Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С - Стивен Барретт

2.5.2. Документирование программ

Теория. Многие начинающие программисты уверены, что документирование программного обеспечения проекта — это добавление некоторого количества коротких комментариев к работающей версии программы. Однако хорошее документирование программы значительно важнее самого программного обеспечения. Хорошая документация содержит все разработанные на предыдущих этапах структуры, которые были обсуждены нами в предыдущем разделе. Все эти структуры помогают нам не только закодировать программу, но и содержат информацию о том, как программа работает.

Полная документация на программное обеспечение содержит комментарии, письменное описание принципов построения программы, технические условия на написание программы, исходный текст программы, руководство пользователя, историю разработки программы и ее модификаций. Весь этот набор документов может быть разделен на внешнюю и внутреннюю документацию. Внешняя документация состоит из специально написанного текста, который поясняет, как работает программа. Внутренняя документация включает полный набор читаемых и понимаемых документов, который необходим для легкого исправления кода. Внутренняя документация состоит из комментариев, исходного текста программы, структуры и специальных записей.

Комментарии помогают читателю определить, что программист хотел сделать в любой точке программы. В нашем контроллере стереоусилителя мы имели 4 страницы комментариев, предшествующих программе, которые со всей полнотой описывали работу системы. Мы также написали дополнительные комментарии по алгоритму работы программы, а также описание каждой отдельной функции. Более того, мы комментировали каждую строку исходного текста программы. Это может показаться избыточным. Но чем больше времени затрачено на составление комментариев, тем меньше времени понадобится для поддержания этого кода.

Самодокументирующий код означает, что имена переменных констант и функций выбираются такими, чтобы было интуитивно понятно ее назначение. Например, если функция называется «delay_3ms», то сразу понятно, что функция формирует задержку 3 мс.

Аккуратное форматирование исходного текста программы с помощью скобок и отступов позволяет показать структуру программы. Например, выполняемые в цикле команды записываются с отступом, позволяя легко идентифицировать набор выполняемых в цикле операций.

Применение. Несколько месяцев спустя после завершения разработки, заказчик (доктор Парис Нил) попросил меня внести изменения в алгоритм управления стереоусилителем. Благодаря хорошим комментариям автор быстро восстановил в памяти ход вычислительного процесса и внес изменения в исходный текст программы за 20 мин. Важно, что после этого определенное количество времени было затрачено на внесение дополнительных комментариев. Если бы мы не документировали программу качественно сразу, мы не смогли бы произвести необходимые доработки быстро.

2.5.3. Как язык Си соотносится со структурным проектированием

Язык Си как нельзя лучше сочетается со структурным проектированием. Программа на языке Си состоит из основной программы (main.c), которая описывает всю задачу. Основная программа вызывает программы функции, которые выполняют определенные действия. Программы функции можно рассматривать как реализацию модулей, которые мы обсуждали на этапе структурной декомпозиции проекта. Программы функции могут, в свою очередь, вызывать другие функции, в соответствие с иерархической структурой проекта.

Метод проектирования сверху вниз может быть легко реализован на Си. Основная программа показывает общий ход реализации алгоритма управления. Чем дальше Вы погружаетесь в функции все более низкого уровня, тем более детально Вы знакомитесь с особенностями алгоритма управления.

2.6. Рабочие тетради

С темой составления качественной документации проекта тесно связаны вопросы ведения рабочих тетрадей. В этом параграфе мы рассмотрим, зачем и почему нужны рабочие тетради. Представленный Вам материал в сокращенном виде является изложением статьи наших коллег, которая была написана в 1990 г. [5].

Рабочие тетради предназначены для регистрации процесса научного поиска, обдумывания различных решений для проектов, сравнения и анализа предложенных решений, для записи результатов испытания собственных устройств. В инженерной практике одной из основных причин ведения рабочих тетрадей является накопление положительных результатов своей деятельности, которые потом, даже по прошествии нескольких лет, могут быть использованы в новом проекте, для подачи заявки на изобретение, могут быть включены в работу для присвоения научной степени.

2.6.1. Порядок ведения записей

Поскольку во многих организациях рабочая тетрадь является официальным документом, то ее ведение регламентируется жесткими правилами:

1. Листы тетради должны быть хорошо скреплены, так, чтобы страницы не могли быть из нее удалены свободным образом. Если же какие то страницы вырываются, то для этого должны быть веские причины.

