Чистая архитектура. Искусство разработки программного обеспечения

Всякий раз, когда у нас появлялся вопрос к инженеру-системотехнику о том, как вызов должен реагировать в той или иной ситуации, он исчезал и спустя какое-то время появлялся с очень подробным ответом. «Откуда ты это узнал?» — спрашивали мы. «Из кода продукта», — отвечал он. Запутанный и устаревший код служил справочником по новому продукту! Существующая реализация не имела разделения между TDM и бизнес-логикой, выполняющей вызовы. Весь продукт целиком зависел от оборудования/технологий, и этот клубок нельзя было распутать. Весь продукт фактически был микропрограммой.

Рассмотрим другой пример: управляющие сообщения поступают в систему через последовательный порт. Неудивительно, что в такой системе имеется обработчик/диспетчер сообщений. Обработчик сообщений знает их форматы, может их анализировать и передавать коду, который сгенерирует ответ. Ничто из перечисленного не вызывает удивления, кроме того, что обработчик/диспетчер сообщений находится в том же файле, что и код, взаимодействующий с микросхемой UART[56]. Обработчик сообщений инфицирован деталями, имеющими отношение к микросхеме UART. Он мог бы быть программным обеспечением с потенциально большим сроком службы, но вместо этого он стал микропрограммой. Обработчику сообщений отказано в праве быть программным обеспечением — и это неправильно!

Я давно знал и понимал важность отделения программного обеспечения от оборудования, но слова Дуга прояснили, как использовать термины программное обеспечение и микропрограмма в отношении друг к другу.

Это ясное сообщение для инженеров и программистов: прекратите писать так много микропрограмм и дайте своему коду шанс служить долго. Конечно, потребовать этого не получится. Но давайте посмотрим, как сохранить архитектуру встраиваемого программного кода в чистоте, чтобы дать программному обеспечению шанс служить долго.

Тест на профпригодность

Почему так много программного обеспечения превращается в микропрограммы? Похоже, что основная причина заключается в стремлении получить действующий встраиваемый код и практически не уделяется внимания его структурированию для увеличения срока службы. Кент Бек описывает три шага в создании программного обеспечения (далее в кавычках приводятся слова Кента, а курсивом выделены мои комментарии):

1. «Сначала заставьте его работать». Вы останетесь не у дел, если он не работает.

2. «Затем перепишите его правильно». Реорганизуйте код, чтобы вы и другие смогли понимать и развивать его, когда потребуется что-то изменить или понять.

3. «Затем заставьте его работать быстро». Реорганизуйте код, чтобы добиться «необходимой» производительности.

Большая часть встраиваемых систем, которые мне приходилось видеть, похоже, писалась с единственной мыслью в голове: «Заставьте его работать», — и иногда с навязчивой идеей: «Заставьте его работать быстро», — воплощаемой введением микрооптимизаций при каждом удобном случае. В своей книге The Mythical Man-Month[57] Фред Брукс предлагает «планировать отказ от первой версии». Кент и Фред советуют практически одно и то же: узнайте, как это работает, и найдите лучшее решение.

Встраиваемое программное обеспечение ничем не отличается в отношении этих проблем. Многие невстраиваемые приложения доводятся только до стадии «работает», и мало что делается, чтобы код получился правильным и служил долго.

Получение работающего приложения — это то, что я называю тестом на профпригодность для программиста. Программист, разрабатывающий программное обеспечение, встраиваемое или нет, который заботится только о том, чтобы получить работающее приложение, наносит вред своим продуктам и работодателю. Программирование — это нечто большее, чем умение писать работающие приложения.

В качестве примера взгляните на следующие функции, находящиеся в одном файле маленькой встраиваемой системы, написанные в ходе прохождения теста на профпригодность:

ISR(TIMER1_vect) { ... }

ISR(INT2_vect) { ... }

void btn_Handler(void) { ... }

float calc_RPM(void) { ... }

static char Read_RawData(void) { ... }

void Do_Average(void) { ... }

void Get_Next_Measurement(void) { ... }

void Zero_Sensor_1(void) { ... }

void Zero_Sensor_2(void) { ... }

void Dev_Control(char Activation) { ... }

char Load_FLASH_Setup(void) { ... }

void Save_FLASH_Setup(void) { ... }

void Store_DataSet(void) { ... }