בהנדסה המודרנית, מכשירים לעתים קרובות צריכים לתקשר באמצעות פרוטוקולים שונים כגון Ethernet, USB, Bluetooth, או Wi-Fi. Handling שיטות תקשורת מגוונות אלה ביעילות חיוני עבור יכולת פעולה והיקף מכשירים.תבנית המפעל, דפוס עיצוב בריא, מציע פתרון אלגנטי לאתגר זה על ידי הסרת תהליך ההנדסה של פרוטוקולי התקשורת.על ידי קידום הפיכה והפרדה רופפת של חששות, מאפשר מהנדסי עיצוב רחבים כדי לבחון סטנדרטים חדשים של מערכת תקשורת.

הבנת שיטת המפעל

דפוס שיטת המפעל הוא דפוס עיצוב בריא המגדיר ממשק ליצירת אובייקט אבל מאפשר תת-classs לשנות את סוג האובייקטים אשר ייברא.זה אחד האנגאנג הקלאסי של ארבעה דפוסים והוא בשימוש נרחב בהנדסת תוכנה כדי לנהל יצירת אובייקטים בצורה גמישה, מדרגית. בליבתו, התבנית מאצילת את ההיגיון המיידי לתת, ומאפשרת לכיתת מעמד כדי להדוף את הקודים האלה, כדי להקל על מנת להרחיב את ה-ה.

מבנה ומבנה

הכוונה העיקרית של דפוס שיטת המפעל היא לאפשר לכיתה להפרת מיידיות למחלקותיה.התבנית מורכבת ממספר מרכיבים מרכזיים:

  • (ב) [המאה ה-1]: הממשק המשותף או המעמד המופשט המגדיר את סוג האובייקטים ששיטת המפעל יוצרת.
  • (FLT:0)Concrete ProductFLT:1 - המימוש הספציפי של ממשק המוצר, כל אחד מתאים לגרסה מסוימת של האובייקט.
  • (FLT:0)CreatorentiFLT:1 - המעמד המופשט או הממשק המכריז על שיטת המפעל.השיטה מחזירה אובייקט מוצר, אך הבורא עצמו אינו יודע אילו מוצרים מגובשים.
  • (ב) ⁇ :0) ,ConcreteCreatorerFLT:1, מצע הבורא אשר גובר על שיטת המפעל ליצור ולהחזיר דוגמה של מוצר ספציפי.

(ב) ב[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

מתי להשתמש בתבנית המפעל

דפוס שיטת החרושת שימושי במיוחד בתרחישים הבאים:

  • כאשר בכיתה לא יכול לצפות את סוג האובייקטים שהוא חייב ליצור.
  • כאשר בכיתה רוצה תת-הכיתות שלה כדי לציין את האובייקטים שהיא יוצרת.
  • כאשר אתה רוצה למקם את ההיגיון של הבהרת אובייקט מורכב במקום אחד.
  • כאשר אתה צריך ליצור אובייקטים שונים המבוססים על תצורה, סביבה, או פרמטרים של זמן ריצה.

עבור מכשירים הנדסיים שצריכים לתמוך בפרוטוקולים תקשורתיים מרובים, כל התנאים הללו חלים.המערכת אינה יכולה לדעת באיזו שעה יידרש פרוטוקול – לעתים קרובות תלוי בפריפריה המחוברת, תשתיות רשת או העדפות משתמשים.דחוק מיידי לשיטות למפעל מאפשר לתוכנה המכשיר הליבה להישאר פרוטוקול-אגנוסטי בעוד מטפלים בפרוטוקולים מפותחים ונבדקים באופן עצמאי.

יישום התבנית בהנדסת מכשירים

שקול מכשיר הנדסי שצריך לתקשר עם חיישנים ומודולים שונים.במקום לקשה על כל פרוטוקול תקשורת, המכשיר יכול להשתמש בשיטת מפעל כדי למתן את מטפל פרוטוקול המתאים באופן דינמי. גישה זו מפשטת תחזוקה ומשפרת גמישות. בואו לחקור דוגמה קונקרטית: מנהל תקשורת מאוחדת עבור שער אינטרנט תעשייתי שיש צורך ממשק עם חיישנים מעל Ethernet, USB, אנרגיה נמוכה, ו- Wi-Fi.

