軟件俱樂部的第一條規(guī)則：如果它沒有壞，就不要談?wù)撚|摸它。但是，這在許多情況下是不可行的，例如，由于與系統(tǒng)相關(guān)的原因，必須遷移運(yùn)行良好的代碼。這在安全關(guān)鍵型系統(tǒng)中成為一個(gè)大問題，其中更改代碼會(huì)觸發(fā)一系列其他昂貴且有風(fēng)險(xiǎn)的活動(dòng)。那么設(shè)計(jì)師們?cè)撛趺崔k呢？以下是有關(guān)如何衡量團(tuán)隊(duì)目標(biāo)以及應(yīng)考慮哪些選項(xiàng)的解釋。

將安全關(guān)鍵型系統(tǒng)遷移到新技術(shù)可能是一個(gè)成本高昂且有風(fēng)險(xiǎn)的過程，開發(fā)人員應(yīng)盡可能避免。但是，在某些情況下，出于財(cái)務(wù)或性能原因，遷移是可取的，或者由于硬件過時(shí)和新要求而無法避免。面臨遷移的開發(fā)人員需要仔細(xì)考慮系統(tǒng)更改的類型和程度，以比較內(nèi)部活動(dòng)與設(shè)計(jì)服務(wù)支持的好處。

部署在航空航天和國(guó)防領(lǐng)域的安全關(guān)鍵型嵌入式系統(tǒng)的使用壽命通常超過單個(gè)系統(tǒng)組件的使用壽命。技術(shù)發(fā)展的快速步伐使得這些組件中至少有一個(gè)需要在系統(tǒng)本身退役之前數(shù)年甚至數(shù)十年進(jìn)行更改的可能性很高。反過來，這種硬件更改可能會(huì)觸發(fā)開發(fā)人員將系統(tǒng)軟件遷移到新技術(shù)的需要，以確保持續(xù)的可維護(hù)性。

許多系統(tǒng)更改可能會(huì)觸發(fā)軟件組件遷移。例如，外設(shè)、通信總線或協(xié)議可能會(huì)發(fā)生變化，從而迫使代碼段遷移到新硬件。目標(biāo)硬件或處理器可能會(huì)過時(shí)，就像基于英特爾 80860 的系統(tǒng)一樣，迫使整個(gè)系統(tǒng)軟件遷移到一個(gè)全新的平臺(tái)?？赡軙?huì)出現(xiàn)新的功能要求或認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，迫使系統(tǒng)設(shè)計(jì)在以前不需要的地方納入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。同樣，新標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)加，F(xiàn)AA等監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)認(rèn)證的新要求，以及與新系統(tǒng)互操作的需求，都可能產(chǎn)生將軟件遷移到新平臺(tái)的需求。

對(duì)開發(fā)環(huán)境的更改也可能導(dǎo)致遷移系統(tǒng)軟件的需要。開發(fā)和維護(hù)應(yīng)用程序的主機(jī)的過時(shí)（如 VAX/VMS 主機(jī)所發(fā)生的情況）可能會(huì)在難以找到故障硬件的備件時(shí)強(qiáng)制將系統(tǒng)軟件遷移到新的開發(fā)工具。開發(fā)工具本身的過時(shí)或應(yīng)用程序工具或語(yǔ)言專業(yè)知識(shí)的喪失可能會(huì)啟動(dòng)向新工具的遷移，以確保開發(fā)人員可以繼續(xù)支持已安裝的系統(tǒng)。同樣，RTOS 的過時(shí)可能會(huì)促使軟件遷移到新平臺(tái)。

即使是業(yè)務(wù)變化也會(huì)刺激遷移。與RTOS或其他軟件組件相關(guān)的生產(chǎn)版稅可能會(huì)影響系統(tǒng)的盈利能力。由于利潤(rùn)空間狹窄，開發(fā)人員可能會(huì)選擇遷移系統(tǒng)軟件以消除此類版稅。

降低成本和風(fēng)險(xiǎn)

無論什么觸發(fā)硬件或軟件的更改，遷移系統(tǒng)軟件都會(huì)涉及成本和風(fēng)險(xiǎn)。軟件遷移不僅意味著更改軟件及其隨之而來的引入錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，還意味著重新測(cè)試和可能重新認(rèn)證軟件。開發(fā)和測(cè)試工作的總成本可能相當(dāng)可觀，特別是對(duì)于必須滿足嚴(yán)格要求的安全關(guān)鍵系統(tǒng)。

