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摘 要：程序编写和接口选择是软件设计的核心环节,各自涉及到诸多要点。文章简述软件编程的内容、技巧及编程设计 中可能遇到的风险,对软件编程形成系统性的认识 ;对软件设计中涉及到的接口技术进行探讨,分析常见的接口形式,就应当 如何选取接口提出相应的方法。经过本文分析,希望以清晰的思路、简明的流程做好软件设计工作,依靠优质的设计成果提高 系统的可靠性。
关键词：软件设计,编程,接口技术,可靠性,运行调试
Research on Application Practice of Software Programming and Interface Technology
QI Shuang
(Shandong Engineering Vocational and Technical University, Jinan Shandong 250014)
【Abstract】： Programming and interface selection are the core links of software design, each of which involves many key points. This paper briefly introduces the contents, skills and risks of software programming, and forms a systematic understanding of software programming. This paper discusses the interface technology involved in software design, analyzes the common interface forms, and puts forward the corresponding methods on how to select the interface. After analysis, this paper hopes to do a good job in software design with clear ideas and concise processes, and improve the reliability of the system by relying on high-quality design results.
【Key words】： software design;program;interface technology;reliability;running and debagging
0 引言
计算机技术日益进步,在系统管理与控制、监督检 测、辅助生产等领域均有优异的应用成果,同时具有持 续发展的趋势。在功能需求提升之下,计算机所需承担 的工作任务愈发繁重,做好软件设计是提高计算机技术 应用水平的重要举措。其中,软件编程和接口技术是决 定软件设计质量的关键因素,因此需加强探讨,明确两 项工作的操作要点,切实提高软件设计水平。
1 加强软件编程与接口技术研究的意义
软件编程具有规划性,网络开发基于软件而实现, 在基本构架的基础上建立功能模块,以满足特定的网络 服务需求,使用户利用软件享受到高品质的网络服务。 不同于软件编程,接口技术侧重的是增强接口数据的安 全性,促进数据的高效传输,在采用接口技术后,集 合网络工程中符合功能需求的结构,经优化后输送至接 口,以便按流程执行后续的配发操作。以客户的要求为导向,开发相匹配的产品功能和服务,再针对各项细分 服务进行整合,如此才可提高产品的综合服务品质 ;不 仅于此,在软件功能和接口层级设计方面做出调整,以 便实现对各软件功能和权限属性的分类 [1]。软件编程和 接口技术均是软件设计的重点内容,将对功能概图的确 定、信息的定义分解、功能模块的编辑等方面带来影 响,在加强软件编程和接口技术的研究后,提高技术的 可行性,保证软件设计成果,为特定功能的正常实现提 供技术支撑。
2 软件编程和接口技术的应用
2.1 软件编程的阶段及要点
2.1.1 开发计划及需求分析阶段
