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Design of Software Systems

Design of Software Systems. Self-Documenting Code. 이용자를 위한 Comment 유효한 입력 자료의 형태는 ? 어떠한 출력이 가능한가 ? 어떠한 일을 하는 소프트웨어 인가 ? 해당 모듈을 Call 하는 방법은 ? 에러가 발생할 조건은 ? 개발자를 위한 Comment 소프트웨어가 어떻게 동작 하나 ? 어떠한 알고리즘이 사용되었나 ? 어떻게 소프트웨어가 테스트 되었나 ? 어떻게 소프트웨어를 변경할 수 있나 ?. Self-Documenting Code.

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Presentation Transcript

  1. Design of Software Systems

  2. Self-Documenting Code • 이용자를 위한 Comment • 유효한 입력 자료의 형태는? • 어떠한 출력이 가능한가? • 어떠한 일을 하는 소프트웨어 인가? • 해당 모듈을 Call 하는 방법은? • 에러가 발생할 조건은? • 개발자를 위한 Comment • 소프트웨어가 어떻게 동작 하나? • 어떠한 알고리즘이 사용되었나? • 어떻게 소프트웨어가 테스트 되었나? • 어떻게 소프트웨어를 변경할 수 있나?

  3. Self-Documenting Code • 나쁜 Comment 예 • X=X+4; /* add 4 to x */ • Flag = 0; /* set Flag = 0 */ • 좋은 Comment 예 • X=X+4; /* 4 is added to correct for the offset (mV) in the transducer */ • Flag = 0; /* mean no key has been typed */

  4. Self-Documenting Code • Subroutine 과 Function의 Comment • 이용자를 위한 Comment • 어떻게 Function이 사용 되는가? • 어떻게 Parameters가 Pass 되는가? • 어떤 종류의 에러가 발생될 수 있는 가? • 어떻게 결과가 Return 되는가? • 개발자를 위한 Comment • 어떻게 함수가 동작하는가? • Comment 의 위치 • 이용자를 위한 Comment • C 언어인 경우 : *.h file 에 작성 • Assembly 언어 인 경우 : Function의 시작 전에 작성 • 개발자를 위한 Comment • C 언어인 경우 : *.cfile 에 작성 • Assembly 언어 인 경우 : Function의 Body에 작성

  5. Self-Documenting Code • 이해하기 쉽고 변경하기 쉬운 소프트웨어의 작성 • #define 문 이용한 이해하기 쉽고 변경하기 쉬운 소프트웨어의 작성 • #define 문의 부적절한 사용 예

  6. Self-Documenting Code • #define 문의 적절한 사용 예

  7. Module 이용자에게 필요한 Comment • Purpose of the module • Input parameters • How passed (call by value, call by reference) • 적정한 범위(입력이 적정한 범위에 있는가?) • Format(8 bit/16 bit, signed/unsigned, etc) • Output parameters • How passed (return by value, return by reference) • Format(8 bit/16 bit, signed/unsigned, etc) • Example input and output • Error condition • Example calling sequence • Local variables 와 그들의 의미

  8. Naming Convention • 의미 있는 Name을 사용하라. • 모호한(혼동의 우려가 있는) name을 사용 하지 마라. • Data type 을 알 수 있도록 하라. • 같은 type의 Object에 같은(유사한) 이름을 사용 하라. • Public object 를 구분할 수 있는 접두사를 사용하라. • 대문자와 소문자를 사용하여 Object의 Scope를 구분하라. 대문자 사용 소문자 로 시작 대문자로 구분 대 문자로 시작 대 문자로 구분 _ 로 구분

  9. Software Abstraction • Software Abstraction 은 복잡한 시스템을 잘 정의된 추상화된 기본 모듈을 사용 구성 한다. 그 결과 • 개발 기간이 단축되고, • 미리 개발된 많은 Building Block을 사용 • 이해하기 쉽고, • 보수 유지가 용이 하고, • 최적화가 용이한 소프트웨어 시스템을 설계할 수 있다.

