【愚公系列】软考高级-架构设计师 037-软件开发工具

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🚀前言

软件开发工具是帮助软件开发者进行有效编程、调试、维护、测试和管理应用程序的软件。这些工具的目标是提高开发效率、简化开发过程、增强代码质量，并支持团队协作。软件开发工具涵盖了从简单的编程工具到复杂的管理系统的广泛范围。

🔎1. 编辑器和集成开发环境（IDE）

• 文本编辑器：如Sublime Text、Vim、Notepad++等，这些编辑器主要用于编写和编辑代码。
• 集成开发环境（IDE）：如Visual Studio、Eclipse、IntelliJ IDEA等，IDE不仅包括代码编辑器，还集成了编译器、调试器以及代码自动完成等多种功能，为开发者提供了一个全面的开发环境。

🔎2. 编译器和解释器

• 编译器：将源代码转换成机器语言，以便计算机执行。例如，C语言的GCC编译器、Java的Javac。
• 解释器：逐行执行源代码，无需将整个程序编译成机器代码，如Python解释器。

🔎3. 调试工具

• 调试工具帮助开发者测试代码并找出错误。这些工具可以让开发者逐行执行程序，检查运行时的变量状态，以便诊断问题所在。

🔎4. 版本控制系统

• 如Git、Subversion等，这些工具帮助开发团队管理代码的不同版本，支持多人同时工作在同一项目上，同时追踪和记录每一次代码的改动。

🔎5. 构建工具

• 用于自动化创建软件构建过程的工具，例如Make、Maven、Gradle等。这些工具可以自动化编译、链接、打包和测试过程，提高开发效率。

🔎6. 测试工具

• 包括单元测试、集成测试、性能测试等各种自动化测试工具，如JUnit、Selenium、LoadRunner等。这些工具可以自动化执行测试用例，确保软件质量。

🔎7. 持续集成和持续部署（CI/CD）工具

• 如Jenkins、Travis CI、GitLab CI等，这些工具可以自动化代码的集成、测试、部署过程，确保代码的快速迭代和高质量。

🔎8. 项目管理和协作工具

• 如Jira、Trello、Asana等，这些工具帮助团队跟踪项目进度，管理任务，并促进团队成员间的协作和沟通。

软件开发工具的选择取决于项目的具体需求、开发团队的偏好以及预算等因素。合理选择和使用这些工具可以显著提升软件开发的效率和产品质量。

🚀一、软件开发工具

🔎1.嵌入式软件开发

嵌入式软件开发通常涉及三个关键阶段：编码、交叉编译和交叉调试。以下是这些阶段的详细整理，包括所使用的主要工具和技术：

🦋1.1 编码

• 编辑器：用于编写嵌入式源代码程序。理论上，任何文本编辑器都可以用来编写源代码，但功能强大的集成开发环境（IDE）提供了更多辅助功能，如语法高亮、代码自动完成、错误提示等，这些功能可以大大提高编程效率。
  • 集成开发环境（IDE）：例如Visual Studio (VS)系列、Eclipse、Keil等，这些IDE提供了一站式的开发解决方案。
  • 独立编辑器：如UltraEdit (UE)、Source Insight、Vim等，这些编辑器虽然不像IDE那样集成了编译和调试工具，但在灵活性和自定义方面具有优势。

🦋1.2 交叉编译

• 编译器（gcc）：交叉编译是将源代码编译成在目标机上运行的可执行文件的过程。由于宿主机和目标机的系统架构不同，因此需要使用交叉编译器。
  • GNU C/C++（gcc）：是目前广泛使用的交叉编译器，支持多种宿主机和目标机组合。GCC能够生成针对不同处理器架构优化的代码，广泛应用于嵌入式系统开发。

🦋1.3 交叉调试

• 调试器（gdb）：开发嵌入式软件时，交叉调试是不可或缺的步骤。调试过程涉及在宿主机上运行调试器，而被调试的程序则运行在目标机上。
  • 通信连接：调试器与目标机之间的通信可以通过串口、并口、网络、JTAG等方式实现。这些连接方式便于调试器实时访问和控制目标机上运行的程序。
  • 调试代理：目标机上通常会有调试器的代理（可以是软件或支持调试功能的硬件），这些代理协助调试器执行调试任务。
  • GNU Debugger (gdb)：是GNU开源组织发布的调试工具，功能强大，可以用于追踪和控制程序执行过程，检查发生错误时的状态。