(1)功能概图的确定 ：产品的功能及各环境下使用的概率需通过功能概图进行反映,重点内容在于确定 产品的功能,具体涉及到影响处理的环境因素、所需完 成的任务 [2]。
(2)失效的定义和分类 ：产品失效的定义需从用户 的角度出发进行确定,失效根据软件、硬件两类进行划 分,或根据操作程序的不同进行失效的区分 ;在分类 时,关键判断依据为失效的严重性。
(3)用户可靠性要求的确定 ：可靠性评估小组负责 此项工作,主要判断软件在应对用户所提系统要求时是 否具有可靠性,为保证确定结果的准确性,判断工作需 由软件设计员、系统设计员、测试人员、可靠性分析人 员及用户方代表共同参与,即由前述提及的多个主体组 成评估小组。
(4)平衡关系的分析 ：重点分析对象为开发费用和 开发周期的关系、可靠性和功能的关系,可靠性随着功 能的增加而降低,按照此规律,通常根据测试加强程度 控制可靠性提高的程度,形成相对应的关系。
2.1.2 软件功能实现阶段
以设计方案为指导,组织软件编程, 通过此途径实 现软件功能。
(1)可靠性指标的分配 ：将系统拆解为多个细分的 模块,要求所有的可靠性指标均具有可行性。系统分解 的合理与否至关重要,主要根据物理特性、数据收集工 作量及既有数据的特性进行。先做可靠性分配,再计算 系统的可靠性,最终明确系统中各模块的可靠性要求。
(2)可靠性指标的设计 ：设计恢复策略是常见的方 法,特点在于软件重启后即可消除失效,各项可能遭到 破坏的数据需得到完善的保存与修复,确保在出现失效 后及时采取制止措施,以免造成严重的程序数据破坏问 题 [3]。此外,鉴别高风险区域和使用冗余软件单元也是 常见的可靠性指标设计方法。
2.1.3 系统测试和试运行阶段
为检验软件的应用效果,安排系统测试和现场试运 行。作为软件开发全流程的收尾阶段,系统测试对把控 软件品质有重要的作用,若测试方式合理,可及时发现 问题并进行处理,从源头上保证产品设计的可靠性。在 评价现场试运行效果时,将可靠性指标作为重点考虑对 象,并要求测试和试运行结果真实可靠。
2.1.4 维护阶段
从监视结果出发,判断产品在实际应用中的具体表 现,对比分析产品效果与用户的要求,根据两者间存在的 差异进行版本的更新,以循序渐进的方式提高开发质量, 更好地为用户提供服务。维护阶段的工作要点,如下 ：
(1)监视产品现场可靠性,明确产品实际表现与用 户的差异,根据判断结果进行产品的升级。及时跟踪用 户意见,条件允许时提供现场支持服务。
(2)根据用户的需求为产品开发新功能,但在此之 前需监视可靠性,以免由于功能的盲目增加而引起失效 强度增强的问题。
(3)识别产品使用中出现的失效现象,深入探究原 因,从中汲取经验,进行技术改进。
2.2 接口及其采样技术
机械系统和微电子系统的联系借助机电接口实现, 主要功能体现在如下几方面 ：
(1)电平转换和功率放大 ：微机的 I/O 芯片属于 TTL 电平,但有所特殊的是控制设备不一定具备此特 点,因此电平转换则显得极为重要 ;遇大负载工况时, 还需要执行功率放大操作。
(2)抗干扰隔离 ：在应用光电耦合器或其他的装置 后,实现对微机系统和控制设备的隔离,阻止干扰信号 的串入,维持运行稳定。
(3) A/D 或 D/A 转换 ：在微机系统和被控对象间设 转换电路,在被控对象的检测和控制信号为模拟量时执 行 A/D 或 D/A 转换,具体如图 1 所示。
2.2.1 模拟信号输入接口
传感器或变送器的输出信号用于反映被控对象的运 行状态,此类输出信号通常模拟电压或电流信号,若要 利用计算机对被控对象采取行之有效的控制措施,则必 须建立在准确获取系统状态信号的前提下,但从计算机 的功能特性来看,仅具备接受数字信号的能力。为此, 配置模拟信号输入接口,将模拟电信号转换为数字信 号,从而由计算机接收。模拟信号输入接口读入输出信 号的电压值或电流值,进一步转化为二进制码读入。为 增强系统的稳定性,将系统运行采样作为突破口,提出 如下 3 种方法 ：
(1)根据产品的不同进行分析,以分析结果为参考 采取针对性的处理措施。例如,读入的数值微弱时,用 A/D 软(硬)增益,读入数值由于此方法的应用而增 大,再进行算法计算,确定数据。