דוגמה: Unified Communications Manager

דמיין לעצמך שיעור בסיס (FLT:13), המספק את השלד לניהול מפגשים.הוא מכיל שיטת מפעל אינטגרטיבית 14 מחזירה ממשק FLT:15:15.ה-FLT:16 גם ליישם לוגיקה נפוצה כגון חיבור רטיבות, כניסה וטיפול.

  • (ב) ויקרא י"א ויקרא י"א ויקרא י"א .
  • (ב) ,"החזר" (ב"ה)
  • [22: 22] ,364 22]
  • (ב) ויקרא י"א ויקרא י"א ויקרא יט" (בראשית י"ד).

קוד הלקוח (למשל, מודול רכישת נתונים של חיישן) אינטראקציה רק עם ממשקי ה-FLT:26 ו-FLT:27.זה לא צריך לדעת איזה פרוטוקול קונקרטי נעשה שימוש.זה הופך את המערכת למאוד נשגבת: הוספת פרוטוקול חדש, כגון Zigbee או LoRaWAN, פשוט דורש שיעור ייצור חדש של קונקרט חדש וחדש קוטרטורקסטור ללא כל קוד קיים.

המונחים:

יישום דפוס שיטת המפעל לפרוטוקולים תקשורתיים כרוך בצעדים הבאים:

  1. (ב) [ה]התמ"ל]: [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],] ב[[1924,] ב[[1924]], ב[[1924]], ב[[1924]],]], [[1924]],]], [[1924]], [[1924]],]], [[1924]],]], [[1924]],]]
  2. (ב) [ה]התאמת [ה]: [ה], [ה], [ה], [ה],] [ה], [ה],]] כל אחד מהם הוא בעל הבקשות המעמדיות של כל פרוטוקול, כמו למשל, על ידי הקמתו וניהול הפרוטוקול.
  3. (ב) [ה]ה' [ה']'[דרוש מקור]'[דרוש מקור], [ה]], [ה']'[דרוש מקור]'[דרוש מקור], [ה']'[דרוש מקור]']
  4. (ב) [ה]]: [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה]], [ה],] כל אחד מהפרוטוקולים, יוצר מעמד תת-קבוצה של כפליים, אשר תגבר על ה-FLT:34 כדי להחזיר את המקרה המתאים (FLT:35.
  5. (ה) [ה]ה] שיטת המפעלים (FLT:1] - בקוד הלקוח, עיין ב-FLT:36 הרצויה FLT:36 , מבוסס על תנאי זמן ריצה (למשל, מקבצי תצורה, קלט משתמש או גילוי מכשירים) התקשרה לשיטת המפעל כדי לקבל FLT:37 ולהשתמש בה באמצעות הממשק.

הנה איור פסאודו-קוד כדי להבהיר את המבנה:

interface Communicator {
 void connect();
 void send(byte[] data);
 byte[] receive();
 void disconnect();
}

class EthernetCommunicator implements Communicator { /* … */ }
class USBCommunicator implements Communicator { /* … */ }

abstract class CommunicationManager {
 abstract Communicator createCommunicator();
 // common methods like retry logic, logging
}

class EthernetManager extends CommunicationManager {
 Communicator createCommunicator() { return new EthernetCommunicator(); }
}

class USBManager extends CommunicationManager {
 Communicator createCommunicator() { return new USBCommunicator(); }
}

// Client
string protocol = getConfiguration("comm_protocol");
CommunicationManager manager;
if (protocol == "ethernet") manager = new EthernetManager();
else if (protocol == "usb") manager = new USBManager();
// …
Communicator comm = manager.createCommunicator();
comm.connect();

עיצוב זה שומר על הלקוח נקי ומאפשר לכל יישום פרוטוקול להתפתח באופן עצמאי.השיטה במפעל מרכזי יצירת אובייקטים, מה שהופך אותו קל לעבור פרוטוקולים או להוסיף אותם חדשים מבלי לפזר לוגיקה מיידית לאורך כל בסיס הקוד.

