C 與 C 的選擇其實(shí)是“面向過程”與“面向?qū)ο蟆钡倪x擇。Sugar 認(rèn)為這兩種編程思想的選擇取決于軟件的特性，軟件特性包括幾個(gè)方面，都是 Sugar 總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)。本文力求把“軟件特性”與“語言選擇”結(jié)合圖示理清晰。

嵌入式最簡(jiǎn) IO 模型

“最簡(jiǎn) IO 模型”自然是輸入直接輸出，比如房間里的照明燈給電就亮，這是不需要嵌入式的。按現(xiàn)在的潮流說法，加嵌入式進(jìn)去那得叫智能硬件。因此，嵌入式的最簡(jiǎn) IO 模型就是在輸入和輸出之間加入“嵌入式運(yùn)算平臺(tái)”，如“圖1”。

圖1. 嵌入式最簡(jiǎn) IO 模型

在嵌入式最簡(jiǎn) IO 模型下的產(chǎn)品功能大多都相對(duì)簡(jiǎn)單，有明確的輸入和明確的輸出，也就是說嵌入式軟件的運(yùn)算過程是明確的。這是自然“面向過程”的情況，這種情況下選 C 還是 C 沒有多大差別。簡(jiǎn)單的控制過程就算選 C 也是寫面向過程的軟件。

舉個(gè)例子來說就是現(xiàn)在小孩子都玩兒膩了的“巡線小車”，上電就跟著線跑。這個(gè)用 Arduino C 來實(shí)現(xiàn)就可以了，其實(shí) Arduino 是 C 庫，在這種簡(jiǎn)單功能上體現(xiàn)不出 C 和 C 有多大區(qū)別。

嵌入式受控 IO 模型

所謂“嵌入式受控 IO 模型”可以認(rèn)為是一個(gè)遙控智能車一樣的設(shè)備。在受控模型下，嵌入式硬件平臺(tái)多了一路“指令”輸入。這時(shí)候不妨再加個(gè)顯示器，用于顯示當(dāng)前處于“受控模式”還是“自動(dòng)模式”，如“圖2”。

圖2. 嵌入式受控 IO 模型

這里引入的“模式”是一個(gè)軟件概念，軟件是有無限可能的，能加一個(gè)模式進(jìn)去就有可能再加很多個(gè)模式。模式在軟件流程上是一個(gè)環(huán)節(jié)，但這個(gè)環(huán)節(jié)如上所述有多種不同的可能，這種情況最適合用 C 的面向?qū)ο笏枷雭韺懗绦颉?/p>即：軟件上“單點(diǎn)多樣”的情況下用 C 使軟件模塊化，用父、子類來實(shí)現(xiàn)，代碼的可讀性和可維護(hù)性都會(huì)遠(yuǎn)強(qiáng)于用 C 來寫。有關(guān)“模式”的詳細(xì)展開請(qǐng)看《從 ArduPilot 學(xué)習(xí)模式管理機(jī)制并移植和改進(jìn)》。

嵌入式終級(jí) IO 模型

隨著人工智能的逐步發(fā)展，越來越多的算法需要強(qiáng)勁的 CPU 甚至 GPU，這都不是嵌入式平臺(tái)能做的。嵌入式平臺(tái)長(zhǎng)于實(shí)時(shí)控制而非快速大量運(yùn)算，因此需要與機(jī)載 PC 配合工作。這樣種情況下的模型如“圖3”。

圖3. 嵌入式終級(jí) IO 模型

這樣的模型毫無疑問用 C 會(huì)得到可維護(hù)性更好的嵌入式軟件。如上所述 C 用在“單點(diǎn)多樣”的環(huán)節(jié)，也就是說在考慮 C 代碼之前要先確認(rèn)有“哪些點(diǎn)”以及每個(gè)點(diǎn)有“哪些樣”。