(2)经过对采样方式的优化后提高系统的可靠性, 思路为 ：分别进行接通对地的 I/O 通道及相对应 I/O 通道的采样,获得两部分采样结果,用后者减去前者,产 生一次采样值。在采用该采样方式后,零飘及干扰信 号得到有效的抑制,在此基础上有利于利用软件的编程 和算法进行处理,获得稳定可靠的数据。I/O 通道,如 图 2 所示。
(3)每采样一个 A/D 转换值后,将其与 10 个极值 做对比分析,进行排序,去除末端的最小值,从而得到 经过剔除后的 10 个新极值,由此完成采样操作 ;再进 行中值滤波,确定平均值。
2.2.2 模拟信号输出接口
执行器的信号以电流信号或模拟电压信号居多,较 为常见的装置有直流电动机调速器、交流电动机变频调 速器、滑差电动机调速器等。从计算机的运行特性来 看,其仅具备输出数字信号的能力,控制功能主要根据 运算产生的控制信号而实现,在采用模拟信号输出接口 后,将数字信号转换为模拟电信号,驱动执行器,用此 装置进行控制。
2.2.3 开关信号通道接口
(1)输入通道接口 ：功能在于向计算机传送逻辑电平 信号、开关信号及其他的控制信号,此处提及的信号其本 质属于数字信号且电平各异。开关信号仅存在“ON”和 “OFF”两种逻辑状态,与计算机数字电平存在差异,因 此在设计中需要考虑到逻辑电平的变换需求, 按照此需求 进行计算机连接接口的设计, 实现该需求的关键装置包含 输入缓冲器、转换电路、地址译码电路及电平隔离等。
(2)输出通道接口 ：功能在于向开关执行器传输开 关信号,常见的开关执行器有报警指示器和继电器,此 处的各开关信号由计算机经过逻辑运算处理后产生。输 出通道接口设计的关键要点在于驱动开关执行器的功 率,在配置此类接口时需要重点考虑的对象包含驱动 器、输出锁存器、输出口地址译码电路等。
3 软件编程和接口技术的实现路径
3.1 以服务需求为导向的功能及技术层级的划分
软件设计中,首先确定软件在开发成型后所需具备 的服务属性以及能够提供的服务内容,在此基础上设定 功能模块,集多项功能于一体,扩充网络系统工程的体 系结构。在技术层级划分方面,首先明确软件包含的各 功能模块,再进行若干层级和属性的划分,各自完成 特定的工作,例如数据的传输与分类、信息的识别与甄 选、管理行为的检测等。
3.2 做好指标设计工作
软件编程初期,根据用户的需求设定编程目标并明 确需实现的功能,但即便如此,随着软件实践时间的延 长,期间难免遇到内外部因素的干扰,网络环境软件的 行为能力有限。设计恢复策略将改变软件编程既有的功 能属性,相较于原设计要求而言指标设计难免出现不同 程度的转变,因此需利用合适的技术提供保障,以便指 标设计工作的有效落实。例如,某软件单设一个单元用 于校验软件的功能属性,为软件控制运行提供保障,若 软件编程发生故障,设定的单元随即针对异常状况做出 响应,发现功能异常后向计算机界面发送故障信号,网 络用户接收到故障相关的提醒信息,重新进行指标的设 计与可行性判断。在采取额外增设一个单元的方法后, 虽然编程工作量增加,但对保障软件控制部分的稳定性 有重要作用,相比于增加的工作量,实际带来的功能提 升更值得关注,因此具有必要性。此外,冗杂软件单元 的数据传输工作环境复杂,为隔绝各类不安全的以及对 安全状态无法做出准确判断的信号,需要采用接口及时 进行屏蔽,最大限度减小外部因素产生的干扰,为保护 系统和软件自身的关键信息数据提供安全保障。
4 结语
综上所述,自动化的控制系统是软件和硬件的结合 体,在软件的开发中,软件编程和接口技术应用至关重 要。软件编程属于基础内容,接口则是实现软硬件稳定 连接的关键所在,在同步提高编程水平和接口技术应用 水平后,才可保证软件的整体品质,在此基础上建立功能 完善、性能稳定的自动化控制系统,为现代化发展助力。
参考文献
[1] 祖晓明.试论利用软件编程和接口技术[J].电脑知识与技术 (学术版),2017.13(3):190-191.
[2] 艾红. “微机原理与接口技术”教学方法研究与课程建设探 析[J].中国电力教育,2014(15):99-100.
[3] 叶军伟.计算机软件设计中嵌入式实时软件的应用分析[J]. 软件,2021.42(12):80-82.
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