Beim Entwerfen der Firmware folgen wir einem fünfstufigen Prozess

In den letzten Jahren haben wir viel Zeit in die Beratung und Schulung von Softwareentwicklungsteams investiert. Wir haben auch eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung von Firmware für erfolgreiche und dauerhafte Produkte und Produktlinien gespielt.

Die Erstellung einer robusten Firmware-Architektur und die gleichzeitige Neuarchitektur der Legacy-Software zu meistern, kann ein herausfordernder und zeitaufwändiger Prozess sein.

Wir haben diesen Weg jedoch in fünf verschiedene Schritte unterteilt, die als Grundlage für den richtigen Start unseres Teams dienen.

Schritt 1: Ermitteln Sie die erforderlichen Spezifikationen.

Klare Anforderungen sind entscheidend, bevor mit dem Architekturentwurf eines eingebetteten Systems oder seiner Firmware begonnen wird. Genau definierte Anforderungen beschreiben die notwendigen Eigenschaften und Eigenschaften eines Produkts.

Was bietet das Produkt dem Nutzer? Es ist wichtig zu beachten, dass sich eine gut ausgearbeitete Anforderung auf das „Was“ konzentriert und Details zum „Wie“ einer bestimmten Funktion in einem breiteren Kontext vermeidet.

Jede Anforderungserklärung sollte klar und überprüfbar sein, um sicherzustellen, dass sie leicht verständlich und überprüfbar ist. Eine klare Aussage ist prägnant und klar und bedarf keiner weiteren Erklärung.

Das Schlüsselelement ist die Testbarkeit. Eine gut formulierte Anforderung ermöglicht die einfache Erstellung einer Sammlung von Tests, um zu überprüfen, ob die Anforderung erfüllt wurde.

Ein vollständiger Satz von Anforderungen besteht aus schriftlichen Aussagen, die mit dem Schlüsselsatz „das [Produkt] sollte ...“ beginnen.

Diese Anweisungen vermeiden die Angabe von Implementierungsdetails und stellen so sicher, dass sie klar, eindeutig und überprüfbar bleiben. Daher ist eine stabile Architektur auf klar definierte Anforderungen angewiesen.

Schritt 2: Unterscheiden Sie zwischen Architektur und Design

Im Laufe der Zeit haben wir beobachtet, dass viele Ingenieure und ihre Manager Schwierigkeiten haben, zwischen den verschiedenen Komponenten oder Ebenen der Firmware-Entwicklung zu unterscheiden.

Die Architektur des Systems ist die oberste Ebene der Produktfunktionalität. Diese Schicht definiert langlebige Eigenschaften und macht es schwierig, sie zu ändern. Daher ist es wichtig, die angestrebten und genehmigten Zwecke des Produkts gründlich zu prüfen.

Der Entwurf des Systems dient als Zwischenebene der Implementierung. Es ist wichtig zu beachten, dass die Architektur keine Besonderheiten von Funktions- oder Variablennamen enthält. Diese Details sind im Firmware-Designdokument dokumentiert.

Beispiele für diese Details sind Aufgabennamen und zugehörige Verantwortlichkeiten in bestimmten Subsystemen oder Gerätetreibern, die ausgewählte RTOS-Marke (falls zutreffend) und Schnittstellenspezifikationen zwischen Subsystemen.

Die Implementierung ist die detaillierteste Phase des Prozesses. Klare Schnittstellen, die während der Entwurfsphase geschaffen wurden, ermöglichen es Ingenieuren, einzelne Komponententeile gleichzeitig auszuführen.

Die Bedeutung dieser Herausforderungen mag in den verschiedenen Branchen unterschiedlich sein, sie beinhalten jedoch immer drei entscheidende Hindernisse, die sorgfältige Aufmerksamkeit erfordern: die Einhaltung enger Fristen, die Durchführung gründlicher Tests und ein effektives Management der Vielfalt. Die letzten drei Schritte bestehen darin, diese Bedenken auszuräumen.

