果 22。 件開發(fā)語言支持 8 匯編語言 8 架構(gòu)處理器具有精簡的指令格式， 8 中所有指令都是 32位寬和以 32為分界對齊排列的。只有 3種基本指令格式，并且只有 ，使得編程更簡單、高效。 同濟大學 碩士學位論文 基于 國產(chǎn) 軌實時系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 10 在 8 處理器中，其格式是嚴格的 4 字節(jié)指令，每條指令都是 4 個字節(jié)。 8 指令集是以 32 位二進制編碼的方式給出的，共有三種主要的 32位二進制編碼方式。我們知道，對于一條匯編指令語句來說，通常由操作碼和操作數(shù)兩個域組成，而其中操作數(shù)又有三種可能 無操作數(shù)（如格式 1）、有一個操作數(shù)（如格式 2），有兩個操作數(shù)（如格式 3）。在 ，大部分操作數(shù)是三個一組的 23。這些指令格式，具體如圖 圖 令格式 由上圖，我們可以知道，在 8 指令集中，大部分指令的編碼格式是第三種。其中， 浮點指令操作碼， 用寄存器地址 (源操作數(shù) )， 如：加法指令 ： 中， 擴展符號立即數(shù)； i=0，第二操作數(shù)在 ， i=1，第二操作數(shù)為 (位移量， 移量 30 位。 (條件碼，為分支指令的條件選擇 。 8 架構(gòu)支持的基本尋址有三種，它們分別是：立即尋址，寄存器尋址，寄存器間接尋址。所有的尋址方式都有一個共性，他們的有效地址能夠在一個時鐘周期內(nèi)計算出來。 具體用來編程實現(xiàn) 的指令可 分為以下 6 類，共 72 條基本操作指令：其中包括了 31條算術(shù)運算 /邏輯運算 /移位指令， 22 條 5 條控制轉(zhuǎn)移指令， 8條讀 /寫專用寄存器指令，浮點運算指令和協(xié)處理器指令。 在本項目中，面向底層硬件的程序，如 動代碼（ 設(shè)備驅(qū)動第 2 章 技術(shù)基礎(chǔ) 11 程序一般采用匯編語言直接實現(xiàn)。 語言 對于大部分結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng) 軟件和應(yīng)用軟件 ， 本項目中 采用 C 語言實現(xiàn) ,軟件編程使用的 99（ 1999年 9899:1999） 24。 在 1） 增加了對編譯器 的限制，比如源程序每行要求至少支持到 4095 字節(jié)，變量名函數(shù)名的要求支持到 63 字節(jié)（ 求支持到 31）。 2） 增強了 宏的 預(yù)處理功能。例如： 宏 支持取可變參數(shù) #.) _用 宏 的時候，允許省略參數(shù)，被省略的參數(shù)會被擴展成空串。 3） 支持 / 開頭的單行注釋（這個特性實際上在 很多編譯器上已經(jīng)被支持了） 4） 增加了新關(guān)鍵字 _5） 支持 類型 6） 初始化結(jié)構(gòu)的時候允許對特定的元素賦值，形式為： a3， b; = 0 1, 1 2 ; a, b, c, d; 1, 3, 4, 5 / 3,4 是對 d 賦值的 7） 浮點數(shù)的內(nèi)部數(shù)據(jù)描述支持了新標準，可以使用 #譯器指令指定。 8） 除了已有的 _外，增加了 _到當前的函數(shù)名。 9） 輸入輸出對寬字符以及長整數(shù)等做了相應(yīng)的支持。 此外，由于 語法限制不太嚴格，對變量的類型約束不嚴格， 如 對數(shù)組 下標越界不作檢查 ，類型檢查較為寬松 等， 如果編程上不加注意，則會 影響程序的安全性 25。 基于此特點，我們在嵌入式軟件編程中遵循一套嚴格的編程規(guī)范規(guī)定 ： 1） 限制使用 句、遞歸調(diào)用； 2） 程序中編程實現(xiàn)越界檢查或下標限制； 同濟大學 碩士學位論文 基于 國產(chǎn) 軌實時系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 12 3） 在循環(huán)中限制使用 禁止使用 4） 不同類型變量賦值，必須作類型轉(zhuǎn)換，并且保證數(shù)據(jù)長度匹配； 5） 根據(jù)軟件難易程度，對單個子程序規(guī)模和圈復雜度進行限制 ； 6） 在子程序設(shè)計中，必須對入口參數(shù)進行范圍判斷，剔除超出范圍的野值； 7） 注釋清楚簡潔，無二義性，統(tǒng)一放在對應(yīng)語句的上方 ； 8） 變 量定義時必須賦予一個確定的初值 ； 9） 從系統(tǒng)性能除法，運算中盡量用移位操作代替加減法操作，用乘法操作代替除法操作。 章小結(jié) 在本章中探討了軟件項目的技術(shù)基礎(chǔ)，其中包括開發(fā)環(huán)境的配置，開發(fā)工具軟件的安裝以及使用，本項目涉及的 及 8指令體系的介紹，編程語言 8匯編語言和 特點。 