淺談軟體硬體聯絡

軟體硬體看似兩個分家的東西，其實內在有千絲萬縷的聯絡。我舉一些小例子：

開關電源的電感在一個刻度內，要滿足伏秒平衡。物理意義是，開關周期內電感吸收的能量和釋放的能量應該是相等的。否則，系統不會平衡，不穩定。對於軟體系統，特別是複雜的大型系統，雖然有嚴謹的理論去判斷一個軟體模組的穩定性。但對於程式員調試，並不是一個簡單輕鬆的過程。可以借鑒伏秒平衡的思路，一個大型的代碼在一個狀態結束時，除了一些統計變數之外，應該是回到最初的狀態，具體的體現：記憶體釋放與申請，系統輸出的結果等應和最初狀態一致。棧在沒有中斷回到初始位置時，應該也是回到最初位置的。否則，系統會不穩定。

關於初始化，一直不被軟體工程師所重視。硬體工程師有時候也會忽視這個問題。軟體中的初始化，從宏觀上講，模組的初始化；啟動作業系統的準備工作；任務棧，堆的準備。從微觀上講，變數的初始化，全域建構函式，全域變數初始化。對於硬體，上電的順序；晶片管腳上電的狀態。數字晶片的初始邏輯狀態。類比訊號的初始範圍等等。有一些音箱，開機的時候會砰一聲。這個是上電產生的電流衝擊，比較難抑制。消音電路很難做好。一些進階的CPU，會有上電順序要求。一些可靠的系統，要求上電，掉電，訊號都必須有確定的狀態。單純的硬體去做，有時候很困難。可能需要軟體硬體一起結合著做。Bootloader 為了後續的應用代碼做了很多初始化工作。

在軟體抽象一些客觀事物時，可以參考硬體的抽象。比如說乙太網路相對於處理器是個低速裝置，為瞭解決無休止的中斷，DMA 可以大大緩解處理器的壓力。如果處理器抽象成一個類、乙太網路抽象成一個類，那麼DMA可以看作一個通訊關聯類別了。其參數的抽象和深入的分析，對軟體設計和硬體設計都是個極大的促進。

晶片是別人給你的庫函數。完成各種各樣的功能。軟體開發過程中，需要瞭解庫函數的執行行為，參數範圍，提示，應用情境。其實，晶片的應用也是一樣的。需要瞭解管腳的功能定義，晶片的動作行為，應用情境，功耗等等各方面的資訊。瞭解得越細，對應用越有協助。

軟體硬體的結合，主要是洞悉背後解決問題的方法，處理實際的工程問題。