嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)信息與軟件工程學(xué)院2嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)第1頁/共58頁 體系結(jié)構(gòu)的概念 軟件體系結(jié)構(gòu)的作用 軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程 通用的體系結(jié)構(gòu) 基于模型的軟件開發(fā) 嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)信息與軟件工程學(xué)院3第2頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院4第3頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院5 目前尚沒有共識(shí)的定義 許多專家學(xué)者從不同角度和不同側(cè)面對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了刻畫 第4頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院6n磚瓦房的建造第5頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院7n現(xiàn)代建造框架框架第6頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院8n具有一定形式的結(jié)構(gòu)化元素，即構(gòu)件的集合，包括處理構(gòu)件、數(shù)據(jù)構(gòu)件和連接構(gòu)

2、件。處理構(gòu)件負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工數(shù)據(jù)構(gòu)件是被加工的信息連接構(gòu)件把體系結(jié)構(gòu)的不同部分組組合連接起來。n該定義注重區(qū)分處理構(gòu)件、數(shù)據(jù)構(gòu)件和連接構(gòu)處理構(gòu)件、數(shù)據(jù)構(gòu)件和連接構(gòu)件件 。其思想應(yīng)用于其他定義中第7頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院9n軟件體系結(jié)構(gòu)有四個(gè)角度概念角度概念角度：描述系統(tǒng)的主要構(gòu)件及它們之間的關(guān)系；模塊角度模塊角度：包含功能分解與層次結(jié)構(gòu)；運(yùn)行角度運(yùn)行角度：描述了一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)；代碼角度代碼角度：描述了各種代碼和庫函數(shù)在開發(fā)環(huán)境中的組織 。處理處理連接數(shù)據(jù)第8頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院10n一個(gè)程序或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或一組軟件構(gòu)件、軟件構(gòu)件的外部可見

3、特性及其相互關(guān)系。其中，軟件外部的可見特性是指軟件構(gòu)件提供的服務(wù)、性能、特性、錯(cuò)誤處理、共享資源使用等第9頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院11第10頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院12n各種ADLs（結(jié)構(gòu)描述語言）之間的信息互換：用一種公共形式把各種語言綜合起來，使得能夠交換各種體系結(jié)構(gòu)描述信息 n設(shè)計(jì)工具和環(huán)境：用工具實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的描述和分析，以實(shí)現(xiàn)階段成果的自動(dòng)轉(zhuǎn)換n體系結(jié)構(gòu)再工程：從遺留系統(tǒng)軟件代碼和系統(tǒng)中抽取結(jié)構(gòu)信息，經(jīng)過描述、統(tǒng)一、抽象、一般化與實(shí)例化等處理，總結(jié)出系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 體系結(jié)構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)融合第11頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院13第12頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院14第1

4、3頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院15任務(wù)的實(shí)時(shí)性軟件體系結(jié)構(gòu)獨(dú)立于任何一個(gè)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)平臺(tái)，它是一個(gè)抽象：現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的許多細(xì)節(jié)被提煉并封裝成軟件體系結(jié)構(gòu)中的元素。軟件體系結(jié)構(gòu)對(duì)管理的另一輔助作用是便于分析矛盾需求之間的平衡點(diǎn)。第14頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院16第15頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院17第16頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院18第17頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院19第18頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院20第19頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院21第20頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院22OFP (飛控程序) 第21頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院23第22頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院

5、24第23頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院25nnanoOS第24頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院26n安全安全OS 微內(nèi)微內(nèi)核核 User kernelHardwareProcessApplicationMemoryMicro-kernelFileNetDisplayRequestReturnSafetySecurity第25頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院27第26頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院28共享數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)第27頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院29以犧牲運(yùn)行效率為代價(jià)，優(yōu)化應(yīng)用的可移植性。一個(gè)抽象計(jì)算機(jī)，有自己的抽象指令解釋執(zhí)行抽象指令（應(yīng)用），在實(shí)際計(jì)算機(jī)上運(yùn)行應(yīng)用可在新環(huán)境下運(yùn)行，不重

6、新編碼、編譯Basic、Java第28頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院30第29頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院31物理系統(tǒng)虛擬指令虛擬機(jī)第30頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院32第31頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院33全新的基于互聯(lián)網(wǎng)的超級(jí)計(jì)算理念和模式，實(shí)現(xiàn)需要多種技術(shù)結(jié)合，需要用軟件實(shí)現(xiàn)將硬件資源進(jìn)行虛擬化管理和調(diào)度，形成一個(gè)巨大的虛擬化資源池，把存儲(chǔ)于個(gè)人電腦、移動(dòng)設(shè)備和其他設(shè)備上的大量信息和處理器資源集中在一起，協(xié)同工作計(jì)算資源都放到互聯(lián)網(wǎng)（云）上。計(jì)算資源則包括計(jì)算機(jī)硬件資源（如計(jì)算機(jī)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器集群、硬件服務(wù)等）和軟件資源（如應(yīng)用軟件、集成開發(fā)環(huán)境、軟件服務(wù)）第32頁/共58

