嵌入式軟件應(yīng)用場合,、硬件平臺及操作系統(tǒng)的多樣性，使嵌入式軟件在各種不同條件下可能出現(xiàn)未知,、不可預(yù)測的狀況,，即其潛在風險往往比通用PC機的軟件要高。由于嵌入式軟件應(yīng)用場合特殊,，往往在無人值守的情況下運行，高可靠性和安全性自然成為嵌入式系統(tǒng)的重要指標,。
在設(shè)計初期排查各種可能的風險,，投入較低并可獲得高回報。最終的產(chǎn)品質(zhì)量也可以得到很好的控制,。下面借鑒安全管理學(xué)思想,，列舉一些生活實例說明嵌入式軟件設(shè)計的安全理念。
1 圍墻問題
學(xué)校修筑圍墻,，有一個問題——到底需要的高度是多少?過低,，很容易翻越圍墻進出,，起不到圍墻的屏障作用；過高,，翻越的人滑落容易傷亡,，這也不是修筑圍墻的初衷。程序設(shè)計中的程序運行異常好比非法進出校園,。一方面需要防止程序異常,，這就類似修了圍墻。但另一方面也需要注意圍墻高度：圍墻過高,，輕易不出問題,，但一出就是大問題。比如數(shù)據(jù)通信傳輸程序,，加入CRC冗余校驗,。如果數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)校驗錯誤，CRC冗余校驗可能恢復(fù)錯誤的數(shù)據(jù),。但是如果在設(shè)計測試初期就使用CRC校驗,，并且程序中沒有警告信息，就有可能將錯誤延續(xù)到產(chǎn)品發(fā)布階段,。產(chǎn)品到現(xiàn)場出問題那就嚴重了,。還有一個例子，看門狗程序是為了程序異常時自動重啟恢復(fù)系統(tǒng),。如果在程序測試期間就使用看門狗,，同樣會屏蔽測試期間的程序跑飛、死機等問題,，是不利于發(fā)現(xiàn)程序缺陷的,。
2 修褲腳問題
給孩子買了條褲子，試穿后發(fā)現(xiàn)褲子長了些,，于是很精確地測量出需要截去10 cm,。問題出現(xiàn)了，媽媽動手改好了之后,，奶奶也給改短了10 cm,，接下來的情景可想而知。這就是溝通問題,，某成員在對某對象實施某行為的時候沒有留下任何標記,，使得其他成員未得到準確信息，帶來下一步行為的失誤,。
程序設(shè)計中同樣也有類似問題,。比如某進程對一個臨界資源進行訪問，并且沒有任何標記,，如果另一進程也訪問該資源就會造成資源訪問的沖突,。通過信號量互斥保護就可以解決這一問題,。另一個例子是在內(nèi)存申請和釋放方面。比如函數(shù)funA（）調(diào)用funB（）,，在funA（）或funB（）中動態(tài)申請一段內(nèi)存空間,，并且將指向該內(nèi)存的指針傳給另一函數(shù)，在funA（）或funB（）中都可以釋放內(nèi)存,。但是一定注意,，需要溝通在哪個函數(shù)里進行，尤其當這兩個函數(shù)分別由兩個人完成的時候,。不能出現(xiàn)兩個函數(shù)都釋放該內(nèi)存或都不釋放該內(nèi)存的情況,。
3 優(yōu)勢和不足
兩個游人出行，一個帶傘,，另一個不帶傘,。那天下了大雨，結(jié)果回來時帶傘的人被淋得全身濕透,，而不帶傘的反而未被淋濕,。原因何在?因為帶傘的人認為自己帶了傘不用躲雨，不知不覺就濕透了,；不帶傘的知道在雨中幾秒鐘就能全身濕透,，所以一直注意在亭子下躲雨。
程序設(shè)計中何嘗不是如此?對認為不容易出問題的代碼設(shè)計投入不足,，測試工作少,，對易出問題的代碼投入大量精力，嚴加測試,，最后的結(jié)果反而是容易出問題的代碼質(zhì)量更高,。這就是設(shè)計人員常常遇到的情況——能想到的錯誤都解決了，想不到的錯誤都出現(xiàn)了,。另外一個例子是：對于RS232串口通信,，考慮到通信傳輸距離、外界干擾等問題,，采用了數(shù)據(jù)校驗和錯誤重發(fā)機制,；對于I2C、SPI總線往往是短距離,、同一電路板的芯片訪問,，都沒有任何數(shù)據(jù)校驗措施。結(jié)果有可能是RS232串口數(shù)據(jù)總是正確的,，I2C、SPI總線的數(shù)據(jù)受不合理的布線及電磁干擾影響反而出現(xiàn)錯誤,。因此對于嵌入式系統(tǒng),，需要根據(jù)實際的現(xiàn)場情況定制程序設(shè)計,，而不是因為大多數(shù)人都這么做，或以前都這么做,。
4 警告和避錯
電線桿上有特別亮麗的幾個字,，某行人好奇，爬上電線桿一看,，四個大字：“油漆未干”,。可見這個告示性文字反而害苦了這位行人,。如果換一種方式,，將電線桿周圍容易被人接觸到的地方圍上一圈，就能很好地避免路人接觸,。當然這里還需要考慮成本和效用的平衡,。
嵌入式系統(tǒng)往往不需要人員值守就能正常工作，因此依靠警告,、報錯不能解決所有問題,。你可以想象在駕駛飛機時，導(dǎo)航屏幕出現(xiàn)類似Windows系統(tǒng)的“內(nèi)存空間不足,，請關(guān)閉部分程序”警告的情形是多么可笑,。在設(shè)計這一類程序的時候，應(yīng)該考慮程序如何能自動解決一些異常情況,，即使有些情況下必須進行人機交互,，也應(yīng)該考慮這時程序是否可以自動采取一些保護措施。比如數(shù)據(jù)讀取異常報錯,，可以考慮用一個默認的數(shù)據(jù),；通信連接不上報錯則需要檢測通信是否恢復(fù)正常。
以上從幾個生活實例用類比的方式說明了嵌入式軟件設(shè)計需要注意的一些問題,，當然僅僅注意這幾點對保證嵌入式軟件的質(zhì)量是遠遠不夠的,。文章的目的是通過幾個易懂的實例強調(diào)設(shè)計安全意識以及軟件產(chǎn)品質(zhì)量意識的重要性。