2. Все записи должны делаться последовательно несмываемыми чернилами.

3. Страницы тетради должны быть последовательно пронумерованы.

4. Каждая запись должна сопровождаться датой. При этом дата не должна быть двояко трактуемой. Запись «09 мая 2004 г.» лучше, чем «9/5/2004».

5. Если в предшествующие записи вносятся изменения, то эти изменения должны сопровождаться простановкой даты.

6. Нельзя стирать кажущиеся Вам ошибочными сведения. Их необходимо подчеркнуть или выделить маркером.

7. Законченный материал должен быть помечен символами «X» или «Z» для уверенности, что ничего не было добавлено позже.

2.6.2. Содержание записей

Когда специалиста патентного отдела спрашивают, что должно быть включено в рабочие тетради, от отвечает «Все!». Для того, чтобы не заниматься излишним правописанием, но все таки выполнить требования по заполнению рабочих тетрадей, последовательно ответьте себе на следующие вопросы: что, кто, когда, где, почему и как? Когда Вы подготовите ответы на эти вопросы, выберите подходящий стиль изложения. Помните, что при необходимости, другой специалист должен понять проект и продолжить его.

Рабочие тетради, когда они ведутся должным образом, представляют собой прекрасный документ о содержании проекта. В следующем параграфе мы рассмотрим технику документирования алгоритмов с помощью блок схемы алгоритма.

2.7. Блок схемы алгоритмов

Теория. Универсальный язык моделирования (Unified Modeling Language — UML) — это язык для определения, представления, проектирования и документирования программных систем. Основными составляющими языка UML являются элементы, связи, механизмы расширения и диаграммы. Универсальный язык моделирования предоставляет разработчику метод графической иллюстрации и имитационного моделирования системы, которая основана на программном принципе управления. Этот язык позволяет стандартизировать графическое изображение операций в системе с целью моделирования ее алгоритма работы в общем виде, без составления исходного текста управляющей программы. Универсальному языку моделирования посвящены более 100 научных монографий. Мы рассмотрим лишь малую часть сведений об этом языке, которые будут использованы нами для проектирования встраиваемых систем на протяжении всей этой книги. Если Вас будет интересовать получение более широких сведений по этой теме, обратитесь к литературе, рекомендованной в конце главы.

Свою историю универсальный язык моделирования ведет с начала 90х годов. В 1994 году Грэйди Буч (Grady Booch), Джеймс Рэмбо (James Rambaugh) и Ивар Якобсон (Ivar Jacobson) начали объединять несколько методов объектно ориентированного моделирования в фирме Rational Software. Их целью была разработка методов сокращения времени реализации программных продуктов для промышленности. И уже в 1995 году была представлена спецификация метода, названного «Unified Method». Первая версия универсального языка моделирования была принята консорциумом OMG (Object Management Group) в январе 1997 года. Утвержденная же в сентябре того же года версия UML 1.1 была принята на вооружение основными компаниями — производителями программного обеспечения, такими, как Microsoft, IBM, Hewlett Packard.

Визуальные модели универсального языка моделирования широко используются в существующих технологиях управления проектированием систем, сложность, масштабы и функциональность которых постоянно возрастают. В практике эксплуатации программных информационных систем постоянно приходится решать такие задачи как перераспределение вычислений и данных, обеспечение проведения параллельных вычислений, обеспечение безопасности доступа к информационным системам, оптимизация балансировки нагрузки систем, устойчивость к сбоям и многое другое. Основные виды визуальных моделей UML (универсального языка моделирования): диаграммы сценариев, диаграммы взаимодействия объектов, диаграммы классов, диаграммы состояний, диаграммы модулей и компонентов, диаграммы действий [2,3]. Графические средства представления алгоритмов позволяют переводить модели UML в исходный код объектно-ориентированных языков программирования, что значительно ускоряет процесс разработки. Поэтому универсальный язык моделирования прекрасно зарекомендовал себя на множестве успешных программных проектов. Мы не будем касаться объектно ориентированного программирования в нашей книге. Поэтому мы используем лишь малую часть возможностей универсального языка моделирования для иллюстрации последовательности действий в проектируемых нами программ для встраиваемых систем.