  10. Software Abstraction • Software Abstraction의 대표적인 예는 • Finite-State Machine(FSM) • Moore FSM • Output은 오직 현재의 State에 의하여만 결정 된다. • Input은 State Transition에 만 영향을 준다. • Mealy FSM • 현재의 상태와 Input에 의하여 Output이 결정된다. • Proportion Integral Derivative (PDI) Digital Controller • Fuzzy Logic Digital Controller • Neural Network • Linear System of Differential Equation

  11. Moore Finite-State Machine Traffic Light Controller • 2개의 입력 센서 사용 • 0 0 : 북,동쪽 모두 차량이 없음 • 0 1 : 동쪽 길에만 차량 있음 • 1 0 : 북쪽 길에만 차량 있음 • 1 1 : 양쪽 길에 모두 차량 있음 북쪽 센서 동쪽 센서 PD1 PD0 PF5 PF4 PF3 PF2 PF1 PF0 Atmega 128

  12. Moore Finite-State Machine Traffic Light Controller • Output State • goN : 100001 동쪽 신호 Red ,북쪽 신호 Green • wateN : 100010 동쪽 신호 Red , 북쪽 신호 Yellow • goE : 001100 동쪽 신호 Green, 북쪽 신호 Red • wateE : 010100 동쪽 신호 Yellow, 북쪽 신호 Red MSB : 동쪽 신호Red, Yellow, Green북쪽 신호Red, Yellow, GreenLSB • 교통 신호의 동작 기술 • 양방향 모두 차가 없는 경우 현재의 Green 상태 유지 • Green에서 Red로 변경 시 5초간 황색 신호 유지 • Green 신호는 최소 30초간 유지 • 만약 차가 한 방향에서만 오는 경우 그 방향의 Green 신호 를 계속 유지 • 양 방향에서 차가 오는 경우 4 상태를 순차적 이동

  13. Moore Finite-State Machine Traffic Light Controller 0 출력 Table 2.12 Tabular form of Moore FSM that implements a traffic light.

  14. Moore Finite-State Machine Traffic Light Controller • First Step : Operation Sequence 의 결정 • Timer와 I/O Port 의 초기화 • 초기 상태 설정 • FSM 제어기 구현 • 현재 상태에 따른 신호 상태를 출력 • 현재 상태에 따른 Delay 실현 • 입력 Sensor로부터 입력 • 현재 상태와 입력에 따라 다음 상태로 천이

  15. Moore Finite-State Machine Traffic Light Controller • Second Step : Data Structure 정의 • C 언어 프로그래밍 예

  16. // Table implementation conststruct State { unsigned char Out; unsigned short Time; unsigned char Next[4];}; typedefconststruct State STyp; #define goN 0 #define waitN 1 #define goE 2 #define waitE 3 STyp FSM[4]={ {0x21,3000,{goN,waitN,goN,waitN}}, {0x22, 500,{goE,goE,goE,goE}}, {0x0C,3000,{goE,goE,waitE,waitE}}, {0x14, 500,{goN,goN,goN,goN}} }; void main(void){ unsigned char n; // state number unsigned char Input; Timer_Init(); PORTF = 0x00; DDRF = 0xFF; DDRD &= ~0x03; n = goN; while(1){ PORTF = FSM[n].Out; Timer_Wait10ms(FSM[n].Time); Input = (~PORTD) & 0x03; n = FSM[n].Next[Input]; } } • C 언어 프로그래밍 예: Table implementation

  17. // Pointer implementation conststruct State { unsigned char Out; unsigned short Time; conststruct State *Next[4];}; typedefconststruct State STyp; #define goN &FSM[0] #define waitN &FSM[1] #define goE &FSM[2] #define waitE &FSM[3] STyp FSM[4]={ {0x21,3000,{goN,waitN,goN,waitN}}, {0x22, 500,{goE,goE,goE,goE}}, {0x0C,3000,{goE,goE,waitE,waitE}}, {0x14, 500,{goN,goN,goN,goN}} }; void main(void){ STyp *Pt; // state pointer unsigned char Input; Timer_Init(); PORTF = 0x00; DDRF = 0xFF; DDRD &= ~0x03; Pt = goN; while(1){ PORTF = Pt->Out; Timer_Wait10ms(Pt->Time); Input = (~PORTD) & 0x03; Pt = Pt->Next[Input]; } } Program 2.11. Two 6812 C implementations of a Moore FSM. : Pointer implementation

  18. Mealy Finite-State Machine Robot Controller PD1 PD0 PF3 PF2 Pf1 Pf0 AVR 128 • Robot은 Mood 센서 Port A를 통하여을 4가지의 가능한 입력 상태를 갖는다. • 00 : Ok, 현재 상태로 기분 좋음. • 01 : Tired, 피곤하기 때문에 현재 보다 편한 상태를 원함. • 10 : Curious, 주변에 대하여 관심을 보이는 상태, 이 상태에서는 않거나서있는 상태에 있어야 한다. • 11 : Anxious, 위험을 감지함. 현재보다 긴장된 상태로 돌입하여야 함.

