利用函數(shù)參數(shù)和返回值提高嵌入式軟件質(zhì)量
引 言
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提高軟件代碼的質(zhì)量是每一個軟件設(shè)計者都必須考慮的問題，這涉及軟件的有效性和經(jīng)濟(jì)價值。基于嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計多數(shù)是以實時操作系統(tǒng)為平臺，這和傳統(tǒng)的以WindOWS操作系統(tǒng)為平臺的程序設(shè)計有很大的不同。前者要求對操作系統(tǒng)有更加深入的了解，要求使用者對自己的處理器和編譯器工作原理有相當(dāng)?shù)睦斫猓軌蚓帉懸欢康囊浦泊a實現(xiàn)操作系統(tǒng)和底層硬件的連接。μC／OS—II是一種源代碼公開的占先式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，本文主要結(jié)合μC／OS—II的系統(tǒng)函數(shù)的應(yīng)用，說明利用μC／OS—II系統(tǒng)函數(shù)的參數(shù)和返回值來提高程序設(shè)計效率和代碼質(zhì)量的方法。
1 參數(shù)和返回值分類
通過對μC／0S—II的學(xué)習(xí)和研究，可以發(fā)現(xiàn)它提供的系統(tǒng)函數(shù)大多是用標(biāo)準(zhǔn)C語言寫的；受C語言語法規(guī)則的限制，這些函數(shù)只有一個返回值。為了在使用μC／0SII的系統(tǒng)函數(shù)時得到更多的狀態(tài)信息，將狀態(tài)信息保存在函數(shù)參數(shù)中。這樣，μC／OS—II系統(tǒng)函數(shù)的參數(shù)可以分為兩類：第一類是普通的形式參數(shù)，這類參數(shù)符合傳統(tǒng)的使用方法，主要傳遞實際參數(shù)的值，起到數(shù)值傳遞的作用；第二類形式參數(shù)在使用時，不傳遞有效數(shù)值，僅是一個變量。系統(tǒng)函數(shù)在執(zhí)行時產(chǎn)生的狀態(tài)信息就保存在第二類參數(shù)里，在系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用結(jié)束時通過這類參數(shù)的值來查看系統(tǒng)函數(shù)執(zhí)行過程中產(chǎn)生的狀態(tài)信息。
本文以函數(shù)0SSemPend()為例來介紹。這個函數(shù)沒有返回值，它每個形式參數(shù)的具體含義見參考文獻(xiàn)，這里不做具體的描述。其參數(shù)可歸為上述的兩類：OS_EVENT*pevent和INTl6Utimeout為第一類，應(yīng)用程序中的實際參數(shù)要給予它們具體的數(shù)值；INT8U*err為第二類，應(yīng)用程序中的實際參數(shù)不需要給出具體的數(shù)值，在函數(shù)代碼執(zhí)行時，會根據(jù)不同的情況給INT8U*err賦值，這個值反映了函數(shù)的執(zhí)行情況。如OSSemPend()函數(shù)的應(yīng)用所示。
2 函數(shù)參數(shù)和返回值中的狀態(tài)信息
μC／OS—II的系統(tǒng)函數(shù)根據(jù)實際情況可以分為沒有參數(shù)和返回值的函數(shù)、有參數(shù)沒有返回值的函數(shù)和既有參數(shù)又有返回值的函數(shù)。在這里不討論第一種情況，本文主要研究的是第二和第三種情況。如前所述，μC／OS—II為了增加系統(tǒng)函數(shù)執(zhí)行產(chǎn)生的狀態(tài)信息和返回值，將狀態(tài)信息放到函數(shù)的參數(shù)中。筆者通過對μC／0S—II的系統(tǒng)函數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，這些函數(shù)并不是都將狀態(tài)信息放到函數(shù)的參數(shù)中。有的也放到返回值中，如OSsemQtJery()函數(shù)，就是用返回值傳遞的狀態(tài)信息，而用函數(shù)的參數(shù)傳遞的有效信息。這些狀態(tài)信息反映了在使用μC／OS—II的系統(tǒng)函數(shù)時出現(xiàn)的問題，通過讀這些狀態(tài)可以知道系統(tǒng)函數(shù)執(zhí)行的情況。因此，從安全的角度來說，在使用這些系統(tǒng)函數(shù)時應(yīng)該讀出所有狀態(tài)信息，并且根據(jù)狀態(tài)的不同給出相應(yīng)的處理指令。按照這種思路，對OSSemPend()函數(shù)的應(yīng)用的改進(jìn)如下：
可以看到，在調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)OSSemPend()時，臨時變量err作為實際參數(shù)傳遞給OSSemPend()。在執(zhí)行這個函數(shù)后，err這個臨時變量就包含了函數(shù)執(zhí)行時產(chǎn)生的狀態(tài)信息。這些狀態(tài)信息使用常量而不用一個常數(shù)，是為了增加軟件的可讀性和通用性。具體的定義和含義如表1所列，其中前兩種返回值是正常的：第一種是有信號可用時的情況，進(jìn)行正常的處理；第二種是在規(guī)定的時間內(nèi)沒有信號到來，要做超時處理。后面三種情況是人為錯誤造成的。在調(diào)用OSSemPend()系統(tǒng)函數(shù)后要對這個包含狀態(tài)信息的變量進(jìn)行分析處理，過程如上述程序所示，由于篇幅關(guān)系，這里只是用簡單的一句話來代表處理過程。
3 狀態(tài)信息的使用
