МК-систем

Как уже отмечалось, при проектировании МК-систем прежде всего возникает необходимость решения задачи об оптимальном (по ряду критериев) распределении функций между аппаратурными средствами и программным обеспечением.

При этом в самом общем случае необходимо исходить из того, что использование специализированных интерфейсных БИС упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие системы в целом, но сопряжено с увеличением стоимости, объёма и потребляемой мощности. Больший удельный вес программного обеспечения позволяет сократить число компонентов системы и стоимость её аппаратурных средств, но это приводит к снижению быстродействия, увеличению затрат и сроков разработки и отладки прикладных программ. При этом еще может несколько увеличиться и число БИС внешней памяти МК-системы. Решение о выборе того или иного варианта распределения функций между аппаратурными и программными средствами системы принимается в зависимости от тиражности изделия, ограничений по стоимости, объёму, потребляемой мощности и быстродействию изделия. Попутно отметим, что время жизни изделия, в котором большая часть функций реализованы в программном обеспечении, многократно возрастает за счет того, что срок "морального старения" изделия может быть существенно отодвинут. Программная реализация основных элементов алгоритма работы контроллера допускает модификацию относительно простыми средствами (путем перепрограммирования), в то время как возможность изменения уже существующей фиксации элементов алгоритма в аппаратуре контроллера практически отсутствует.

Довольно распространенная практика работы "тандемом", когда над разработкой прикладных программ для МК совместно работают профессиональный программист и непрограммирующий профессионал, то есть, специалист, владеющий "тайнами ремесла" в конкретной предметной области, имеет серьёзным недостатком то, что при попытках изложить программисту смысл прикладной задачи этот смысл зачастую ускользает. В результате такой практики формализуются и программируются наиболее очевидные, грубо говоря - тривиальные, прикладные задачи, а наиболее профессионально интересные остаются вне пределов досягаемости. Видимо, это объясняется тем, что время, необходимое на формализацию профессиональных знаний при работе "тандемом", нередко составляет до 70% всего времени, требующегося для получения законченного микроконтроллерного изделия.

Работа "тандемом" в огромном большинстве случаев приводит к тому, что конечный пользователь МК-системы отказывается от своих ранее сформулированных требований на программу и утверждает, что "имелось в виду нечто похожее, но не это". Такое положение, скорее всего, объясняется тем, что начало процесса программирования задач, которые ставит конечный пользователь, немедленно изменяет его собственное представление об этих задачах. Отметим попутно, что до 60% ошибок прикладных программ для МКУ и МКС вызваны не ошибками в машинных кодах, не логическими ошибками в программе, а ошибочной формализацией прикладной задачи. Трудоемкость устранения этих ошибок, наработанных "тандемом" (профессиональный программист - непрограммирующий профессионал), столь велика, что зачастую вынуждает приступить к разработке прикладной программы МК-системы заново и с иными средствами.

Ресурсы, затрачиваемые собственно на программирование, т.е.на получение машинных кодов, столь незначительны по сравнению с ресурсами, затрачиваемыми на процесс формализации прикладной задачи и разработку алгоритма, что следует говорить не о проблеме разработки прикладного программного обеспечения МК-систем, а о проблеме формализации профессиональных знаний конечного пользователя микроконтроллерных изделий.

Подобно тому как появление микропроцессорных и микроконтрол-лерных средств привело к продолжающемуся процессу перемещения ос-новного объёма затрат на проектирование контроллеров из сферы разработки аппаратурных средств в сферу разработки программного обеспечения, так и стремительное расширение возможных областей применения МК приводит к перемещению центра тяжести усилий по разработке прикладного программного обеспечения с фазы реализации на фазу постановки и формализации задачи.

Сложившаяся к настоящему времени структура трудозатрат в разработке МК-систем позволяет выделить три основные стадии про-ектирования прикладного программного обеспечения:

1) анализ предметной области с целью определения задач, автоматизация решения которых на основе МК обещает наибольший эффект;

2) разработку алгоритма решения поставленной задачи (или комплекса задач);

3) собственно программирование, или, точнее, сопровождение разработки прикладных программ системными средствами поддержки проектирования.

Распределение трудозатрат в процентах по этим трем стадиям выглядит примерно так: 40-50-10. Это означает, что если первая стадия работы уже выполнена с участием специалиста по системному анализу, то есть, если задача уже поставлена, то наиболее сложной, слабо формализуемой (из-за тесной связанности с областью приложения данной программы) и трудоёмкой стадией работы является стадия анализа задачи, её инженерной интерпретации и разработки "функциональной спецификации" программы для формирования алгоритма решения поставленной задачи. Вся последующая работа по преобразованию алгоритма в машинные коды, то есть, создание прикладного программного обеспечения, представляет собой просто совокупность процессов трансляции. Эти процессы хорошо формализуемы, и их реализация опирается на уже существующие системные средства поддержки (трансляторы, редакторы, отладчики). Именно вследствие этого собственно программирование требует только около 10% общих трудо-затрат. Очевидно, что основную творческую нагрузку при разработке прикладных программ для МК-систем несёт не профессиональный прог-раммист, а непрограммирующий профессионал - специалист в данной области знаний. Если этот специалист овладеет основами программи-рования и станет программирующим профессионалом, то можно ожидать, что процесс формализации его профессиональных знаний будет протекать много результативнее, чем при "игре в испорченный телефон", то есть, при алгоритмизации прикладной задачи "тандемом".

Ориентация на разработку прикладных программ для МК-систем силами программирующих профессионалов получает распространение ещё и потому, что в условиях быстро дешевеющей памяти изменились стиль и технология разработки программ. Экономят теперь уже непамять МК-системы, а время разработчика программного обеспечения, тоесть, сокращают сроки разработки изделия. Вследствие этого прикладные программы, созданные программирующим профессионалом, с точки зрения профессионального программиста зачастую выглядят неуклюжими и неизящными. Но зато они обладают одним общим достоинством - они действительно работают в контроллерах, чего нельзя сказать о девяти из каждых десяти изящных программ, созданных профессиональным программистом, не могущим (по определению) быть профессионалом и в каждой конкретной предметной области знаний.

С учетом масштабов выпуска и перспектив применения средств микроконтроллерной техники выход из создавшегося положения видится в том, чтобы побудить специалистов, работающих в своих предметных областях знаний, взять дело разработки прикладного программного обеспечения МК-систем в свои руки полностью (при некоторой технической поддержке профессиональных программистов). Для этого нужны не очень значительные усилия и первоначальные затраты: надо прежде всего решиться взять всю полноту ответственности за программное обеспечение на свои плечи, надо овладеть одним из языков программирования и освоить "кухню" программной реализации ограниченного множества наиболее употребимых процедур и функций объекта автоматизации. Однако эта задача относительно легко решается с использованием метода декомпозиции (разбиение сложной функции на множество простых взаимосвязанных функций). К подобной постановке вопроса организации разработки прикладного программного обеспечения для МК-систем приводит и вполне очевидное соображение о том, что быстрый рост числа выпускаемых МК и областей их проблемных применения не может более сопровождаться соответствующим ростом числа программистов.