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Progettazione firmware integrato

L'esecuzione di test di sistema garantisce che il prodotto soddisfi o superi i requisiti specificati

La progettazione del firmware integrato, compresi i test di sistema, garantisce che il prodotto superi i requisiti specificati

Seguiamo un processo in cinque fasi nella progettazione del firmware

Negli ultimi anni abbiamo dedicato molto tempo alla consulenza e alla formazione dei team di sviluppo software. Abbiamo anche svolto un ruolo essenziale nello sviluppo di firmware per prodotti e linee di prodotti duraturi e di successo.

Padroneggiare la creazione di una solida architettura firmware e riprogettare contemporaneamente il software legacy può essere un processo impegnativo e dispendioso in termini di tempo.

Tuttavia, abbiamo semplificato questo viaggio in cinque fasi distinte, che fungono da base per guidare il nostro team a iniziare nel modo giusto.

Passaggio 1: determinare le specifiche necessarie.

Requisiti chiari sono fondamentali prima di iniziare la progettazione dell'architettura di un sistema embedded o del suo firmware. Requisiti definiti con precisione delineano gli attributi e le qualità necessari di un prodotto.

Cosa offre il prodotto all'utente? È essenziale notare che un requisito ben formulato si concentra sul "cosa", evitando i dettagli sul "come" per realizzare una particolare funzionalità in un contesto più ampio.

Ciascuna dichiarazione di requisiti dovrebbe possedere chiarezza e verificabilità per garantire che sia facilmente compresa e verificabile. Una dichiarazione chiara è concisa e diretta e non richiede ulteriori spiegazioni.

L’elemento chiave è la testabilità. Un requisito ben scritto consente la facile creazione di una raccolta di test per verificare che il requisito sia stato soddisfatto.

Un insieme completo di requisiti è costituito da dichiarazioni scritte che iniziano con la frase chiave "il [prodotto] dovrebbe...".

Queste dichiarazioni evitano di specificare i dettagli di implementazione, garantendo che rimangano chiare, inequivocabili e verificabili. Di conseguenza, un’architettura solida dipende da requisiti ben definiti.

Passaggio 2: distinguere tra architettura e design

Nel corso del tempo, abbiamo osservato che molti ingegneri e i loro manager faticano a distinguere tra i vari componenti o livelli di ingegneria del firmware.

L'architettura del sistema è lo strato superiore della funzionalità del prodotto. Questo strato definisce caratteristiche di lunga durata, rendendo difficile il cambiamento. Di conseguenza, è importante valutare attentamente gli scopi mirati e approvati del prodotto.

La progettazione del sistema funge da livello intermedio di implementazione. È importante notare che l'architettura non include le specifiche delle funzioni o dei nomi delle variabili. Questi dettagli sono documentati nel documento di progettazione del firmware.

Esempi di questi dettagli includono nomi di attività e responsabilità associate nei sottosistemi o driver di dispositivo designati, il marchio RTOS selezionato (se applicabile) e le specifiche di interfaccia tra i sottosistemi.

L’implementazione è la fase più dettagliata del processo. Interfacce chiare stabilite durante la fase di progettazione consentono agli ingegneri di eseguire contemporaneamente i singoli componenti.

L’importanza di queste sfide può variare a seconda dei settori, ma comportano costantemente tre ostacoli cruciali che richiedono particolare attenzione: rispettare scadenze ravvicinate, condurre test approfonditi e gestire efficacemente la diversità. Affrontare queste preoccupazioni rappresenta gli ultimi tre passaggi.

Passaggio 3: gestione del tempo

Le specifiche del prodotto includeranno i tempi. Di solito, i prodotti hanno un mix di requisiti non in tempo reale, soft-real-time e hard-real-time.

Stabilire scadenze flessibili può spesso essere impegnativo. Una volta fissate le scadenze, il primo passo è trasferire il maggior numero possibile di requisiti di tempestività dal software all'hardware.

Mantenere una chiara distinzione tra funzionalità in tempo reale e il resto del software è di grande valore per due motivi. In primo luogo, semplifica la progettazione e l'implementazione del software non in tempo reale.

La separazione dei requisiti di tempestività dal corpo software principale consente agli implementatori meno esperti di creare codice che non metterà a repentaglio la sicurezza dell'utente.

La combinazione di funzionalità in tempo reale semplifica inoltre l'analisi necessaria per dimostrare il rispetto delle scadenze.

Passaggio 4: progettazione orientata ai test

Il test è fondamentale per ogni sistema embedded. Condurre test a più livelli è obbligatorio e molto importante. I principali livelli di test comprendono:

1. I test di sistema verificano se il prodotto soddisfa o supera i requisiti specificati. In genere, i test dovrebbero essere sviluppati al di fuori del dipartimento di ingegneria, ma possono anche essere integrati in un sistema di test creato dagli ingegneri.

2. I test di integrazione verificano che un gruppo specifico di sottosistemi, come definito nei diagrammi architetturali, interagisca accuratamente per produrre risultati significativi. L'approccio più efficace allo sviluppo di test di integrazione è solitamente condotto da un team di test o da un esperto di ingegneria del software.

3. I test unitari confermano che i componenti software designati, specificati nella progettazione intermedia, funzionano come previsto dallo sviluppatore.

Gli unit test valutano l'API pubblica (Application Programming Interface) che il componente presenta ad altri elementi. Gli sviluppatori dovrebbero idealmente creare unit test per il proprio codice per massimizzarne l'efficacia.

Tra i tre, i test di sistema sono in genere i più semplici da sviluppare. Un test tecnico o di accettazione in fabbrica può richiedere la creazione di un cablaggio di prova, ma questo è generalmente meno complesso dell'integrazione e dei test unitari, che richiedono una comprensione più profonda delle operazioni interne del dispositivo.

Per semplificare lo sviluppo, l'uso e la manutenzione dell'integrazione e dei test unitari, è utile strutturare il firmware in linea con un framework di test del software. La strategia ottimale è progettare la comunicazione tra tutti gli elementi del software ai livelli che devono essere testati.

Passaggio 5: prepararsi al cambiamento

Durante la fase di architettura del firmware, è fondamentale dare priorità alla gestione della diversità delle funzionalità e delle personalizzazioni del prodotto. Per prepararsi a potenziali cambiamenti, è essenziale comprendere i tipi di alterazioni che potrebbero verificarsi nel prodotto specifico.

Strutturare il firmware in modo da semplificare l'implementazione di queste modifiche. Con un'architettura software appropriata, la gestione della diversità delle funzionalità può essere ottenuta attraverso un'unica build software che utilizza interruttori di comportamento in fase di compilazione e/o in fase di esecuzione all'interno del firmware.

Allo stesso modo, un'architettura più forte facilita l'integrazione di nuove funzionalità senza problemi senza compromettere la funzionalità del prodotto.


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