在調(diào)用μC／OS—II的每個系統(tǒng)函數(shù)時，只要被調(diào)用的函數(shù)提供狀態(tài)信息，都應(yīng)該對這些狀態(tài)信息進(jìn)行分析和處理。專業(yè)軟件設(shè)計者信奉這樣一個道理：“編寫無錯代碼的最好方法是把防止錯誤放在第一位”。以調(diào)用μC／OS—II的系統(tǒng)函數(shù)OSSemPend()為例，用戶不需要去改動OSSemPend()函數(shù)的代碼，假設(shè)這部分內(nèi)容是沒有什么問題的?，F(xiàn)在我們要做的是檢測這個函數(shù)執(zhí)行時的狀態(tài)，也就是它產(chǎn)生的出錯信息。這個函數(shù)返回三種結(jié)果說明用戶使用的錯誤，如表1所列：0S_ERR_EVENT_TYPE表示用戶在調(diào)用OSSemPend()函數(shù)時提供的指針數(shù)據(jù)不是指向信號量的，發(fā)生了類型錯誤；OS_ERR_PEVENT_NULL表示用戶提供的用作實際參數(shù)的指針是一個空指針；OS_ERR_PEND_ISR表示用戶在中斷服務(wù)程序中調(diào)用了OSSemPend()函數(shù)；這三種狀態(tài)錯誤是在軟件設(shè)計階段由于用戶粗心或者對μC／OS—II系統(tǒng)函數(shù)不了解而導(dǎo)致的。只要用戶在設(shè)計過程中小心謹(jǐn)慎，這類錯誤可以避免。但是，從防止錯誤的角度來考慮，對這些錯誤的狀態(tài)進(jìn)行檢測和處理是必要的，這樣在錯誤發(fā)生時錯誤處理程序會給出簡單的提示甚至對錯誤進(jìn)行修改。錯誤處理程序防止在程序調(diào)試過程中反復(fù)閱讀程序代碼，避免了花費很大的精力去查找錯誤，提高了軟件設(shè)計效率。
按照以上方案設(shè)計出的嵌入式系統(tǒng)軟件可以認(rèn)為是一個理想的編譯器。現(xiàn)在考慮一下，倘若編譯程序能夠正確地指出代碼中的所有問題，那相應(yīng)程序的錯誤情況會怎樣?這不單指語法錯誤，還包括程序中的任何問題，不管它多么隱蔽。顯然，現(xiàn)在所有的編譯器都無法實現(xiàn)這種功能，所以要對編譯器的功能進(jìn)行擴(kuò)展。這種設(shè)計思路可以認(rèn)為是：軟件設(shè)計者要設(shè)計出編譯器的擴(kuò)展功能，使得在進(jìn)行軟件設(shè)計時，編譯器能夠自己檢查錯誤。如果能夠做到，軟件設(shè)計的勞動量將大大降低。
4 軟件的調(diào)試版與交付版
前面的改進(jìn)程序?qū)SSemPend()函數(shù)調(diào)用產(chǎn)生的所有可能狀態(tài)進(jìn)行了處理，而這部分代碼中的大部分都是冗余代碼，為的是便于軟件的設(shè)計和調(diào)試。使用實時操作系統(tǒng)μC／0S—II進(jìn)行嵌入式軟件設(shè)計，用到的系統(tǒng)函數(shù)當(dāng)然不止OSSemPend()一個，如果每個函數(shù)調(diào)用結(jié)束后都像程序中那樣處理，代碼的空間會迅速增加，程序的效率則會大大降低。
為了解決這個問題，首先考慮，如果非常謹(jǐn)慎小心進(jìn)行程序設(shè)計，多數(shù)的狀態(tài)檢測處理過程就可以省略。之所以對每個狀態(tài)信息進(jìn)行檢測處理是為了提高軟件設(shè)計調(diào)試的效率。在軟件調(diào)試通過后，有些狀態(tài)信息的檢測就沒有必要了。這就像乘坐飛機(jī)出行前要買保險，等航班到達(dá)目的地后，保險就沒有什么用處了。軟件最終是作為一個產(chǎn)品提供給客戶的。這個產(chǎn)品是最終版本(當(dāng)然還會不斷升級)。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時會有一個調(diào)試版本，這個調(diào)試版要貫穿整個軟件的生存周期。調(diào)試版是為了軟件的設(shè)計、調(diào)試和升級使用，不會提供給用戶，更不會出現(xiàn)在產(chǎn)品中。
具體到嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計問題，仍然以調(diào)用OS—SemPend()函數(shù)的代碼為例來說明問題。調(diào)用OSSem—
通過觀察上述程序和前面的改進(jìn)發(fā)現(xiàn)，本段程序中加了幾個條件編譯指令。如果沒有定義TEST標(biāo)志，則有一部分代碼將不會被編譯，這就是交付版軟件。反之，如果定義了TEST標(biāo)志，則表示為調(diào)試版，所有的指令代碼都會被編譯。通過比較這兩個版本看到：交付版的代碼比調(diào)試版的代碼在數(shù)量上大大減少。而且通過分析知道，在軟件調(diào)試通過以后，就不存在OS_ERR_EVENT_TYPE、0S_ERR_PEND_ISR和OS_ERR_PEVENT_NULL的錯誤了，這兩個版本實現(xiàn)的功能完全相同，這部分代碼確實沒有編譯的必要了。
結(jié) 語
嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計過程中，大部分場合會用到嵌入式實時操作系統(tǒng)。用戶在保證自已設(shè)計代碼質(zhì)量的前提下，還要充分考慮調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)時產(chǎn)生的狀態(tài)信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼Ｖ挥羞@樣，才能夠提高軟件的設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期。