移徙因素

成功遷移的一個(gè)關(guān)鍵是徹底了解遷移的影響。開發(fā)人員需要考慮許多因素，包括：

性能：新處理器/實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)/平臺(tái)能否滿足系統(tǒng)“??s”的實(shí)時(shí)截止時(shí)間要求？

資源限制：軟件是否適合系統(tǒng)內(nèi)存和寄存器可用性的限制？

RTOS 影響：更改 RTOS 或?qū)?RTOS 添加到曾經(jīng)裸露的板環(huán)境中可能會(huì)改變代碼執(zhí)行順序或時(shí)序。它還可能增加系統(tǒng)復(fù)雜性并改變內(nèi)存要求。

字長(zhǎng)：字長(zhǎng)的變化（例如從 16 位到 32 位）將如何影響現(xiàn)有代碼？計(jì)算算法、指針、計(jì)數(shù)器、上溢/下溢條件和執(zhí)行速度可能會(huì)受到字長(zhǎng)變化的影響。

工具可用性：主機(jī)或目標(biāo)平臺(tái)的更改是否也意味著工具集的更改？用于創(chuàng)建和維護(hù)系統(tǒng)軟件的開發(fā)工具可能不適用于主機(jī)系統(tǒng)和目標(biāo)處理器或 RTOS 的給定組合。

數(shù)據(jù)布局：編譯器將數(shù)據(jù)映射到寄存器和內(nèi)存的方式各不相同。此類變化可能會(huì)導(dǎo)致與軟件中隱含或預(yù)期的映射發(fā)生沖突。

可擴(kuò)展性：軟件遷移可能需要升級(jí)或增強(qiáng)功能以滿足新的要求。工具和系統(tǒng)資源需要支持此類增強(qiáng)功能。

可追溯性：將遷移的軟件追溯到原始軟件的能力可以通過證明軟件未更改來幫助降低測(cè)試成本。

遷移期間所做的更改越多，起作用的因素就越多。風(fēng)險(xiǎn)最低的遷移是僅更改系統(tǒng)的一個(gè)方面，例如主機(jī)開發(fā)平臺(tái)。如果原始軟件開發(fā)系統(tǒng)和軟件工具在當(dāng)前主機(jī)平臺(tái)（如運(yùn)行微軟Windows的PC）上可用，這是可行的。僅更改開發(fā)主機(jī)對(duì)系統(tǒng)和軟件的其余部分的影響最小。

開發(fā)人員應(yīng)尋求創(chuàng)造性的方法，將更改次數(shù)保持在最低限度。例如，如果開發(fā)工具在新的主機(jī)平臺(tái)上不可用，仿真可能會(huì)提供切換工具集的替代方法。事實(shí)證明，在PC上運(yùn)行的VAX仿真器在允許繼續(xù)使用工具方面是成功的，并且由此生成的二進(jìn)制目標(biāo)代碼通常與原始目標(biāo)代碼相同。工具、源代碼和目標(biāo)代碼沒有改變，減少了重新測(cè)試和重新認(rèn)證的需要。

工具更改需要編譯器專業(yè)知識(shí)

當(dāng)工具集必須更改時(shí)，開發(fā)人員將面臨其他挑戰(zhàn)。編譯器將源代碼映射到底層硬件結(jié)構(gòu)的方式各不相同，例如內(nèi)存尋址和寄存器用法。除非開發(fā)人員仔細(xì)約束編譯器的“??s”行為，否則這些變化可能會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)代碼的更改。充其量，這會(huì)觸發(fā)重新測(cè)試并可能重新認(rèn)證軟件的需要。在最壞的情況下，這些更改可能會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行期間出現(xiàn)意外且可能存在缺陷的系統(tǒng)行為。

在不引起其他更改的情況下更改工具集要求開發(fā)團(tuán)隊(duì)具有應(yīng)用程序級(jí)工程師通常缺乏的編譯器行為‘?ì專業(yè)知識(shí)。為了避免花費(fèi)時(shí)間和精力獲得所需的技能，開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以向外尋求幫助。設(shè)計(jì)服務(wù)組織通常具有使用各種工具集的經(jīng)驗(yàn)，并且可以將這種經(jīng)驗(yàn)用于確保工具更改不會(huì)觸發(fā)軟件更改。

