实时应用软件设计
目前,软件开发有很多有效的形式化方法。它们针对不同的软件系统、管理模式和开发使用环境发挥不同的作用。其中,基于生命周期模型的开发方法对软件工程管理和提高软件产品可靠性最有效。它遵循软件生命周期的划分,明确规定每个阶段的任务。在软件开发中,按照工程管理的原则清晰地划分软件的时间和任务阶段,严格按要求完成每个阶段的任务并产生该阶段文档,同时对相应阶段进行评审或测试,进而保证软件产品的可靠性。在目前尚无更有效的软件工程方法和开发模型的情况下,严格遵循软件工程原理,按照软件生命周期模型进行软件工程设计,是保证实时软件可靠性的基础。
(1)健壮性设计
实时软件仅有正确性远远不够,还必须具有一定的防止错误输入的能力,在发生故障时应能有效地控制事故的蔓延,并进行报警输出处理,使之具有较强的健壮性。
提高软件健壮性的措施有:
检查输入数据的数据类型,防止操作失误。
模块调用时检查参数的合法性,控制事故蔓延。
降低模块之间的耦合度,简化软件的复杂性,实现信息隐蔽。
这些措施虽然明显地提高了软件的健壮性,但没有从根本上解决问题,且工作量极大。在常规软件设计中,数据结构与其操作分离,使它们之间存在着潜在的不一致性,不利于改进软件健壮性。面向对象程序设计把数据结构与其操作封装在一个对象中,不允许其它类直接访问它的数据,改变了传统的数据访问方式,从而彻底消除了潜在的不一致性,提高了软件健壮性。
(2)抗干扰设计
实时软件一般是嵌入式软件,其可靠性常常受到嵌入环境和外部干扰的制约。因此,进行软件抗干扰设计势在必行。容错设计、冗余设计、抽象复算、指令复机、纠错编码、设备重复、自动诊断、自动重组、自动修复系统等技术都是有效的抗干扰设计方法。
实时软件因受干扰而使程序"跑飞"或"死锁"时,可重新启动,并初始化。程序的限界运行也是处理程序因干扰而"跑飞"的有效方法。程序运行的时间监视是处理因干扰导致"死锁"的一种有效方法。限时运行方法常用于已知子程序或程序功能块运行时间的情况。软件陷阱是在程序中的适当地方加入陷阱入口/出口语句,当因干扰而发生程序"跑飞"时,就可能落入预设的陷阱。陷阱的出口由设计人员预先设定,这样程序运行就进入可控阶段。有时,实时软件的数据采集会因环境的电磁等干扰而使所采集的数据中含有干扰成分。为此,可在实时软件中植入数字滤波器,对数据进行平滑处理,以提高数据精度。
此外,软件工具的应用也是实时软件可靠性的重要保证。目前,在软件需求分析、软件设计、软件测试、正确性证明、软件验收、软件维护及软件工程管理等各个阶段都有相关的工具予以支持。软件工具根据任务需求,严格按既定的标准和规范工作。在软件开发中,应尽可能使用优秀的软件开发工具。同时,对软件的部分功能和性能测试,软件工具也是极其有效、甚至必不可少的。
在软件生命周期的各个阶段、尤其在需求分析和软件设计等重要阶段进行严格的评审和测试,是发现错误、提高可靠性的有效办法。此外,软件可靠性问题不仅来自于软件设计,更大程度上来自于无约束的随意修改。因此,在实时软件的可靠性设计中,要严格技术状态管理,建立软件修改报告制度,按规定履行更改手续,保持软件技术状态的一致性、可操作性和可检查性。
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