Schritt 3: Zeitmanagement

Die Produktspezifikationen enthalten Zeitrahmen. Normalerweise weisen Produkte eine Mischung aus Nicht-Echtzeit-, Soft-Echtzeit- und Hart-Echtzeit-Anforderungen auf.

Die Festlegung weicher Fristen kann oft eine Herausforderung sein. Sobald die Fristen festgelegt sind, besteht der erste Schritt darin, so viele Pünktlichkeitsanforderungen wie möglich von der Software auf die Hardware zu übertragen.

Die klare Unterscheidung zwischen Echtzeitfunktionalität und dem Rest der Software ist aus zwei Gründen von großem Wert. Erstens vereinfacht es den Entwurf und die Implementierung der Nicht-Echtzeit-Software.

Durch die Trennung der Aktualitätsanforderungen vom Hauptteil der Software können weniger erfahrene Implementierer Code verfassen, der die Benutzersicherheit nicht gefährdet.

Die Kombination von Echtzeitfunktionen vereinfacht auch die Analyse, die zum Nachweis der Einhaltung von Fristen erforderlich ist.

Schritt 4: Testorientiertes Design

Tests sind für jedes eingebettete System von entscheidender Bedeutung. Die Durchführung von Tests auf mehreren Ebenen ist obligatorisch und äußerst wichtig. Die Hauptprüfungsstufen umfassen:

1. Systemtests überprüfen, ob das Produkt die festgelegten Anforderungen erfüllt oder übertrifft. Typischerweise sollten Tests außerhalb der technischen Abteilung entwickelt werden, können aber auch in einen von Ingenieuren erstellten Testrahmen integriert werden.

2. Integrationstests überprüfen, ob eine bestimmte Gruppe von Subsystemen, wie in den Architekturdiagrammen definiert, korrekt interagiert, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen. Der effektivste Ansatz zur Entwicklung von Integrationstests wird normalerweise von einem Testteam oder einem Software-Engineering-Experten geleitet.

3. Unit-Tests bestätigen, dass die im Zwischenentwurf spezifizierten Softwarekomponenten wie vom Entwickler beabsichtigt funktionieren.

Unit-Tests bewerten die öffentliche API (Application Programming Interface), die die Komponente anderen Elementen präsentiert. Entwickler sollten idealerweise Unit-Tests für ihren eigenen Code erstellen, um deren Effektivität zu maximieren.

Von den dreien sind Systemtests in der Regel am einfachsten zu entwickeln. Ein technischer oder werksseitiger Abnahmetest erfordert möglicherweise die Erstellung eines Testkabels. Dies ist jedoch im Allgemeinen weniger komplex als Integrations- und Komponententests, die ein tieferes Verständnis der internen Abläufe des Geräts erfordern.

Um die Entwicklung, Verwendung und Wartung von Integrations- und Komponententests zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, die Firmware entsprechend einem Softwaretest-Framework zu strukturieren. Die optimale Strategie besteht darin, die Kommunikation zwischen allen Softwareelementen auf den zu testenden Ebenen zu gestalten.

Schritt 5: Bereiten Sie sich auf Veränderungen vor

Während der Firmware-Architekturphase ist es von entscheidender Bedeutung, der Handhabung der Funktionsvielfalt und Produktanpassungen Priorität einzuräumen. Um sich auf mögliche Änderungen vorzubereiten, ist es wichtig, die Arten von Änderungen zu verstehen, die an Ihrem spezifischen Produkt auftreten können.

Strukturieren Sie die Firmware so, dass die Implementierung dieser Änderungen vereinfacht wird. Mit einer geeigneten Softwarearchitektur kann die Handhabung der Funktionsvielfalt durch einen einzigen Software-Build erreicht werden, der Verhaltensänderungen zur Kompilierungszeit und/oder zur Laufzeit innerhalb der Firmware nutzt.

Ebenso erleichtert eine stärkere Architektur die reibungslose Integration neuer Funktionen, ohne die Funktionalität des Produkts zu beeinträchtigen.