7、頁信息與軟件工程學(xué)院34第33頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院35第34頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院36第35頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院37第36頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院38第37頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院39n容易喪失多層結(jié)構(gòu)引以為豪的中間層，回復(fù)到過去的兩層結(jié)構(gòu)，不利于軟件重用。第38頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院40定的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)第39頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院41確立領(lǐng)域模型及其之間關(guān)系；定義業(yè)務(wù)功能；由程序員分別實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層和持久層領(lǐng)域模型相互關(guān)聯(lián) 界面邊界界面設(shè)計(jì) 業(yè)務(wù)流程業(yè)務(wù)組件數(shù)據(jù)持久化存儲(chǔ)獲取數(shù)據(jù) 第40頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院42第41頁/共

8、58頁信息與軟件工程學(xué)院43第42頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院44第43頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院45print_msg(msg)char *msg; while (*msg!=END_CHAR) if (READY_FLAG & input(PRINTER_PORT) output(PRINTER_DATA,*MSG+); else poll_others( ); 第44頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院46第45頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院47前臺(tái)后臺(tái)第46頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院48第47頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院49第48頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院50性能指標(biāo)：響應(yīng)時(shí)

9、間 中斷延遲時(shí)間 吞吐量前后臺(tái)交互：同步信號(hào) 數(shù)據(jù)交互 第49頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院51中斷 指一個(gè)必須立即處理的情況時(shí)，CPU暫時(shí)停止當(dāng)前程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而執(zhí)行處理新情況的程序和執(zhí)行過程一種硬件機(jī)制，芯片必須帶該機(jī)制中斷服務(wù)一段代碼或程序，中斷發(fā)生時(shí)CPU新執(zhí)行的內(nèi)容相關(guān)概念中斷注冊(cè)中斷注冊(cè)使中斷服務(wù)程序有效中斷優(yōu)先級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序的緊急程度中斷屏蔽中斷屏蔽確保重要程序不被中斷，以免引發(fā)錯(cuò)誤中斷源中斷源可能引起中斷的設(shè)備或故障第50頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院52（1）中斷CPU當(dāng)前執(zhí)行（2）保護(hù)被中斷進(jìn)程現(xiàn)場。（3）分析中斷原因，轉(zhuǎn)去相應(yīng)的中斷處理程序。在多個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生

10、時(shí)，處理優(yōu)先級(jí)最高的中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求。（4）執(zhí)行中斷處理程序（5）恢復(fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場（6）CPU繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的進(jìn)程。第51頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院53保存/恢復(fù)內(nèi)容 寄存器; 現(xiàn)場保存：r0-r12、LR、CPSRsub lr, lr, #4; 由IRQ模式計(jì)算返回地址(1)stmfd sp!, r0-r12, lr; 保存寄存器和pc(2)mrs r0, cpsr(3)stmfd sp!, r0; 保存CPSR(4); 跳轉(zhuǎn)執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序ldr r0, =INTOFFSET(5)ldr r0, r0(6)ldr r1, =HandlerEINT0(7)add r1,

11、 r1, r0, lsl #2; R0=R1+R2*4, (8)ldr r1, r1(9)mov lr, pc; ISR完成后的返回處(10)mov pc, r1; 跳轉(zhuǎn)到ISR(11); 恢復(fù)現(xiàn)場：r0-r12、LR、CPSRldmfd sp!, r0(12)mrs spsr_cxsf, r0; 恢復(fù)CPSR(13)ldmfd sp!, r0-r12, lr; 恢復(fù)寄存器和pc(14)movs pc, lr; 返回被中斷程序(15)第52頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院54任務(wù)（Task） 一個(gè)程序運(yùn)行的實(shí)體；資源擁有的基本單位；系統(tǒng)調(diào)度的基本單元（若不含線程）實(shí)時(shí)任務(wù)（Real-time Task）一個(gè)帶有實(shí)時(shí)性能約束的任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）構(gòu)架系統(tǒng)時(shí)從系統(tǒng)中抽象出一個(gè)便于上層應(yīng)用開發(fā)的平臺(tái)，為支持實(shí)時(shí)多任務(wù)應(yīng)用第53頁/共58頁信息與軟件工程學(xué)院55第54頁/共58頁信息與