15、软件架构与模块化：构建高效系统的关键要素

软件架构与模块化：构建高效系统的关键要素

1. 软件架构概述

软件架构是系统设计的最高层次，为系统的整体组织和运行提供总体规划。如果系统没有文档化的软件架构，那么除了开发人员头脑中的想法外，就没有其他总体规划了。

一个设计良好的软件架构至关重要。许多嵌入式系统在没有文档化架构的情况下创建，虽然从直觉上所有系统都有架构，但很多系统并没有良好的架构。一个糟糕的架构，即缺乏连贯总体规划的架构，往往难以理解、设计、调试和维护，也难以确保正确性。

以下是一些可能表明需要更多精力来定义和记录软件架构的症状：
- 系统没有一张单页的软件架构图，虽然可以有备份图展示细节，但应该有一个适合在一张纸上呈现的高层次描述。
- 没有一个人能够给出软件整体组织的高层次视图，例如，给定白板、马克笔和 15 分钟时间，没有人能画出软件的整体组织图。
- 修改或添加软件容易出错，因为代码库中软件的风格差异很大。这种系统的架构图往往看起来非常混乱。

一个未定义或不充分的架构可能会导致以下问题：
- 由于不一致的架构方法，修改或改进系统困难且成本高昂。
- 高缺陷率。
- 由于系统组织不佳，故障重新注入率高（修复一个 bug 时产生新的 bug）。
- 难以理解系统的整体组织，新人员的学习曲线困难。
- 早期代码磨损，由于频繁更改，软件变得脆弱和混乱，丢弃它比继续维护更具成本效益。
- 如果项目的复杂性没有通过良好的架构方法得到妥善管理，项目可能无法完成。

2. 软件架构的表示

软件架构是以下几个方面的组合：
- 系统的组件：组件可以是对象、单独编译的模