嵌入式軟件開(kāi)發(fā)為什么要使用基于模型的設(shè)計(jì)？

對(duì)這個(gè)問(wèn)題，最不希望聽(tīng)到的回答是：

因?yàn)镚M在使用基于模型設(shè)計(jì)，因?yàn)锽MW在使用基于模型設(shè)計(jì)，所以我們也要使用基于模型設(shè)計(jì)……

好吧，或許他們可以作為借鑒，但是我們是否認(rèn)真想過(guò)：

基于模型的設(shè)計(jì)能給我們的開(kāi)發(fā)帶來(lái)什么樣的好處？

弄清這個(gè)問(wèn)題，是我們?cè)诤罄m(xù)有效使用基于模型設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)嵌入式軟件的前提。

這里我引用一下若干年前MathWorks公司CEO——Jack Little的說(shuō)法，在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，基于模型的設(shè)計(jì)至少可以給我們帶來(lái)四個(gè)方面的好處：

1圖形化設(shè)計(jì)

對(duì)于基于模型的設(shè)計(jì)來(lái)講，圖形化設(shè)計(jì)是天然的、固有的。圖形化的優(yōu)勢(shì)，工程師們都非常清楚，明確、清晰、唯一，便于交流、便于維護(hù)，這也是為什么就算我們不用基于模型設(shè)計(jì)的方式開(kāi)發(fā)軟件，也需要在設(shè)計(jì)文檔中畫(huà)流程圖、狀態(tài)機(jī)的原因。

需要注意的是，我們需要把Simulink模型畫(huà)到清晰、明確，便于交流、便于維護(hù)。

2早期驗(yàn)證

話說(shuō)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，bug的引入難以避免。人非圣賢、孰能無(wú)過(guò)，引入bug不可怕，能否盡快發(fā)現(xiàn)bug對(duì)整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程至關(guān)重要。這里提到“早期”，什么是“早期”？你某一個(gè)階段的工作產(chǎn)品出來(lái)之后，緊跟著就要做驗(yàn)證工作。對(duì)于早期驗(yàn)證，以前的方式比較單一，通常我們使用評(píng)審的方式去實(shí)現(xiàn)最早期的驗(yàn)證，以至于Peer Review在很多公司的流程中被固化下來(lái)了，寫(xiě)完文檔要評(píng)審，做完設(shè)計(jì)要評(píng)審，寫(xiě)完代碼還要評(píng)審，寫(xiě)好測(cè)試用例也要評(píng)審。如果我們翻看一些軟件工程的教材或者文獻(xiàn)，大家對(duì)評(píng)審的評(píng)價(jià)非常高，因?yàn)樵谶@個(gè)階段每發(fā)現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，都會(huì)給后續(xù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程帶來(lái)很多便利，但遺憾的是，評(píng)審的效率通常不高。

使用基于模型設(shè)計(jì)去開(kāi)發(fā)軟件，除了評(píng)審，我們還有更高效的早期驗(yàn)證方式，包括Simulink模型本身固有的仿真，以及通過(guò)形式化方法工具對(duì)模型進(jìn)行形式化的分析。

3代碼的自動(dòng)生成

自動(dòng)生成代碼通常是使用基于模型設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的工程師最容易關(guān)注的優(yōu)勢(shì)。代碼都不用寫(xiě)了，“碼農(nóng)”從此跟我無(wú)關(guān)，還有什么比這事更美好的呢？確實(shí)，從開(kāi)發(fā)效率來(lái)講，這個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于效率的提升，是無(wú)法量化的，原本需要一個(gè)月時(shí)間寫(xiě)完的代碼，現(xiàn)在可能只要一個(gè)上午或者兩個(gè)小時(shí)就可以搞定，誰(shuí)幫我算一下工作效率提升了多少？不少人對(duì)代碼生成的開(kāi)發(fā)效率沒(méi)有質(zhì)疑，但對(duì)生成代碼的代碼效率卻不夠放心。這事，很多人都比過(guò)，SAE上也能找到這樣的論文。通俗點(diǎn)講，從效率上，生成的代碼在各種效率上（RAM、ROM、執(zhí)行時(shí)間等）不比大學(xué)畢業(yè)后工作了5年的工程師差。當(dāng)然，遇到那種“寫(xiě)代碼像寫(xiě)詩(shī)一樣”的工程師，代碼生成工具還是要甘拜下風(fēng)的。不過(guò)，“寫(xiě)代碼像寫(xiě)詩(shī)一樣”的工程師我們又見(jiàn)過(guò)幾人？

4文檔自動(dòng)化

對(duì)于文檔，我說(shuō)兩點(diǎn)：

工程師大多不愿意寫(xiě)文檔；

開(kāi)發(fā)過(guò)程中文檔又是不可缺少的。

有三個(gè)字足以證明上面兩條，那就是“補(bǔ)文檔”。在基于模型設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們可以通過(guò)軟件讀取模型中相關(guān)信息并自動(dòng)創(chuàng)建文檔，實(shí)現(xiàn)文檔自動(dòng)化。

上面提到了基于模型設(shè)計(jì)能給我們帶來(lái)的好處，也正是因?yàn)榛谀Ｐ偷脑O(shè)計(jì)可以給我?guī)?lái)上述好處，所以我們才應(yīng)該使用基于模型的設(shè)計(jì)。

除上述優(yōu)勢(shì)之外，軟件規(guī)模的爆炸式增長(zhǎng)也是使用基于模型的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)軟件的一個(gè)重要原因。我想很多人都會(huì)有很深刻的體會(huì)，近年來(lái)軟件規(guī)模在快速膨脹，各種機(jī)電產(chǎn)品的功能、性能大多通過(guò)軟件的方式去實(shí)現(xiàn)、去提升。

NASA做過(guò)研究，汽車、航天器等產(chǎn)品的代碼量這些年都在呈指數(shù)級(jí)增加，戰(zhàn)斗機(jī)從1960年的F-4約8%的功能由軟件實(shí)現(xiàn)到2000年的F-22約有80%的功能由軟件實(shí)現(xiàn)，其他機(jī)電系統(tǒng)也差不多。軟件規(guī)模的快速膨脹，給驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)都帶來(lái)了很大困難。

原有的開(kāi)發(fā)模式難以應(yīng)對(duì)，新的開(kāi)發(fā)模式必然會(huì)出現(xiàn)。即便是沒(méi)有MathWorks、沒(méi)有Simulink，也會(huì)有其他產(chǎn)品去實(shí)現(xiàn)基于模型的設(shè)計(jì)，這不是單單一個(gè)MathWorks能夠推動(dòng)的，而是技術(shù)發(fā)展到這一階段的必然。