יתרונות ומסחר

החלת תבנית שיטת המפעל לטיפול בפרוטוקול תקשורת מציעה מספר יתרונות נפרדים, אך היא מגיעה גם עם שינויים מסחריים שהמהנדסים חייבים לשקול.

יתרונות

  • (FLT:0) ניתן להוסיף פרוטוקולים חדשים על ידי הצגת מוצרים חדשים ושיעורי ConcreteCreator, ללא שינוי קוד הלקוח הקיים או מעמד הבורא מופשט.
  • (FLT:0) קבלת ביטוי של יצירת אובייקטים: 1) – התבנית מבססת את המורכבות של פרוטוקול מיידיות, כולל תצורה, הקצאת משאבים וטיפול בשגיאות, בתוך שיעורים ייעודיים.
  • (FLT:0)ScalabilityFLT:1 - ככל שהמערכת האקולוגית של המכשיר צומחת, מספר הפרוטוקולים הנתמכות יכול להגדיל מבלי לגרום לנפיחות ארכיטקטונית.
  • (FLT:0)Loose הפיכה FLT:1 - קוד הלקוח תלוי רק בממשקים מופשטים, לא בכיתות קונקרטיות.זה מאפשר להחליף פרוטוקולים בזמן ריצה או להציג אובייקטים ללעג לבדיקה.
  • (FLT:0) תחזוקת שימור יסודית (FLT:1) - שינויים בלוגיקה מיידית של פרוטוקול מוכנסים לקונסולת ה-ConcreteCreator שלה, תוך צמצום אפקט הקרועה על פני המערכת.

חסרונות פוטנציאליים

  • (ב) מספר רב של שיעורים:0 (החלים) 1 (ב) לכל פרוטוקול, אתה צריך מוצר קונקרטט וקונסולטור. במערכות עם פרוטוקולים רבים, זה יכול להוביל לתפוצה של כיתות קטנות, אשר עשוי להגדיל את עקומת הלמידה עבור מפתחים חדשים.
  • (FLT:0) בראש הפשטות (FLT) 1 - התבנית מציגה שכבה נוספת של מופשטות, אשר במערכות פשוטות מאוד עשוי להיות מיותר.מהנדסים חייבים לאזן את עלות הפשטות נגד הצורך הצפוי לגמישות.
  • (FLT:0) החלטות ב-RuntimesualFLT:1 - אם הפרוטוקול חייב להיבחר בזמן ריצה, שיטת המפעל עצמה אינה יכולה להיות מסולקת לחלוטין מלוגיקה הבחירה.הלקוח עדיין צריך קצת היגיון מותני (למשל, הצהרת מתג) כדי לבחור את הקונקטור הנכון.זה יכול לפעמים להיות מופחת על ידי שימוש במרשם או בהזרקה תלותית.
  • (FLT:0) ,המורכבות של מורכבות LT:1 - בעוד שלעג הופך לקל יותר ברמת הממשק, בדיקת שיטות המפעל קונקרטיות עצמם עשויה לדרוש הצבת סביבות ספציפיות פרוטוקול או תלות בחומרה.

מהנדסים צריכים לשקול את הגורמים האלה בהתבסס על היקף הפרויקט, צמיחה צפויה, ויציבות הפרוטוקולים הנתמכים. עבור פרויקטים קטנים, קצרי ימים, גישה פשוטה יותר עשויה להיות.עם זאת, עבור מכשירים הנדסיים ארוכי ימים שצריכים אינטראקציה עם מערכות חיצוניות מגוונות, דפוס שיטת המפעל לעתים קרובות מוכיח את ערכו.

