嵌入式軟件可靠性設(shè)計要注意的問題

嵌入式軟件的最大特點(diǎn)是以控制為主，軟硬結(jié)合的較多，功能性的操作較多，模塊相互間調(diào)用的較多，外部工作環(huán)境復(fù)雜容易受到干擾或干擾別的設(shè)備，且執(zhí)行錯誤的后果不僅僅是數(shù)據(jù)錯誤而是有可能導(dǎo)致不可估量的災(zāi)難，所以總結(jié)起來，嵌入式軟件可靠性設(shè)計需注意的問題有四個方面：

1、軟件接口

先說軟件接口中容易出問題的地方和編程人員容易犯的錯誤。

軟件接口調(diào)用一般會有數(shù)據(jù)的賦值，賦值變量的數(shù)據(jù)類型可能會存在強(qiáng)制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；需加以檢查。如果為了防范出問題的話，可以添加對數(shù)據(jù)范圍和數(shù)據(jù)類型的檢查。

賦值數(shù)據(jù)的數(shù)量不對路，多了少了的都不好，會出現(xiàn)意外的賦值結(jié)果，不過還好，這項錯誤比較好檢查。

軟件編程中，會有對某一功能操作代碼的復(fù)用，比如對某個端口的數(shù)據(jù)檢查和控制，在整個程序中只會發(fā)生兩次，為了圖省事，可能就直接把該段代碼直接插入實際程序模塊中去了，這樣，在源程序代碼中，就出現(xiàn)了兩段完全相同，完成相同功能，只是服務(wù)于不同模塊的代碼，按道理來說，這樣設(shè)計其實也沒啥問題，是的，你沒錯，但你的行為會使別人無意中犯錯。就像青年男女相處，女孩子純粹是想和男孩子充分享受溫馨的氣氛和心情，并不想更深入的發(fā)生什么，但女孩子邀請男生去的是她的家，在家里換上了家居的睡衣，窗戶緊閉，放著的還是曖昧的音樂，被男孩子半強(qiáng)迫發(fā)生后，無限哀怨地說“我沒想到結(jié)果會是這樣的”，那怪得誰來呢？在代碼方面，您的這種做法與貌似引誘男孩上鉤的^^無異。

有人會說了，我這樣寫代碼怎么就算引誘呢？原因是程序可能會升級，您這幾行代碼在實際應(yīng)用過程中也不能保證是盡善盡美的，發(fā)現(xiàn)不完善的地方后，勢必會修改，如果你還能想得起來，可能不會遺漏，如果修改此代碼的是別的人，改了一個地方，別的地方?jīng)]改，是不是還留著隱患？那如何做呢？方法不難，把這段功能單獨(dú)做成一個模塊即可，對此端口的讀取和控制賦值均由此獨(dú)立模塊完成，如果數(shù)據(jù)的正確性影響大的話，還需要對端口數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行檢查和判斷。嵌入式軟件可靠性編程方法的四個目的是防錯、判錯、糾錯、容錯。對端口數(shù)據(jù)的判斷屬于判錯的內(nèi)容，如果數(shù)據(jù)有錯的話，糾錯和容錯的設(shè)計方法應(yīng)該不用我深入講解了吧？

2、軟硬件接口

硬件如男人，對外的執(zhí)行都靠它來實現(xiàn)，一旦出現(xiàn)問題，執(zhí)行后的后果就不可控了，周總理說過“外交無小事”。但如何注意呢？

對讀進(jìn)來的硬件接口的數(shù)據(jù)要判斷其真?zhèn)危?/p>

對輸出的數(shù)據(jù)的執(zhí)行效果要檢測；

對輸出的數(shù)據(jù)的可能后果要進(jìn)行預(yù)防性設(shè)計，數(shù)據(jù)輸出的過程，我們從設(shè)計上要做一個分析，分析的思路是一般容易局限在穩(wěn)態(tài)過程，忽視了過渡過程。舉例說明，比如我們控制一個支路的供電，從軟件控制來說，直接給繼電器一個啟動信號，讓開狀態(tài)的觸點(diǎn)閉合就可以了，非“關(guān)”即“開”，是受控繼電器的兩個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，但事實上，在從開到閉合的過程中，支路供電的電壓并不是一個簡單0V—24V(24V為示例而已)的跳變狀態(tài)，而是一個抖動，有沖擊信號的過程，這種情況在硬件上的防護(hù)是必不可少的，但在軟件上也不是可以事不關(guān)己、高高掛起的。

另外在邏輯上，宜將容易被干擾和容易產(chǎn)生的干擾控制動作從時序上控制好，予以分開隔離。比如，控制繼電器的過程是容易產(chǎn)生抖動尖峰脈沖而干擾數(shù)據(jù)總線和控制信號總線的，這時候從控制上，不宜同時實施數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收工作，不宜作出其他的控制動作，惹不起咱躲得起，躲過這一陣干擾的時候總可以了吧？