这三个阶段构成了嵌入式软件开发的核心流程，每个阶段都使用专门的工具来确保开发的高效性和软件的可靠性。通过这样的工具和流程，开发者可以更精确地控制硬件资源有限的嵌入式设备上的软件行为。

🔎2.练习

🦋2.1 题目一

以下关于嵌入式系统开发的叙述，正确的是()。

A.宿主机与目标机之间只需要建立逻辑连接

B.宿主机与目标机之间只能采用串口通信方式

C.在宿主机上必须采用交叉编译器来生成目标机的可执行代码

D.调试器与被调试程序必须安装在同一台机器上

正确答案是：C

解析：

A. 宿主机与目标机之间只需要建立逻辑连接 - 这种说法不完整。虽然宿主机与目标机确实需要建立逻辑连接，但通常这种连接是通过物理方式实现的，如串口、网络接口等。因此，单纯的逻辑连接描述不够准确。

B. 宿主机与目标机之间只能采用串口通信方式 - 这个说法是错误的。宿主机与目标机之间的通信不仅限于串口，还可以通过网络、USB、并口、JTAG等多种方式进行。

C. 在宿主机上必须采用交叉编译器来生成目标机的可执行代码 - 这个说法是正确的。由于宿主机和目标机通常拥有不同的处理器架构，因此需要在宿主机上使用交叉编译器来生成适用于目标机的可执行代码。

D. 调试器与被调试程序必须安装在同一台机器上 - 这个说法是错误的。在嵌入式系统开发中，调试器通常安装在宿主机上，而被调试的程序运行在目标机上。调试器通过各种通信接口与目标机建立连接进行调试。

🦋2.2 题目二

实时操作系统主要用于有实时要求的过程控制等领域。因此，在实时操作系统中，对于来自外部的事

件必须在（）。

(A) 一个时间片内进行处理

(B) 一个周转时间内进行处理

(C）一个机器周期内进行处理

(D) 被控对象允许的时间范围内进行处理

正确答案是：(D) 被控对象允许的时间范围内进行处理

解析：

实时操作系统主要用于需要满足实时要求的应用场景，例如过程控制、嵌入式系统等。在实时操作系统中，对于来自外部的事件必须在被控对象允许的时间范围内进行处理，以确保系统对外部事件的响应能够满足实时性要求。

• 选项A：一个时间片内进行处理 - 这种情况更适用于时间片轮转调度算法，但并不适用于所有实时操作系统。
• 选项B：一个周转时间内进行处理 - 周转时间通常指一个进程从进入就绪队列到执行完成的时间，与实时性要求无直接关系。
• 选项C：一个机器周期内进行处理 - 机器周期是处理器执行一条指令所需的时间，处理外部事件的实时性要求可能需要更短的响应时间。
• 选项D：被控对象允许的时间范围内进行处理 - 这是最符合实时操作系统的工作原理的选项。实时操作系统需要根据被控对象的实时要求，确保在规定的时间内对外部事件进行处理，以满足实时性要求。

🦋2.3 题目三

以下关于操作系统微内核架构特征的说法，不正确的是（）。

(A) 微内核的系统结构清晰，利于协作开发

(B) 微内核代码量少，系统具有良好的可移植性

(C) 微内核有良好的伸缩性、扩展性

(D) 微内核的功能代码可以互相调用，性能很高

正确答案是 (D) 微内核的功能代码可以互相调用，性能很高。

解析：

• (A) 微内核的系统结构确实较清晰，因为微内核将核心功能模块化，易于协作开发。
• (B) 微内核通常具有较小的代码量，这有助于提高系统的可移植性，因为较少的代码意味着更少的平台相关性。
• (C）微内核通常设计具有良好的伸缩性和扩展性，因为它们允许将功能模块化，并且可以相对容易地添加或删除功能模块以适应系统需求的变化。

而 (D) 中的说法不正确，微内核的性能并不一定很高。由于微内核结构的设计，不可避免地会引入额外的开销，例如进程间通信的开销等，这可能会影响系统的性能表现。

🦋2.4 题目四

某嵌入式实时操作系统采用了某种调度算法，当某任务执行接近自己的截止期（deadline）时，调度

算法将把该任务的优先级调整到系统最高优先级，让该任务获取CPU资源运行。请问此类调度算法是（ ）。

(A) 优先级调度算法

(B) 抢占式优先级调度算法

(C）最晚截止期调度算法

(D) 最早截止期调度算法

答案是：(C）最晚截止期调度算法

解析：

• (A) 优先级调度算法：在一般的优先级调度算法中，任务的优先级是固定的，不会随着截止期的接近而动态调整。
• (B) 抢占式优先级调度算法：这种调度算法允许任务的优先级随着时间的推移而改变。系统会动态地将该任务的优先级提高到系统中最高的优先级，以确保任务能够及时完成。
• (C）最晚截止期调度算法：这种调度算法倾向于优先处理最晚截止期的任务，但不一定会调整任务的优先级。
• (D) 最早截止期调度算法：这种调度算法倾向于优先处理截止期最早的任务，同样也不一定会调整任务的优先级。

