Náš proces vývoje firmwaru je založen na pětikrokovém přístupu

Během posledních několika let jsme provedli rozsáhlé konzultace a školení s vývojářskými týmy softwaru při vývoji firmwaru pro úspěšné a dlouhodobé produkty a produktové řady. I když vytváření robustní architektury firmwaru a přepracování staršího softwaru může být složitý, měsíce trvající proces, identifikovali jsme pět klíčových kroků, které tvoří postupný přístup a umožňují našemu týmu vydat se správnou cestou.

Krok 1: Definování požadavků

Před návrhem vestavěného systému nebo jeho firmwaru jsou nezbytné jasné požadavky. Dobře definované požadavky specifikují, co bude produkt pro uživatele dělat, aniž by podrobně popisovaly, jak bude těchto cílů dosaženo. Je nezbytné, aby každé prohlášení o požadavku bylo jednoznačné a testovatelné. Jednoznačné prohlášení je jasné a stručné a nevyžaduje žádné další vysvětlení.

Testovatelnost je klíčovým faktorem; dobře napsaný požadavek by měl umožňovat jednoduché vytváření testů k ověření jeho splnění. Správná sada požadavků se skládá z prohlášení začínajících slovy „[produkt] by měl...“, přičemž se zaměřují na to, co je potřeba, spíše než na to, jak toho dosáhnout, a zajišťují jasnost a testovatelnost. Efektivní architektura se proto opírá o dobře definované požadavky.

Krok 2: Rozlišování mezi architekturou a designem

Z našich zkušeností vyplývá, že mnoho inženýrů a jejich manažerů má potíže s rozlišováním mezi různými aspekty firmwarového inženýrství. Architektura systému představuje nejvyšší úroveň JAK, definuje trvalé vlastnosti produktu a ztěžuje jeho úpravy po jeho zavedení. Vyžaduje pečlivé zvážení zamýšleného a povoleného použití produktu, aby se zajistilo jeho správné provedení.

Návrh systému představuje mezivrstvu, která ukazuje, jak funguje systém. Architektura sice popisuje obecné vlastnosti, ale nespecifikuje názvy funkcí ani proměnných. Dokumentace návrhu firmwaru tyto podrobnosti vyplňuje, 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 projektového řízení. Jakmile 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: dodržování termínů v reálném čase, testování a řízení diverzity. Tyto otázky jsou řešeny v posledních třech krocích.

Krok 3: Řízení času

Některé požadavky na produkt specifikují explicitní časová omezení. Produkty obvykle zahrnují kombinaci požadavků mimo reálný čas, soft-real-time a hard-real-time. Z nich jsou soft termíny často nejnáročnější k jasnému definování, testování a implementaci. Jakmile jsou termíny identifikovány, je prvním krokem v architektonickém procesu přesunutí co největšího počtu časově citlivých požadavků ze softwaru na hardware.

Oddělení funkcí pro práci v reálném čase od hlavního softwaru přináší dvě klíčové výhody. Zaprvé zjednodušuje návrh a implementaci softwaru, který není určen pro práci v reálném čase. Odstraněním časových omezení z velké části kódu mohou i začínající vývojáři přispět, aniž by byla ohrožena bezpečnost uživatelů. Zadruhé, konsolidace funkcí pro práci v reálném čase usnadňuje analýzu a zajišťuje důsledné dodržování všech termínů.

Krok 4: Navrhněte s ohledem na testování

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

Mezi nejběžnější úrovně testování patří

1. Systémové testy potvrdily, že produkt jako celek splňuje nebo překračuje stanovené požadavky. Doporučuje se, aby tyto testy byly vyvíjeny mimo technické oddělení, i když mohou být začleněny do testovacího balíčku navrženého inženýry.

2. Integrační testy se provádějí za účelem zajištění správné interakce podmnožin subsystémů, jak je uvedeno v architektonických diagramech, a dosažení očekávaných výsledků. Tyto testy obvykle vyvíjí testovací tým nebo jednotlivec v rámci oddělení softwarového inženýrství.

3. Jednotkové testy zaručují, že jednotlivé softwarové komponenty, jak jsou definovány v mezifázi návrhu, fungují podle očekávání. Tyto testy se zaměřují na veřejné API (Application Programming Interface), které komponenta nabízí ostatním komponentám. Jednotkové testy obvykle vyvíjejí ti samí lidé, kteří píší testovaný kód.

Z těchto tří typů testů jsou systémové testy nejjednodušší na vývoj. Pro technické a tovární akceptační testy může být vyžadován testovací systém, ale tento proces je obecně jednodušší než integrační a jednotkové testy, které vyžadují větší interní přehled o provozu zařízení. Pro zefektivnění vývoje, používání a údržby integračních a jednotkových testů je vhodné navrhnout firmware tak, aby byl v souladu s rámcem pro softwarové testování. Nejúčinnějším přístupem je strukturovat interakce mezi všemi softwarovými komponentami na úrovních, které chcete testovat.

Krok 5: Připravte se na změnu

Během fáze návrhu architektury firmwaru je nezbytné upřednostnit správu diverzity funkcí a úpravy produktu. Pro efektivní plánování změn je klíčové nejprve identifikovat typy změn, které pravděpodobně ve vašem produktu nastanou. Poté by měl být firmware navržen tak, aby tyto změny co nejefektivněji zohlednil. Dobře navržená architektura umožňuje správu diverzity funkcí prostřednictvím jediného sestavení s přepínači za kompilace a/nebo za běhu a zároveň umožňuje bezproblémové přidávání nových funkcí bez narušení stávající funkčnosti.