3、軟件代碼

軟件的可靠性是隨著時間的推移，可靠性逐漸增加的，這一點(diǎn)區(qū)別于電子可靠性、機(jī)械可靠性。電子可靠性服從指數(shù)分布，在整個生命周期內(nèi)，其失效率為一個常數(shù)；機(jī)械可靠性因為磨損、腐蝕、運(yùn)動等因素的存在，隨時間推移可靠度會下降。因此也就有了軟件可靠性設(shè)計的一個特定規(guī)律和注意事項。

既然需要通過時間推移，通過不斷改進(jìn)，軟件可靠性得到提升。那么軟件的可維護(hù)性就是一個大問題了。這也是為什么軟件工程管理方面特別關(guān)注軟件文檔、注釋的原因了。但做這些要求的人只是人云亦云，并不理解如此做法的真正動機(jī)。至于注釋如何去做、變量如何命名、軟件配置管理如何操作，這里面既有很常規(guī)的方法，也有一些我們司空見慣然而是錯誤的做法。信手舉上幾個值得注意的細(xì)節(jié)供參考。

變量定義時宜將變量類型的變量名程中體現(xiàn)于其中；如AD_result_int、Cal_result_float等。這樣為的好檢查，防止數(shù)據(jù)類型的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換或強(qiáng)制賦值時出現(xiàn)數(shù)據(jù)類型的錯誤；

注釋要充分；

代碼的布局風(fēng)格宜統(tǒng)一，便于閱讀查找；

不可出現(xiàn)非受控的default流程，所有數(shù)值和變量，不論是調(diào)用函數(shù)時賦予的、讀取接口讀進(jìn)來的、還是中間變量計算出來的，在應(yīng)用前都宜作數(shù)據(jù)有效性的判斷，并對判定的所有可能結(jié)果均做受控的對應(yīng)處理。

關(guān)于軟件可維護(hù)性編程方法方面的文章資料在網(wǎng)上是鋪天蓋地，不予贅述，綜合采用之即可。很多文章把軟件可維護(hù)性編程規(guī)范推薦做成企業(yè)的嵌入式軟件可靠性設(shè)計規(guī)范，實在是有點(diǎn)以偏概全，有失偏頗的，用一句娛樂圈的話來說，“愛情是生活的重要內(nèi)容，但它不是生活的全部”，軟件可維護(hù)性編程方法亦然。

軟件代碼在執(zhí)行中容易出現(xiàn)的下一個問題是跑飛，程序指針受到干擾，跳轉(zhuǎn)到了一個非受控位置，執(zhí)行了不該執(zhí)行的代碼。如果執(zhí)行了不該執(zhí)行的代碼，如果在程序中加入了足夠的變量判斷、讀值判斷、狀態(tài)檢測判斷等，那倒還好了，后果也不會太嚴(yán)重，甚至最終還是可能自己跑回來的。但有一種跑飛是比較可怕的，一般我們在ROM中存放的程序目標(biāo)代碼是1-3字節(jié)的指令，就是最多3條字段的目標(biāo)碼組成了執(zhí)行動作，如果程序指針跑飛到了某個3字節(jié)指令的第2個字節(jié)上的時候，執(zhí)行的后果是什么，可就真的沒人知道了，即使在程序上作了足夠的數(shù)據(jù)判錯、邏輯跳轉(zhuǎn)的防范措施，結(jié)果也不會好。而且ROM一般是不可能全部都被程序代碼填滿的，總有富余空間，富余空間中的默認(rèn)內(nèi)容是啥，這些默認(rèn)字節(jié)是否也會導(dǎo)致一些操作呢？單片機(jī)中的默認(rèn)空間是0FFH，DSP的我沒查過，大家有興趣查一下，跳到這些字段里，也是容易出麻煩的。

好了，不再羅嗦，直接給出解決方法吧，就是每隔一段程序代碼或控制區(qū)域，就人為放置上幾個NOP指令，在NOP指令后放置一個長跳轉(zhuǎn)的ERR處理程序。注意NOP最少放置3個，這樣任何的跑飛最多只能占用2個NOP，第三個NOP一樣還是能把程序代碼揪回來，揪回來后就執(zhí)行ERR處理程序。

如果碰到安全性、可靠性等級要求比較高的程序，推薦的處理方法可以采用熱備份的處理方法，即用兩段代碼同時執(zhí)行同一個功能，執(zhí)行的結(jié)果進(jìn)行對比，如果一致則放行通過，如果結(jié)果不一致，咋處理就看您的嘍。但是… …國人有的是辦法，為了圖省事，你領(lǐng)導(dǎo)不是要求我編熱備份程序嗎，那好，我就把原來的代碼復(fù)制一遍，重新插入到某個地方，您這和明朝時代馮保太監(jiān)(還是嚴(yán)嵩、張居正阿？拿不準(zhǔn)了，大家有興趣的翻看《明朝那些事兒》查閱下)玩的沒啥兩樣，自己寫奏章，自己給自己審批奏章。既然是備份就是為了防止一個人出問題，那最好的辦法自然是不同的人來編這段，如果原理計算方法上也不同，數(shù)據(jù)采集通道也不同，那就過年帶娶媳婦的，好上加好了。

安全性和可靠性的編程細(xì)節(jié)注意事項還有很多，窺一斑難見全豹呵，諸位仁兄一起努力鉆研了。