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構件化的航天用數據傳輸處理系統構建
軟件復用是指重復使用為避免重復開(kāi)發(fā)同樣或類(lèi)似工作產(chǎn)品的過(guò)程，下面是小編搜集的一篇-相關(guān)論文范文，歡迎閱讀借鑒。
1、引言
作為一種擺脫軟件危機的手段，軟件復用能夠有效克服軟件開(kāi)發(fā)中經(jīng)常出現的開(kāi)發(fā)效率低、費用高、開(kāi)發(fā)周期長(cháng)、系統難以維護、軟件質(zhì)量難以保證等問(wèn)題[2].
隨著(zhù)對軟件復用實(shí)踐的深入，構件技術(shù)得到飛速發(fā)展[3].軟件構件技術(shù)是支持軟件復用的核心技術(shù)[4],構件通過(guò)接口與外界交互，可通過(guò)相同接口構件替換原有構件[5].這種方式徹底顛覆了手工作坊式的軟件開(kāi)發(fā)模式，給軟件開(kāi)發(fā)人員在設計、編碼等方面了帶來(lái)了很大的靈活度，正在成為軟件設計領(lǐng)域新的趨勢[6].
在航天測控領(lǐng)域，測控應用軟件復用技術(shù)的研究歷來(lái)受到關(guān)注和重視。隨著(zhù)載人航天工程、探月工程的不斷深入，我國航天測控網(wǎng)不斷有新的測控設備投入使用[7].而航天測控站數據傳輸處理系統是各測控設備不可或缺的一個(gè)分系統，它承擔著(zhù)與測控中心之間的信息交換及部分信息處理任務(wù)，如何提高該軟件系統的開(kāi)發(fā)效率，提高軟件質(zhì)量，縮短軟件開(kāi)發(fā)周期，減小軟件的維護成本，是我們面臨的一個(gè)重要課題。
本文基于Windows系統，采用軟件總線(xiàn)模型層次化設備模型，構建了一個(gè)構件化的數據傳輸處理系統實(shí)例，實(shí)現了該領(lǐng)域內軟件的二進(jìn)制復用，提高了系統的可靠性和軟件的開(kāi)發(fā)效率。
2、數據傳輸處理系統任務(wù)
航天測控系統由測控中心、測控站、通信系統等組成[8].數據傳輸處理系統是航天測控網(wǎng)的基本節點(diǎn)，主要完成與測控設備通信、與中心的數據通信、實(shí)時(shí)數據處理和事后處理功能。
(1)與測控設備通信
數據傳輸處理系統與測控設備之間通過(guò)通信接口部件(以太網(wǎng)、多路通信板、CCP或專(zhuān)用接口)連接，在相關(guān)的協(xié)議支配下進(jìn)行通信：向設備發(fā)送上行遙控信息、軌道預報信息，接收設備解調的遙測信息、測量信息等。
(2)與中心的數據通信
數據傳輸處理系統與中心的數據通信一般使用多路通信板或網(wǎng)絡(luò )方式進(jìn)行通信，采用簡(jiǎn)化HDLC規程或TCP/IP協(xié)議作為通信協(xié)議。實(shí)時(shí)向中心發(fā)送設備的測量信息、控制結果信息等，接收并轉發(fā)中心發(fā)送的遙控指令以及軌道預報。
(3)實(shí)時(shí)數據處理
主要包括遙測挑點(diǎn)處理、外測數據處理以及控制量計算三部分。
(4)事后處理
事后處理是指在任務(wù)跟蹤結束后對實(shí)時(shí)記錄測量和控制數據進(jìn)行處理，包括顯示、打印和重發(fā)以及數據的精度分析等。
3、需求分析
3.1角色識別
通過(guò)對航天測控站數據傳輸處理系統的任務(wù)進(jìn)行分析，可識別出操作員、中心、各設備分機、雙工控制臺、時(shí)統設備、模擬器等10類(lèi)角色，經(jīng)過(guò)抽象，劃分為操作員、網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)、HDLC用戶(hù)、串口用戶(hù)、站時(shí)統5類(lèi)用戶(hù)。
3.2功能需求
根據數據傳輸處理系統承擔的任務(wù)，分析后將系統抽象為如下用例模型[9],如圖1所示。
3.3系統約束
當前比較成熟的構件模型主要有Microsoft公司的COM/DCOM/COM+、SUN公司的JavaBeans/EJB和OMG(ObjectManagementGroup)的CORBA,這些技術(shù)相對比較復雜，程序不易理解。航天測控站數據傳輸處理系統的設計基于Windows系統，要充分復用已有的軟件資源，在對現有功能模塊進(jìn)行重構的基礎上，開(kāi)發(fā)設計基于構件技術(shù)的體系架構，實(shí)現二進(jìn)制級別的軟件復用，提高系統的可靠性，減少軟件的重復開(kāi)發(fā)，實(shí)現多設備之間軟件版本的統一。
4、構件化設計及實(shí)現
4.1系統體系結構設計
按照體系結構權衡分析方法(ArchitectureTrade-offAnalysisMethod,ATAM)[10],綜合目前常用的系統體系結構風(fēng)格[11],結合構件化方法，數據傳輸處理系統采用層次模型和軟件總線(xiàn)模型相結合的風(fēng)格，該模型結構如圖2所示。