第 3 章 軟件開發(fā)模型 13 第 3 章 軟件開發(fā)模型 統(tǒng)開發(fā)模型分析 傳統(tǒng)的軟件開發(fā)模型是 V 字型的瀑布模型， 是 1970 年 出來的，典型的瀑布模型一般包括：系統(tǒng)需求定義、軟件需求分析、軟件 設(shè)計（也可細分為概要設(shè)計和詳細設(shè)計）、軟件實現(xiàn)和軟件測試（包括單元測試、組裝測試和確認測試）驗證階段 26，見圖 需 需 需 需需 需 需 需需 需 需 需需 需 需 需需 需 需 需需 需 需 需需 需 需 需圖 布式 軟件開發(fā)模型 在傳統(tǒng)瀑布型開發(fā)模型中，一般采用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動開發(fā)的方式，用戶需求定義完畢后，按部就班地按照 種開發(fā)方式具有 階段劃分嚴謹、文檔支持強的優(yōu)點，但是也存在對需求變更的響應(yīng)不太靈活和早期錯誤不易發(fā)現(xiàn)的問題，特別是在需求定義階段的錯誤直到確認測試或者用戶驗收時才能發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常會造成軟件的顛覆 性修改。 因此，在保留傳統(tǒng)瀑布模型優(yōu)點的同時，為避免瀑布模型存在的問題，這里加入了測試驅(qū)動開發(fā)的新型 開發(fā)方法。 同濟大學 碩士學位論文 基于 國產(chǎn) 軌實時系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 14 試驅(qū)動開發(fā)介紹 測試驅(qū)動開發(fā) （ 的基本思想就是在開發(fā)功能代碼之前，先編寫測試代碼，然后只編寫使測試通過的功能代碼，從而以測試來驅(qū)動整個開發(fā)過程的進行。這有助于編寫簡潔可用和高質(zhì)量的代碼，有很高的靈活性和健壯性，能快速響應(yīng)變化，并加速開發(fā)過程 27。 測試驅(qū)動開發(fā)主要包括兩方面內(nèi)容：測試先行和代碼重構(gòu)。測試驅(qū)動開發(fā)一反傳統(tǒng)開發(fā)方式下先編寫代碼再做單元測試的做法，而將單元測試用例的編寫 放在代碼實現(xiàn)之前。重構(gòu)則是在不改變代碼外在行為的條件下改進其內(nèi)部行為的一種軟件系統(tǒng)改變過程，使其往松耦合、高內(nèi)聚方向發(fā)展。 測試驅(qū)動開發(fā)一般的過程如下： 從用戶需求出發(fā)，快速新增一個測試用例； 1） 編譯代碼，剛寫的測試用例一般通不過； 2） 作盡可能小的改動，以使編譯能夠通過； 3） 運行所有的測試，并且全部通過 ； 4） 重構(gòu)代碼，以消除重復設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu) 28。 試驅(qū)動開發(fā)的優(yōu)缺點 試驅(qū)動開發(fā)的優(yōu)點 測試驅(qū)動開發(fā)相對于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方式，具有以下特點： 1）測試驅(qū)動開發(fā) 根據(jù)客戶需求編寫 測試用例，對功能的過程和接口都進行了設(shè)計，而且這種從使用者角度對代碼進行的設(shè)計通常更符合后期開發(fā)的需求。因為關(guān)注用戶反饋，可以及時響應(yīng)需求變更，同時因為從使用者角度出發(fā)的簡單設(shè)計，也可以更快地適應(yīng)變化 ； 2） 出于易測試和測試獨立性的要求， 測試驅(qū)動開發(fā) 促使 開發(fā)者 實現(xiàn)松耦合的設(shè)計，并更多地依賴于接口而非具體的類，提高系統(tǒng)的可擴展性和抗變性 ，從而 明顯地縮短了設(shè)計決策的反饋循環(huán) ； 3）測試驅(qū)動開發(fā) 將測試工作提到編碼之前，并頻繁地運行所有測試，可以第 3 章 軟件開發(fā)模型 15 盡量地避免和盡早地發(fā)現(xiàn)錯誤，降低了后續(xù)測試及修復的成本，提高了代碼的質(zhì)量。在測試的保護下，不斷重構(gòu)代碼，以消除重復設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，提高了代碼的重用性，從而提高了軟件產(chǎn)品的質(zhì)量 ； 4）測試驅(qū)動開發(fā) 提供了持續(xù)的回歸測試， 便于開發(fā)者對代碼進行 重構(gòu)，因為代碼的改動導致系統(tǒng)其他部分產(chǎn)生任何異常，測試都會立刻通知我們。完整的測試會幫助我們持續(xù)地跟蹤整個系統(tǒng)的狀態(tài)，因此 可以避免一些軟件潛通路問題； 5）系統(tǒng)可以與詳細的測試 用例 集一起發(fā)布，從而對程序?qū)戆姹镜母暮蛿U展提供方便； 6）由于編寫測試用例和代碼過程上統(tǒng)一，降低了測試人員理解代碼所花費的成本 29。 試驅(qū)動開發(fā)的 缺點 根據(jù)已采用測試驅(qū)動開發(fā)的人員評價，測試驅(qū)動方法也存在以下問題： 1）開發(fā)者可能只完成滿足了測試的代碼，而忽略了對實際需求的實現(xiàn)； 2）會放慢開發(fā)實際代碼的速度，特別對于要求開發(fā)速度的原型開發(fā)造成不利； 3）對于圖形化用戶界面（ 資料庫和 用而言。構(gòu)造單元測試比較困難，如果強行構(gòu)造單元測試，反而給維護帶來額外的工作量； 4）使