软件模块化设计案例分析

  1. 高内聚、低耦合

  以管材挤出生产线为例，从功能视角，按高内聚、低耦合原则对控制软件进行模块化设计。

  (1)挤出机软件模块完成的功能

  温度控制、主机控制、熔体压力、挤出机逻辑、用户管理、配方管理、趋势曲线、故障处理、EuroMap27、长度统计、屏幕校正等。

  (2)牵引机软件模块完成的功能

  牵引驱动控制、牵引逻辑、用户管理、故障处理、EuroMap27、长度统计、屏幕校正等。

  (3)切割机软件模块完成的功能

  切割驱动控制、切割逻辑、用户管理、故障处理、EuroMap27、切割统计、屏幕校正等。对管材挤出生产线的三个子装备(挤出机/牵引机/切割机)，由于用户管理、故障处理、屏幕校正的需求是一样的，因此只需要一次设计后为多模块共用。由于长度统计在牵引机和挤出机中的大部分需求一致，因此只需要综合两者需求进行一次性开发。模块化设计使得这些开发的代码实现重用，提高了开发效率。管材挤出生产线的软件模块化结构设计如图4.11所示，图示表明挤出机、牵引机、切割机的软件模块的结构划分与功能实现，这种设计明显提高了代码重用率。

  2.分层式设计

  软件分层式结构的优势如下总额

  1)个体开发人员可以只关注整个结构中的某一层。

  2)可以很容易地用新的实现来替换原有层次的实现。

  3)可以降低层与层之间的依赖。

  4)有利于标准化。整点

  5)有利于各层逻辑的复用。

  概括来说，分层式设计的目的是分散关注、松散耦合、逻辑复用、标准定义。

  一个好的软件分层式结构，可以使开发人员的分工更加明确。一旦定义好各层次之间的接口，负责不同逻辑设计的开发人员就可以分散关注，齐头并进。每个开发人员的任务得到了确认，开发进度就可以迅速地提高。

  如果一个系统没有分层，各个模块(子系统)的逻辑都紧紧纠缠在一起，彼此间相互依赖，谁都是不可替换的。一旦发生改变，则牵一发而动全身，对项目的影响极为严重。降低层与层间的依赖性，既可以良好地保证未来的可扩展性，在复用性上也优势明显。每个功能模块一旦定义好统一的接口，就可以被各个模块所调用，而不用为相同的功能进行重复地开发，因此松散耦合带来的好处是显著的。

  以管材挤出生产线常用的主机控制为例，挤出机主机的控制软件按四层共四个模块来设计。管材挤出生产线主机控制软件分层模块化结构如图4.12所示。

  图4.12 管材挤出生产线主机控制软件分层模块化结构

  分层式设计可以灵活应对各种需求，而无须修改其他层的模块。假如某厂商的挤出机不用RS422，改用CAN总线来与LENZE驱动器通信，我们只需要修改LENZE_DRV通信协议部分，无需对LENZE_APP、主画面、人机界面部分修改。又比如，某厂商将LENZE驱动器用在塑钢门窗焊接上，需要使用LENZE驱动器的定位功能，只需要对LENZE_APP、MAIN、人机界面修改，无须修改LENZE_DRV协议实现部分。

  模块化软件编程的分层操作要点是，每一层直接对下一层操作，尽量避免交叉调用或越级调用，这样的软件架构更易于维护、扩展。

  当然，分层式结构也不可避免具有一些缺陷∶

  1)降低了系统的性能。这是因为如果不采用分层式结构，很多业务可以直接访问数据库，以此获取相应的数据，如今却必须通过中间层来完成。

  2)有时会导致级联的修改。这种修改尤其体现在自上而下的方向。如果在表示层中需要增加一个功能，为保证其设计符合分层式结构，可能需要在相应的业务逻辑层和数据访问层中都增加相应的代码。