🦋2.5 题目五

混成系统是嵌入式实时系统的一种重要的子类。以下关于混成系统的说法中，正确的是（ ）。

(A) 混成系统一般由离散分离组件并行组成，组件之间的行为由计算模型进行控制

(B) 混成系统一般由离散分离组件和连续组件并行或串行组成 ，组件之间的行为由计算模型进行控制

(C) 混成系统一般由连续组件串行组成，组件之间的行为由计算模型进行控制

(D) 混成系统一般由离散分离组件和连续组件并行或串行组成，组件之间的行为由同步/异步事件进行管理

答案是：(B) 混成系统一般由离散分离组件和连续组件并行或串行组成，组件之间的行为由计算模型进行控制

解析：

• (A) 混成系统一般由离散分离组件并行组成，组件之间的行为由计算模型进行控制：这个说法不准确。混成系统通常包含离散分离组件和连续组件，并且它们可以并行或串行地组成，行为通常由计算模型进行控制，而不仅仅是离散组件并行。
• (B) 混成系统一般由离散分离组件和连续组件并行或串行组成，组件之间的行为由计算模型进行控制：这是混成系统的典型特征，离散分离组件和连续组件可以并行或串行地组成，并且它们的行为由计算模型进行控制。
• (C) 混成系统一般由连续组件串行组成，组件之间的行为由计算模型进行控制：这个说法不准确。混成系统通常包含离散分离组件和连续组件，并且它们可以并行或串行地组成，不限于连续组件串行。
• (D) 混成系统一般由离散分离组件和连续组件并行或串行组成，组件之间的行为由同步/异步事件进行管理：这个说法不准确。混成系统中的组件行为通常由计算模型进行控制，而不仅仅是同步/异步事件。🦋2.6 题目六

目前处理器市场中存在CPU和DSP两种类型处理器，分别用于不同场景，这两种处理器具有不同的

体系结构，DSP采用（ ）。

(A) 冯•诺伊曼结构

(B) 哈佛结构

(C) FPGA结构

(D) 与GPU相同结构

答案是：(B) 哈佛结构

解析：

• (A) 冯•诺伊曼结构：这是最传统的计算机体系结构，特点是共用一套地址空间的存储器用于存放指令和数据。CPU通常采用冯诺依曼结构。
• (B) 哈佛结构：DSP（数字信号处理器）通常采用哈佛结构，它有独立的存储器和地址空间用于指令和数据，允许指令和数据的并行访问，这样可以高效地处理数字信号处理任务。
• (C) FPGA结构：FPGA（现场可编程门阵列）是一种可以通过编程配置的电子芯片，它使用可编程逻辑块和连接资源来实现不同的硬件功能，但不是特指DSP的体系结构。
• (D) 与GPU相同结构：GPU（图形处理单元）拥有大量的小处理核心，适用于处理并行计算密集型的任务，如图形和视频处理。它的结构专为并行运算设计，与DSP的结构不同。🦋2.7 题目七嵌入式系统设计一般要考虑低功耗， 软件设计也要考虑低功耗设计，软件低功耗设计一般采用（ ）。 (A) 结构优化、编译优化和代码优化 (B) 软硬件协同设计、开发过程优化和环境设计优化 (C) 轻量级操作系统、算法优化和仿真实验 (D) 编译优化技术、软硬件协同设计和算法优化

这道题目要求选择嵌入式系统软件设计中通常采用的低功耗设计方法。正确答案是：

(D) 编译优化技术、软硬件协同设计和算法优化

解析：

• 编译优化技术：通过编译器对代码进行优化，减少程序执行时的功耗，如优化代码结构、减少冗余计算等。
• 软硬件协同设计：通过软硬件结合的方式，在系统级别上进行功耗优化，例如通过硬件加速器、低功耗处理器等来降低功耗。
• 算法优化：采用低功耗的算法设计，如选择更节能的算法实现相同的功能，以减少系统功耗。

这些方法结合起来可以有效地降低嵌入式系统的功耗，提高系统的能效比，适应嵌入式系统对低功耗的要求。

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