השוואה עם תבניות קשורות

דפוס שיטת החרושת מבולבל לעתים קרובות עם או בשימוש לצד דפוסים אחרים של עיצוב.הבנת ההבדלים עוזרת בבחירת הכלי הנכון לעבודה.

שיטת המפעל לעומת המפעל

דפוס המפעל של ה-FLT:0 (Abstract Factory FactoryFLT:1) מספק ממשק ליצירת משפחות של אובייקטים קשורים או תלויים מבלי לציין את שיעורי הבטון שלהם. בעוד ששיטת המפעל עוסקת במוצר יחיד, המפעל הפשט יוצר מוצרים מרובים.בהקשר התקשורתי, אם מכשיר לא צריך רק קו תקשורת אלא גם מטפל ותצורה מקבילה עבור כל פרוטוקול, מפעל אבסטרקטי יהיה יותר תעשייתי מתאים (כל אחד) עם פרוטוקול תקשורתי.

שיטת המפעל לעומת אסטרטגיה

(ב) דפוס ה-FLT:0) מאפשר לך להגדיר משפחה של אלגוריתמים, לבודד כל אחד מהם, ולהפוך אותם לבלתי ניתנים לשינוי.שני הדפוסים כרוכים בביצועים מרובים של ממשק, אך הכוונה שונה: שיטת המפעל מתמקדת ב-FLT:2 בילויFLT:3, תוך התמקדות באסטרטגיה של F:4R.

שיטת המפעל לעומת המפעל הפשוט

ה-FLT:0 simpleeur FactoryFLT:1 אינו דפוס רשמי אלא אידיום משותף שבו שיטה סטטית אחת יוצרת אובייקטים שונים המבוססים על קלט.אין לו גמישות תת-המידה של שיטת המפעל.במפעל פשוט, הוספת פרוטוקול חדש משנה את השיטה הסטטית, מפר את העיקרון הפתוח/הסגור.

מקרים אמיתיים לשימוש

דפוס שיטת המפעל מועסק במערכות הנדסה בעולם האמיתי רבות, במיוחד אלה שצריכים להתמודד עם פרוטוקולי תקשורת מגוונים.כאן כמה דוגמאות:

  • (FLT:0)Industrial IoT שערי IoT (FLT:1) - מכשירים אוספים נתונים מחיישנים באמצעות שכבות פיזיות מרובות (RS-232, CAN אוטובוסים, Ethernet, Wi-Fi, LoRa) תוכנת השער משתמשת בשיטה למפעל כדי לזרז את פרוטוקול הנכון המבוסס על סוג ממשק החיישן.
  • (FLT:0Medical DevicesofFLT:1) - מערכות ניטור של מטופלים אשר חייבות לתקשר על USB (לקשר מיטתי), Bluetooth (לחיישנים לבישים), ואת Ethernet (עבור רשת בית חולים) השיטה מאפשרת למערכת להחליף פרוטוקולים מבלי להשפיע על צינור רכישת הנתונים.
  • (FLT:0) יחידות בקרה אלקטרוניות של קטר (ECUs)BuildFLT) 1:1 - כלי רכב מודרניים משתמשים ברשת אזורי בקרה (CAN), FlexRay, Ethernet ו-LIN. כלי אבחון התומך בפרוטוקולים מרובים יכול להשתמש בשיטת המפעל כדי ליצור את מטרת התקשורת המתאימה עבור היעד ECU.
  • (FLT:0) ציוד מדידה ומדידה (FLT:1) - אוקסילוסקופים וגליצרי נתונים תומכים לעתים קרובות GPIB, USB, Ethernet ו-Wi-Fi לשליטה מרחוק.הקושה משתמשת בדפוס כדי ליישר את ערוץ התקשורת שצוין על ידי המשתמש.
  • (FLT:0) רכזות בית חכם רכזות 1:1 - מרכז מרכזי שמשג גשרים Z-Wave, Wi-Fi ומכשירי הקישור יכולים להשתמש בשיטת המפעל כדי ליצור נהגים ספציפיים פרוטוקול אדריכלות דמוית תוסף.