嵌入式軟件的語言選擇

下面基于“嵌入式終極 IO 模型”展開說嵌入式軟件的語言選擇。在嵌軟部分從前往后展開，首先是傳感器輸入數(shù)據(jù)。

傳感器輸入部分的語言選擇

圖4. 傳感器輸入部分語言選擇

軟件特性	語言
軟件運(yùn)行平臺(tái)的相關(guān)硬件不經(jīng)常改變	C
軟件運(yùn)行平臺(tái)的相關(guān)硬件經(jīng)常改變	C

上表根據(jù)軟件的運(yùn)行平臺(tái)差異直接給出了選擇建議，平臺(tái)差異也決定了軟件特性的不同。

對(duì)于醫(yī)療、工業(yè)、運(yùn)輸/鐵路、航空航天設(shè)備、汽車、核應(yīng)用、家電系列產(chǎn)品，一般生產(chǎn)出來之后嵌入式硬件將不再改變，這類產(chǎn)品開發(fā)就適合選擇 C 語言。在這些產(chǎn)品上 C 語言占用資源相對(duì)少、較率相對(duì)高。因?yàn)橛布潭ㄋ攒浖次募?shù)量也是明確的，源碼文件管理的負(fù)擔(dān)也不重。另外傳感器驅(qū)動(dòng)開發(fā)這件事本身就是“面向過程”的，開發(fā)經(jīng)驗(yàn)是決定開發(fā)效率的關(guān)鍵，“面向?qū)ο蟆痹陂_發(fā)效率上的優(yōu)勢(shì)于這種情況下很難體現(xiàn)出來。

對(duì)于玩具、教具類產(chǎn)品或者是開源軟件，靈活適配同類硬件是基本要求。這類嵌軟的特點(diǎn)是同一種硬件需要適配不同廠家、不同型號(hào)的“同功能設(shè)備”，這就符合“面向?qū)ο蟆钡乃枷?。就?GPS 來說，不論哪個(gè)廠家都要輸出經(jīng)緯度、速度、時(shí)間戳這些數(shù)據(jù)，我們可以把這些共性數(shù)據(jù)做成 C 的基類，用子類解決廠家差異。這部分 Sugar 在《一文讀懂 ArduPilot 的前后臺(tái)架構(gòu)》中有詳述。

嵌入式運(yùn)算部分的語言選擇

圖5. 嵌入式運(yùn)算部分語言選擇

這一部分的軟件特性是：算法與硬件平臺(tái)無關(guān)。算法本身是數(shù)學(xué)和邏輯，平臺(tái)提供運(yùn)算能力，因此運(yùn)算部分理應(yīng)在任何運(yùn)算能力達(dá)到要求的平臺(tái)上都能夠運(yùn)行。另外算法本身具有多樣性，一個(gè)目標(biāo)往往不只一種算法可以達(dá)到。

“單點(diǎn)多樣”、“跨平臺(tái)”這兩點(diǎn)對(duì)軟件代碼的文件管理都有比較高的要求，這些要求用 C 就非常容易滿足。

協(xié)議數(shù)據(jù)部分的語言選擇

圖6. 協(xié)議數(shù)據(jù)部分語言選擇

協(xié)議本質(zhì)是對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的打包和解包，這是一個(gè)面向過程的事，所以用 C 語言來實(shí)現(xiàn)協(xié)議代碼最合適。

從數(shù)據(jù)傳輸方面考慮，在把數(shù)據(jù)送給協(xié)議代碼打包前，最好將數(shù)據(jù)分類，以明確數(shù)據(jù)是“給誰”和“干什么”的，這些事 Sugar 統(tǒng)稱為“協(xié)議數(shù)據(jù)管理”。從嵌入式軟件整體來看“協(xié)議數(shù)據(jù)管理”就是整體中的“一個(gè)點(diǎn)”，而嵌入式平臺(tái)的通信對(duì)象可能不唯一，比如“圖6”中就有給顯示器的和給機(jī)載 PC 的，也就是說管理起來是“多樣的”。這從軟件整體來看也是一個(gè)典型的“單點(diǎn)多樣”，所以協(xié)議數(shù)據(jù)管理這部分選 C 面向?qū)ο髮戃浖袃?yōu)勢(shì)。

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