設(shè)計(jì)人員團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)盡可能避免某些更改，例如將應(yīng)用程序從舊編程語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為當(dāng)前編程語(yǔ)言。團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該使用舊語(yǔ)言和新目標(biāo)硬件的開發(fā)系統(tǒng)，而不是轉(zhuǎn)換。這將并發(fā)更改和風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)量限制為僅兩個(gè)：開發(fā)系統(tǒng)和目標(biāo)硬件。

改變語(yǔ)言涉及許多可能的陷阱。生成的應(yīng)用程序?qū)⑴c原始應(yīng)用程序不同，需要昂貴的重新測(cè)試和重新認(rèn)證。其他因素也起作用。生成的代碼將具有不同的布局，并且可能不再適合可用內(nèi)存;數(shù)據(jù)布局將有所不同，不再正確映射到底層硬件;性能和時(shí)間方面將發(fā)生變化。應(yīng)用程序必須在源代碼級(jí)別進(jìn)行修改，這將需要使用新的編程語(yǔ)言以及應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和內(nèi)部工作來培訓(xùn)軟件工程師。

雖然如果沒有一個(gè)程序員接受過應(yīng)用程序’??s編程語(yǔ)言的培訓(xùn)，那么遷移到一門新語(yǔ)言可能很誘人，但這應(yīng)該是最后的手段。在采取這條路之前，請(qǐng)考慮用舊語(yǔ)言培訓(xùn)程序員。精通相對(duì)復(fù)雜的當(dāng)前語(yǔ)言（如Java或C++）的程序員不會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)另一種語(yǔ)言是不可逾越的。

設(shè)計(jì)服務(wù)提供專家協(xié)助

另一種可能性是聘請(qǐng)?zhí)峁┍匾Z(yǔ)言專業(yè)知識(shí)的設(shè)計(jì)服務(wù)。對(duì)于針對(duì)軍事和航空電子系統(tǒng)的專用語(yǔ)言，如Ada和JOVIAL，設(shè)計(jì)服務(wù)提供商通常在應(yīng)用領(lǐng)域和語(yǔ)言方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，包括安全關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求的經(jīng)驗(yàn)。這使他們能夠快速深入了解系統(tǒng)軟件，并提供開發(fā)團(tuán)隊(duì)所需的維護(hù)和升級(jí)支持。

如果最終必須廢棄原始語(yǔ)言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以使用翻譯工具部分更改語(yǔ)言（如圖 1 所示）。但是，沒有任何工具可以完成完整的工作，并且轉(zhuǎn)換后的源程序的可讀性可能值得懷疑。如果可能，開發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)努力僅在絕對(duì)必要的部分更改語(yǔ)言。

圖1

實(shí)現(xiàn)此目的的一種方法是使用支持新舊目標(biāo)語(yǔ)言并且可以混合語(yǔ)言的工具集。這允許團(tuán)隊(duì)保持原始代碼中仍然可用的部分不變，并將語(yǔ)言更改限制為滿足新要求所涉及的部分。

這種混合語(yǔ)言工具的一個(gè)關(guān)鍵部分是調(diào)試器。雖然許多編譯器可以組合不同語(yǔ)言的代碼段，但大多數(shù)調(diào)試器工具一次只處理一種語(yǔ)言。這意味著開發(fā)人員必須同時(shí)調(diào)用多個(gè)工具才能查看代碼段之間的交互，而這些工具很少以協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行交互或交換信息以幫助將目標(biāo)代碼與多種語(yǔ)言源相關(guān)聯(lián)。DDC-I‘??s OpenArbor（如圖 2 所示）等工具允許在單次啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行混合語(yǔ)言調(diào)試，可以顯著縮短調(diào)試時(shí)間，并更容易檢測(cè)交互錯(cuò)誤。

圖2

無論是否涉及語(yǔ)言更改，遷移安全關(guān)鍵型系統(tǒng)軟件都是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，存在許多潛在的陷阱。硬件、主機(jī)、目標(biāo)、工具和語(yǔ)言的每次更改都會(huì)引入復(fù)雜性，并可能強(qiáng)制進(jìn)行其他更改，從而導(dǎo)致后果升級(jí)。應(yīng)通過最大化舊版工具和代碼重用來盡可能避免遷移中固有的成本和風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)需要更改時(shí)，仔細(xì)選擇新工具并戰(zhàn)略性地使用經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)服務(wù)可以降低軟件遷移風(fēng)險(xiǎn)和成本。

審核編輯：郭婷