בכל המקרים הללו, התבנית מספקת הפרדה נקייה בין לוגיקה התקשורת הגנרית לבין הפרטים הספציפיים לפרוטוקול, המאפשרים לצוותים לפתח ולבדוק כל פרוטוקול באופן עצמאי.

יישום שיקולים במערכות תוכנה ו Embedded Systems

כאשר החלים את תבנית שיטת המפעל למכשירים הנדסיים – במיוחד אלה עם משאבים מוגבלים – מתעוררות שיקולים מסורתיים:

  • (FLT:0) הקצאה מזכרת (FLT:1) - במערכות משובצות, הקצאת זיכרון דינמי עשויה להיות מוגבלת. שיטות המפעל ניתן ליישם עם בריכות הקצאה סטטיות או הצבת מפעילי חדשים כדי למנוע פירוק ערימת הערימה.
  • (FLT:0) שיטות מפעל סטטיות (FLT:1) - אם מספר הפרוטוקולים נקבע וידוע בזמן הרכיב, ניתן ליישם את התבנית באמצעות פולימורפיזם במשרה חלקית (למשל, תבניות ב C++ או גנרים) ולא פונקציות וירטואליות, צמצום זמן ריצה מעל פני ראש.
  • (FLT:0) דרישות ההדרומיות של HERFLT 1 – שיעורי הייצור של Concrete דורשים לעתים קרובות גישה ישירה לרישום חומרה, הפרעות, או ערוצי DMA.המפעל יכול לבצע מיצוי חומרה לפני החזרת אובייקט התקשורת.
  • (FLT:0)Error TreatmentFLT:1 - כאשר פרוטוקול לא ניתן לקבוע (למשל, שום מכשיר USB מזוהה), שיטת המפעל יכולה להחזיר אובייקט אפס או לזרוק יוצא דופן.
  • (FLT:0)המשך ההתעקשות של ה-Conciguration Reconfiguration Reenceanceance Reverseance Reverseance: The Factory Method can Read thisתצורה בזמן ה-GreeteCreator עשוי להיקבע על ידי תצורה המאוחסנים בזיכרון הלא-וולטאי.

למרות מגבלות אלה, עקרונות דפוס שיטת המפעל נשארים החלים. מסגרות תוכנה מוטבעות רבות וספריות RTOS מספקים ממשקים מופשטים הדומים לתבנית, עידוד שימוש חוזר ובדיקתיות.

מסקנה

תבנית שיטת המפעל מציעה פתרון חזק, מדרגי לטיפול בפרוטוקולים תקשורת מגוונים בהתקני הנדסה.על ידי הפשטה של מיידיות של אובייקטים ספציפיים פרוטוקולים ל subclasses, התבנית מאפשרת מערכות להישאר פתוחות להרחבה תוך סגורה לשינויים.מהנדסים יכולים להוסיף תמיכה לסטנדרטים חדשים של תקשורת - Ethernet, USB, Bluetooth, Wi-Fi ואחרים - מבלי לשנות את הלוגיקה הליבה שמטפלת, שולחת נתונים, או מזרזת תהליכי תחזוקה ארוכים.

בעוד דפוס מציג מבנים מעמדיים נוספים, היתרונות של הפיכה חופשית, לוגיקה הבריאה מבודדת, ודבקות בעיקרון הפתוח / סגור לעתים קרובות עולה על העלויות - במיוחד במערכות אקולוגיות מורכבות, ארוכות טווח ארוך טווח, בין אם אתה בונה שער תעשייתי, צג רפואי מוכח, או מרכז בית חכם, מינוף דפוס המפעל יכול לעזור לך ליצור שכבת תקשורת גמישה ואמין עבור צוותים: LT2 פועל בסופו של דבר, הוא אתגר נוסף של דבר, 000.