基于嵌入式实时系统设计模式的研究与应用

　　1 引言

　　从系统的观点来看，嵌入式实时系统也是系统，特别是硬件技术的快速发展，嵌入式实时软件也有快速适应硬件型号升级问题，也有业务快速变更要求以及可伸缩、可修改、可复用等方面的问题。但面向对象技术对于实时性、可靠性的描述并不适合，在嵌入式实时应用中依然不是主流设计方法，从而引入了模式的概念。

　　最早也是最基础的设计模式是Liskov提出的七种基本模式，并提出对象构成模式的五条基本准则[1-4]，为面向对象设计模式奠定了理论基础。Gamma等四人提出了常用的25种设计模式[5]，为用模式设计软件体系结构提供了工程实践的基础。不过Gamma的模式作用域是局部的，只在单个的协作内。Bruce Douglas将两个重要的软件工程进展--模式和UML相结合，成功地应用在主流实时软件传统使用的概念和技术中[6]。

　　本文讨论的模式ERTSDP是基于Bruce Douglass的实时设计模式基础之上，对典型嵌入式实时系统的设计解决方案加以总结抽象，提出的一套完整的设计思路。这一模式的提出可以促使本领域软件开发速度成倍的提高，更为重要的是软件质量也可以得到保证。

　　2嵌入式实时系统设计模式(ERTSDP)研究

　　2.1 设计模式的定义

　　设计模式[7-9]是对经常出现问题的泛解。模式由三个重要的方面组成：第一是问题(problem)，这是要以模式来处理的设计的某个方面的陈述，也就是要用模式解决的某些优化和QoS的侧面。第二是解决方案(solution)，也就是模式本身，模式用指明了角色的结构图表示。最后是结果(consequences)。

　　2.2 ERTSDP (Embedded Real-Time Systems Design Pattern)

　　1.目的

　　针对嵌入式实时系统分析和设计过程中的问题进行抽象并建立模型，使得新系统可以通过模式匹配、实例化等手段快速建立，从而达到缩短嵌入式实时产品开发周期的目的。

　　2.解

　　解即模式本身，2.3小节将详细讨论。

　　3.结果

　　结果是使用模式后的一组利弊，将在本文最后讨论。

　　2.3 模式的解

　　2.3.1 系统分析

　　分析的目的是定义待开发系统的基本性质。一般来说，分析是一个黑箱视图，而设计则按某个服务质量QoS的要求提供充分的功能。对系统的分析又可分为两个阶段：需求分析阶段和系统工程阶段。

　　(1)需求分析阶段

　　在需求阶段尽可能详细地标识和捕获当前原型的需求，可用顺序图、状态图、活动图、正文描述以及约束等的组合对需求加以描述。

　　(2)系统工程阶段

　　系统工程阶段实际是做高层的体系结构设计。系统工程阶段主要定义子系统的体系结构、子系统的接口及交互协议、将系统的用例和需求分解为子系统的用例和需求以及对系统的算法分析和控制法则规范说明。