为你的设计选择正确的软件架构

作者/Alf Mossevig Silicon Labs软件开发流程产品经理

　　引言

我们都曾在职业生涯的某个时间点思考过这个问题：你已经把一个想法仔细思考过一阵子，逐渐得出可行的结论，现在，你想要创建一个合适的项目，看是要更进一步探索这个想法或是将其产品化。但是，应该从哪种软件架构入手呢?Espruino?Arduino?microPython?Segger embOS?MicriumuC/OS-II?以及在uC/OS-II和uC/OS-III之间又有什么区别呢?究竟该采用初始成本较低的开源架构，还是选择需要支付前期费用的商业解决方案，来加速你的设计过程呢?

　　1软件架构

软件架构即为编写软件的一种特定方式，例如，Arduino提供编写程序代码的一种特定方式，允许软件的片段可以跨越多个项目被重新使用。

软件架构是由几个不同的部分所组成，并由以下组件所定义：程序语言、应用程序编程接口(API)，以及某些工具集的连接。例如，像是在Arduino和Espruino的案例中，软件架构可以被紧密地连接到工具，而在Micrium和FreeRTOS的案例中则是被分离开的。

　　2操作系统

因此，该如何选择一个软件架构呢?首先，我们需要对一些名词解释的更明确一点，我们已经开始提到操作系统(OS)这个名词。你真正需要写的是可以执行你的特定要求的程序代码，这些程序代码将可以把你的产品与其他产品区分出来。但是，你仍然需要依靠软件的其他部分，像是ADC的驱动程序或SD卡的文件系统栈。这些软件的部分通常被称为软件构件。

　　图1 软件构件示意图

英文解释：

User code 用户代码 external library 外部函数库 standard building blocks 标准构件模块

gecko technology Gecko科技 e.g. 例如，

在此用一个比较实质的比喻方式，你可以想象你的软件构件就像是砖块(如图1)，然后把操作系统视为水泥。在操作系统中定义了砖块的形状，以及它们将如何与其他的砖块互动。因此，当你添加更多构件到软件之中时，他们将可以继续完美地协同工作。这听起来相当不错，但你真的需要一个操作系统吗?增加操作系统也带来了额外的负荷，它将会消耗数千字节的闪存，为事件的响应增加了延迟的时间，并且还需要花费些许的时间学习如何在操作系统环境中编写程序。

决定采用哪个软件架构，将会决定你的想法是否可以按时间、按预算推动，或是将你的投资放在风险之中。一般的经验法则是，如果你的目标闪存容量是128 KB或更高，并且或是需要通讯功能，便需要一些栈(USB、以太网络、SDIO、CAN、Wi-Fi、BLE)，长期来看，你最好还是使用操作系统。

在操作系统中最重要的是调度程序(scheduler)。调度程序是用在为可能会争夺相同资源的不同任务、分配资源和处理时间的组件。在一般情况下，调度程序有两种作业的方式，而这正是“实时”在实时操作系统(RTOS)的意义所在。实时意味着在一个特定的时间内，会有一个特定的任务将会被执行。假设你得到一个你需要处理的射频封包，无论你的设备目前正在做什么事，实时操作系统的核心会先离开它目前所做的任务，先完成这一个高优先等级的任务。这种类型的行为在处理器的利用上并不是最有效率的方式，但例如在马达控制应用中，它在通讯栈与应用中最需要重视的便是反应时间。

3商用与开源解决方案的比较

如果你已经想通了是否需要采用实时操作系统，并开始组建软件需求。例如，你可能知道，你需要一个USB栈和以太网络栈，搭配外部MAC/PHY驱动程序来一起将设备连接到互联网。但是，你该从哪里开始呢?你真的只需要为你首选的微控制器下载最新的FreeRTOS模板，并继续下载开源软件并放到装置中就可以了吗?或者你只是需要去找有你所需软件的商业供货商，并获得完整的软件组合比较好呢?

为了做出更明智的决定，我们经常谈论要给选定的解决方案一个总体拥有成本(TCO)的概念。所谓的总体拥有成本包含的不仅是你为软件付出的货币价值，还包括花费在寻找解决方案、组装不同的构件，并将不同的构件整合到你的项目，以及开发、测试和生产的工作时间。

　　图2 选择解决方案的成本考虑

英文解释：When selecting an MCU,there are many unseen costs to consider.

当选择MCU时，需要考虑很多不可见的成本因素。

Research&evalution 调查和评估

Acquisition 采集 training 训练 development 发展 integration&optimizaiton 整合与优化

Verification&qualification 验证和授权upgrades&updates 升级与更新Support&maintenance 支持和维护

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在一般情况下，我们看到的是商业解决方案的总体拥有成本(TCO)，将比自己组建开放原始码组件的