  19. Mealy Finite-State Machine Robot Controller • Robot은 Standing, Sitting, Sleeping 3가지 상태를 갖는다. • Robot은 4가지 상태의 출력을 갖는다. • PB3 SitDown, 현재 서있는 상태에서 앉아 있는 상태로 • PB2 StandUp, 현재 앉아 있는 상태에서 서있는 상태로 • PB1 LieDown, 현재 앉아 있는 상태에서 누운 상태로 • PB0 SitUp, 현재 누운 상태에서 앉아 있는 상태로 입력 출력

  20. Mealy Finite-State Machine Robot Controller • Software Design의 첫 단계에서는 동작의 순서를 결정함. • Input/Output Port를 초기화함. • 초기 상태를 기술함. • FSM Controller 를 구현함 • Sensors Input • 현재 상태와 입력에 따라 Robot 에 Output • 현재 상태와 입력에 따라 상태를 천이 한다. • 둘째 단계에서는 Linked data structure를 사용하여 FSM Graph를 정의한다.

  21. C Implementation of a Mealy Finite State Machine. • Output defined as numbers // outputs defined as numbers conststruct State{ unsigned char Out[4]; // outputs conststruct State *Next[4]; // Next }; typedefconststruct State StateType; #define Standing &fsm[0] #define Sitting &fsm[1] #define Sleeping &fsm[2] #define None 0x00 #define SitDown 0x08 // pulse on PF3 #define StandUp 0x04 // pulse on PF2 #define LieDown 0x02 // pulse on PF1 #define SitUp 0x01 // pulse on PF0 StateType FSM[3]={ {{None,SitDown,None,None}, //Standing {Standing,Sitting,Standing,Standing}}, {{None,LieDown,None,StandUp}, //Sitting {Sitting,Sleeping,Sitting,Standing }}, {{None,None,SitUp,SitUp}, //Sleeping {Sleeping,Sleeping,Sitting,Sitting}} }; void main(void){ StatePtr *Pt; // Current State unsigned char Input; DDRF = 0xFF; // Output to robot DDRD &= ~0x03; // Input from sensor Pt = Standing; // Initial State while(1){ Input = (~PORTD) & 0x03; // Input=0-3 PORTF =Pt->Out[Input]; // Pt= Pt->Next[Input]; // next state } }

  22. C Implementation of a Mealy Finite State Machine. • Output defined as functions // outputs defined as functions conststruct State{ void (*CmdPt)[4](void); // outputs conststruct State *Next[4]; // Next }; typedefconststruct State StateType; TypedefStateType * StatePtr; #define Standing &fsm[0] #define Sitting &fsm[1] #define Sleeping &fsm[2] void None(void){}; void SitDown(void){ PORTF=0x08;} // PF3 void StandUp(void){ PORTF=0x04; PORTB=0;} // PF2 void LieDown(void){ PORTF=0x02; PORTB=0;} // PF1 void SitUp(void) { PORTF=0x01; PORTB=0;} // PF0 StateType FSM[3]={ {{&None,&SitDown,&None,&None}, //Standing {Standing,Sitting,Standing,Standing}}, {{&None,&LieDown,&None,&StandUp},//Sitting {Sitting,Sleeping,Sitting,Standing }}, {{&None,&None,&SitUp,&SitUp}, //Sleeping {Sleeping,Sleeping,Sitting,Sitting}} }; void main(void){ StatePtr Pt; // Current State unsigned char Input; DDRF = 0xFF; // Output to robot DDRD &= ~0x03; // Input from sensor Pt = Standing; // Initial State while(1){ Input = (~PORTD) & 0x03; // Input=0-3 (*Pt->CmdPt[Input])(); // function Pt = Pt->Next[Input]; // next state } }

  23. M1500 M2000 W2000 W1000 M1000 W1500 500원 출력 None None None 캔출력 None W캔출력 M0 W500 M500 None None None None Vending Machine(Moore Finite-State Machine) 입력에 관계없이 언제나 • Vending Machine은 센서 Port A를 통 하여 3가지의 가능한 입력 상태를 갖고 캔의 가격은 1500원 이다. • 00 : 입력 없음. • 01 : 500원 동전 입력 상태. • 10 : 1000원 동전 입력 상태. • 11 : 불가능한 입력. 500원 입력 100원 입력

  24. Vending Machine(Moore Finite-State Machine) • Program 예

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