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瑾谟牛
7 years ago
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1 软件项目管理在嵌入式系统中的应用研究 Application of Software Project Management in Embedded System 马伟 ( 清华大学工程物理系, 北京 ) 摘要 : 项目管理方法通常用于 PC 系统的大型软件开发中本文的创新点就在于 : 以项目时间管理为例, 把软件项目管理方法引入嵌入式系统的开发之中以嵌入式 USB 主机为例子, 建立工作分解结构, 利用网络图技术分析项目的关键路径, 从而合理分配了嵌入式 USB 主机项目的设计开发时间, 控制进度关键词 : 项目管理嵌入式系统网络图工作分解结构关键路径传统的嵌入式系统开发往往被归类于硬件开发, 而采用汇编语言控制硬件 CPU 的方法被严格区分于面向过程面向对象的 PC 平台软件的开发但是随着嵌入式处理器和控制器嵌入式实时操作系统等的发展, 嵌入式系统的软件开发工作已越来越多的采用高级语言来进行, 汇编语言则只应用在部分需要高效率的模块中并且嵌入在高级语言中面向嵌入式 CPU 的软件编译器的特性也越来越接近于纯 PC 的软件编译环境在建立了硬件开发平台 ( 包括嵌入式 CPU 选型外围电路设计功能模块设计 PCB 电路板制作等 ) 之后, 嵌入式系统软件的开发工作对于整个系统的成功与否是至关重要的其从算法设计代码实现流程控制到代码重用性可靠性的提高等等, 都接近于 PC 平台的软件设计二者都可以利用软件工程的方法来优化软件质量, 通过软件项目管理来控制整个开发过程, 使得每个项目能够有序高效高质量按时的完成二者的异同如图 1 所示在嵌入式系统的开发中, 同样应该利用软件项目管理方法来规划控制整个项目的进行嵌入式 CPU 系统级硬件平台外围硬件功能模块 CPU 指令集嵌入式操作系统嵌入式系统 PC 平台的软硬件项目软件项目算法描述代码实现软件工程软件项目管理, 控制规划管理整个项目的实施 X86 CPU PC 硬件配置网络数据库等技术各种程序开发语言 Windows 等操作系统图 1 嵌入式系统软硬件项目与 PC 级软件项目的比较 1 在嵌入式系统项目开发中进行软件项目时间管理的必要性软件项目管理就是以项目管理的体系, 融合软件开发的具体特点, 为适应软件开发项目的需要, 揭示最常见的困扰软件项目的主要问题, 提出较好的实践方法和解决方案软件项目管理包括 9 大领域 : 项目整体范围时间成本质量人力资源沟通风险和采购管理范围时间成本和质量管理是软件项目管理的核心内容而范围时间成本是项目管理的 3 要素, 约束着的执行, 成功的项目应该是同时实现这 3 个方面的据美国国防部 19 世纪 70 年代立项研究软件项目做不好的原因, 结果发现 70% 的项目问题是由于管理不善引起的, 而不是因为技术能力不够 ;1995 年,Standish Group 研究表明, 1

2 所有的开发项目中有 32% 的项目在它们结束之前被中止, 此外多于一半的软件项目花费的成本相当于原来预算的 2 倍 ; 只有 42% 的软件项目完成时达到了预期的范围和功能参考文献 1 可见, 时间对于一个项目的成功是至关重要的! 本文以嵌入式 USB 主机项目为例, 把软件项目时间管理的理念和方法引入其中 2 嵌入式 USB 主机功能描述有关嵌入式 USB 主机的内容可参见参考文献 5 简而言之, 嵌入式 USB 主机就是将 PC 上的 USB 主机功能嵌入式化该系统由 6 大模块组成 :MC68HC912D60A 模块 ; SL811HS 模块 ;CAN 总线模块 ; 键盘输入模块 ;LCD 显示模块 ;SCI 通信模块 3 创建工作分解结构 WBS 工作分解结构 (Work Breakdown Structure,WBS) 是将项目按照其内在结构或实施过程的顺序逐层分解而形成的结构示意图 WBS 是实施项目创造最终产品或服务所必须进行的全部活动的一张清单, 也是进度计划人员分配和预算计划的基础根据分析, 嵌入式 USB 主机项目的工作分解结构 WBS 如图 2 所示 0 级嵌入式 USB 主机 1 级项目需求分析系统总体设计系统硬件设计系统软件设计系统联调测试项目结题报告初始化及用单片机与接 USB 主 MS 设备 FAT 文件 2 级户交互界面口芯片通信机系统软类协议软系统软件软件设计软件设计件设计件设计设计图 2 嵌入式 USB 主机项目的工作分解结构 WBS 4 制定项目进度计划关键路径法 (Critical Path Method,CPM) 和计划评审技术 (Program Evaluation and Review Technique,PERT) 在网络图的画法上基本相同, 基本原理是用网络图来表达项目中各项活动的进度及其之间的相互关系, 并在此基础上进行网络分析, 计算网络中各项时间参数, 确定关键活动与关键路线, 利用时差不断地调整与优化网络, 以求得最短工期, 又叫做网络图技术本文采用网络图技术, 为嵌入式 USB 主机项目制定进度计划 4.1 制定项目的活动表在嵌入式 USB 主机项目的工作分解结构 WBS 的基础上, 经过分析每一项任务的工作量和前后关系, 可制定出如表 1 所示的项目活动表 : 表 1 嵌入式 USB 主机项目的活动表活动活动内容持续时间 ( 周 ) 先行活动 A 项目需求分析 2 \ B 系统总体设计 2 A C 系统硬件设计 3 B D 初始化及用户交互界面软件设计 3 C E 单片机与接口芯片通信软件设计 3 D F USB 主机系统软件设计 5 E G MS 设备类协议软件设计 3 D H FAT 文件系统软件设计 3 C I 系统联调测试 2 F G H J 项目结题报告 1 I 2

