分析基于μC/OS-II的嵌入式构件系统设计

μC/OS-II 是一个源码公开、可移植、可固化、可裁剪、占先式的实时多任务操作系统，它适用于多种微处理器，微控制器和数字处理芯片。在所有实时操作系统中，μC/OS-II的源代码几乎是最整洁、编写最一致的。自1992年问世以来，μC/OS-II已经被应用到数以百计的产品中。本文尝试将构件化软件设计思想引入嵌入式软件设计中，提出了一种适用于嵌入式软件的基于构件的软件体系结构，并且在常用输入设备键盘的应用实践中，验证了此体系结构的可行性。

1 嵌入式构件技术

1．1 构 件

构件可以视为一个通过接口对外界提供服务或向外界请求服务的黑盒，多个构件可以组成一个更高层次的构件，构件比对象提供了更高的设计抽象。构件是二进制可替换的，这个特点使它们与“类”有着显著的不同。当创建了一个构件的修订版本时，它可以替代同一构件的原先版本，而不必重新编译其他构件。通常，只要一个构件满足相同的接口，就可替换另一个构件，而不必对其他构件做任何修改。因此，构件能够很好地解决更新、维护、分布和复用等诸多问题。

构件基本特征：可复用性、可封装性、组装性、可定制性、自治性、粗粒度、集成特征、接口连接机制。目前，构建模型大致可分为2类：在面向对象的程序设计中，构件即对象；在软件体系结构中，构件即结构单元。

1.2 嵌入式构件

1．2．1 嵌入式构件模型

嵌入式构件为实现一定嵌入式系统功能的一组封装的、规范的、可重用的、具有嵌入特性的软件单元，是组成嵌入式系统的功能单位。它是被标准化的、具有重用性、支持QoS的、能够提供实时应用的软件资源。

每个嵌入式构件由4部分构成：构件体、属性、接口、依赖关系。图1为基本构件的示意图。构件体实现构件的基本功能；属性描述了构件的基本信息；接口将构件与外界连接，为外界提供服务，每一种接口对应一个不同的服务；依赖关系标识构件间的所有关系，用于实现构件间的拼接。

1．2．2 嵌入式构件属性

属性是描述构件某个方面特征的元数据。属性定义了构件查找的方法，可以根据任意一条属性记录快速找到符合条件的构件。由于嵌入式构件的特殊性，可以将嵌入式软件构件的属性分为3种：描述属性、约束属性和服务质量(QoS)属性。

(1)描述属性

描述属性指的是一般构件都具有的公共属性。

(2)约束属性

约束属性描述构件所依赖的环境。约束属性分为2类：描述绝大多数构件都具有的公有约束属性和描述单独构件特殊需求的专有约束属性。公有约束属性包括CPU类型、操作系统、依赖的类库等。

(3)QoS属性

QoS属性是嵌入式软件构件最重要的要素。为了选取合适的构件来开发嵌入式系统，必须考虑构件的QoS属性，以*估它所提供的性能指标。常见的QoS属性包括平均执行时间、最差执行时间、最优执行时间、内存消耗、功耗、健壮性、可靠性和安全性等。

2 嵌入式软件构件设计

2．1 μC／OS—II嵌入式实时操作系统

μC／0S—II实时性强，可靠性高，对处理器以及ROM、RAM资源的要求不高；另外，它的代码大部分用ANSI C语言编写，只有少部分微处理器专用的代码用汇编语言编写，有利于程序的移植。

2．2 基于构件的嵌入式软件体系结构

一个构件系统的体系结构由一系列定义的构件框架和针对该框架设计的构件间的相互作用关系组成。体系结构是所要实现系统的整体规划，它为构件的组装提供基础框架和接口规范。

目前，嵌入式构件技术研究的核心之一是构件模型和软件体系结构(软件构架)这两个相互关联的问题。不同的构件只能在相应的软件构架中使用，因此基于构件的应用软件设计也可认为是基于体系结构(构架)的软件设计，也称之为基于“构件一构架”的应用软件设计。

根据上述的嵌入式基本构件模型，本文提出了一适用于嵌入式系统的软件体系结构。其中，定义“构件系统”为一特定应用，实现某一具体功能。另外，定义“构件子系统”。它类似于UML中的包概念，代表元素的逻辑分组，将具体的应用从实际问题中抽象出来，同时对各个关注区域进行相对分离，这样做可以独立地分析各个关注点，从而可以更好地分析系统的结构。一个构件子系统可以包含一个构件或者是多个构件的集合。

硬件抽象层实现硬件的驱动、I／O控制，可以用于同一种硬件平台的很多应用中。OS层主要用于与操作系统相关的操作，包括系统任务的创建、消息的创建等。通信层实现数据的传递、数据格式的转换。

用户接口层提供与底层应用相关的基本操作函数、对外接口函数，实现上下层之间的互操作。应用层位于顶层，用于实现用户的应