3 4.2 绘制前导图以项目活动表为基础, 前导图的绘制规则是 : 无先行活动的活动从开始结点发出, 有的活动是并行的, 有的活动是有先后顺序的, 根据活动表中的关系, 画出网络图其中无后继活动的活动汇聚于结束结点每个节点的结构为, 其中 A 代表节点活动编号 ;B 代表最迟结束时间 ;C 代表活动浮动时间 ;D 代表最早结束时间绘制的嵌入式 USB 主机项目的前导图如图 4 所示图 4 嵌入式 USB 主机前导图 4.3 前向路径计算活动最早开始时间 T ES 和最早结束时间 T EF 根据图 4 所示的前导图, 求出每个项目活动的最早开始时间 T ES 和最早结束时间 T EF, 结果如表 2 所示计算顺序是前向从节点 1 往后计算, 直至计算到节点 9 活动持续时间 ( 周 ) 最早开始时间 T ES 表 2 前向路径计算原始表格最迟开始时间 T LS 最早结束时间 T EF A B C D E F G H I J 最迟结束时间 T LF 总浮动每一项活动的最早开始时间, 均需要按照前导图的前后关系逐渐累加计算需要说明的是, 活动 I 是由 F G H 共 3 项活动汇聚而成的, 因此 I 的最早开始时间 T ES 等于这 3 个活动的最早结束时间的最大值, 即如表 2 所示,I 的最早开始时间 T ES-I = max{18,13,10} = 18 下一步, 从表 3 中选取每一个节点的最早结束时间, 填入前导图中, 如图 5 所示 3

4 图 5 填入了节点最早结束时间信息的前导图需要特殊说明的是节点 9 的最早开始时间就是活动 J 的最早结束时间, 即后向路径计算活动最迟开始时间 T LS 和最迟结束时间 T LF 这里, 需要计算的是在不影响整个项目按期完成的前提下, 本活动必须开始和完成的最迟时间反向计算各活动的最迟结束时间时, 要以结束结点的最迟结束时间等于最早开始时间为准若一个结点有几个活动发出, 则该结点 ( 事件 ) 的最迟开始时间取各活动最迟开始时间的小者计算结果如表 3 所示计算顺序是后向从节点 9 开始往前算活动持续时间 ( 周 ) 最早开始时间 T ES 表 3 后向路径计算原始表格最迟开始时间 T LS 最早结束时间 T EF 最迟结束时间 T LF A B C D E F G H I J 最后, 将每一个节点的最迟结束时间填入前导图, 如图 6 所示总浮动 4.5 确定关键活动及关键路径 (1) 确定关键节点图 6 填入了节点最迟结束时间信息的前导图 4

5 总浮动时间是最迟开始时间和最迟结束时间的差, 首先将计算后的各活动的总浮动时间填入表 5, 并将节点总浮动数填入前导图, 如图 7 所示图 7 填入了节点浮动时间信息的前导图最早时间与最迟时间相等的点, 也就是总浮动时间为 0 的节点是关键节点因此, 由图 8 可知, 嵌入式 USB 主机项目的所有节点均为关键节点这是本项目的特殊之处 (2) 确定关键路径由以上分析, 以及表 1 可知, 嵌入式 USB 主机项目的关键路径是 , 而相应的关键活动是 A B C D E F I J 5 结论这条关键路径在时间上没有回旋余地, 即每个关键活动应满足最早开始时间等于最迟开始时间, 而非关键活动则有富裕时间这使得我们在实施嵌入式 USB 主机项目计划时做到心中有数, 项目的关键活动工作包括 : 项目需求分析 (A); 系统总体设计 (B); 系统硬件设计 (C); 初始化及用户交互界面软件设计 (D); 单片机与接口芯片通信软件设计 (E);USB 主机系统软件设计 (F); 系统联调测试 (I); 项目结题报告 (J) 要严格控制按预定工作时间进行, 否则就会拖长整个任务的工期, 延误项目的按时完成相对来说, 作为非关键工作的 MS 设备类协议软件设计和 FAT 文件系统软件设计由于有浮动时间存在, 在资源或人力不足时, 可适当调整这些工作的耗费时间和开始时间, 不会影响总工期参考文献 1 殷人昆. 清华大学软件项目管理课程讲义年 2 Kathy Schwalbe( 美 ) 著. IT 项目管理 ( 英文版, 第 2 版 )[M]. 北京 : 机械工业出版社,2003 年 3 郑人杰等编著. 实用软件工程 [M]. 北京 : 清华大学出版社,1997 年 4 Panlaj Jalote( 印 ) 著, 施平安译. 软件项目管理实践 [M]. 北京 : 清华大学出版社, 2003 年 5 马伟编著. 计算机 USB 系统原理及其主 / 从机设计 [M]. 北京 : 北京航空航天大学出版社,2004 年 6 金振华. 面向对象方法在汽车排放测试系统软件开发中的应用 [J]. 电子技术应用, 2001 年, 第 4 期 5

药大研〔2015〕78号

药大研〔2015〕78号中国药科大学学位授权点合格评估 (2014-2019 年 ) 工作方案一评估工作 - 2 - 二评估范围 ( 一 )2014-2019 年学位授权点合格评估范围 : - 3 - ( 二 )2014-2015 年学位授权点专项评估范围 : 三评估组织 - 4 - 学位授权点名称学位