在系統底層，將與通信有關(guān)的部分軟件部件設計為層次結構，包含服務(wù)程序、通信接口、通信程序3層。在系統上層，設計為軟件總線(xiàn)結構，總線(xiàn)中包含系統任務(wù)信息、計劃信息、主備機信息、系統路由信息、各軟件部件的信息描述、各軟件部件的命令接口以及命令接口描述、系統內部動(dòng)態(tài)數據信息。在系統中，各處理部件將自己的信息描述、命令接口描述以及命令接口注冊到系統總線(xiàn)上，同時(shí)向總線(xiàn)申請本軟件部件要處理的數據以及對應數據的接收地址，系統總線(xiàn)負責在系統動(dòng)態(tài)數據中查找各個(gè)軟件部件注冊的信息，并按要求向對應的地址發(fā)送。各軟件部件處理完畢后，如果要產(chǎn)生結果數據，則將數據發(fā)送到系統總線(xiàn)上。
4.2系統的通信機制
系統設計了專(zhuān)門(mén)的通信區域作為進(jìn)程間通信的手段。通信區域采用Windows的內存映射文件傳送數據、利用事件同步數據的發(fā)送與接收、利用環(huán)形隊列緩沖數據的"進(jìn)程-進(jìn)程"之間高速單方向通信的機制[12-13].對每個(gè)通信區域定義區域名稱(chēng)、地址標識、區域長(cháng)度、緩沖區個(gè)數等信息，并且與唯一的一個(gè)接收者相關(guān)聯(lián)。通信區域有一個(gè)接收者，但可以有多個(gè)發(fā)送者。對于使用者來(lái)說(shuō)，只需要知道某個(gè)通信區域的去向即可，不必了解數據傳輸的任何細節，所有實(shí)現的細節都已經(jīng)被封裝。
4.3系統容器和運行機理
系統設計了一個(gè)控制程序負責處理其他構件的加載、卸載以及管理、配置工作。系統通過(guò)信息處理構件(系統數據總線(xiàn))向外與其他構件進(jìn)行信息交換，該構件預定義了一個(gè)命令接口和一個(gè)數據接口：通過(guò)命令接口接收其他構件的注冊或注銷(xiāo)命令，按照其他構件注冊信息的類(lèi)別，將所注冊信息發(fā)送給定的地址;通過(guò)數據接口接收系統內部的動(dòng)態(tài)信息。
其他處理構件向信息處理構件注冊自己關(guān)心的信息，并從給定的地址接收信息，處理后，發(fā)送到信息處理構件數據接口。系統的信息流轉方式參見(jiàn)圖3.
4.4信息注冊
在系統數據總線(xiàn)上，構件使用兩種注冊機制---靜態(tài)注冊和動(dòng)態(tài)注冊。
(1)靜態(tài)注冊
靜態(tài)注冊在控制程序運行前進(jìn)行。通過(guò)預先定義好描述的方式，將自身的信息寫(xiě)入系統描述表，包括可執行文件名稱(chēng)、運行路徑、命令接口地址等，控制程序運行時(shí)自動(dòng)加載該描述表。
(2)動(dòng)態(tài)注冊
在控制程序運行后向控制程序動(dòng)態(tài)注冊，包括可執行文件名稱(chēng)、運行路徑、命令接口地址等信息。
4.5構件化設計
通過(guò)對系統進(jìn)行分析，按照構件抽取理論，從數據傳輸處理系統抽取出數據平滑、外測數據處理、系統框架、雙工控制、信息管理、軌道預報、數據比對等系列構件。按照構件的運行特點(diǎn)和功能，將構件設計為可執行程序和動(dòng)態(tài)鏈接庫兩種形式。
(1)可執行程序形式
將網(wǎng)絡(luò )通信、HDLC通信、串口通信、時(shí)間管理、遙控處理、章動(dòng)控制、姿章聯(lián)控、雙工控制、數據服務(wù)等設計為可執行程序(進(jìn)程),這種形式的程序只要符合系統的調用規范，可以隨時(shí)加入系統。
(2)動(dòng)態(tài)鏈接庫形式
將中心多項式平滑、軌道預報、數據比對、數據通信區設計為動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)形式。其中Dtes.exe+FrameWork.dll為整個(gè)系統的容器，負責創(chuàng )建和管理其他進(jìn)程---時(shí)間服務(wù)、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)、串口服務(wù)、CCP服務(wù)、通信管理、數據存儲、外測處理、數字引導、軌道預報、系統雙工處理等，而這些構件基于Dt-esBase.dll、MemArea.dll、OrbitForcast.dll、Encrypt.dll等動(dòng)態(tài)鏈接庫構件運行。系統部署圖[14]見(jiàn)圖4.
5、結束語(yǔ)
本文針對測控軟件開(kāi)發(fā)中存在復用性差的問(wèn)題，提出了構件化設計的理念，提出并實(shí)現了構件化設計、軟件總線(xiàn)體系結構、層次化的虛擬設備、數據注冊注銷(xiāo)機制，并在Windows平臺上開(kāi)發(fā)設計了一種測控站數據傳輸處理軟件系統實(shí)例。這種方法與模塊復用相比，實(shí)現了業(yè)務(wù)功能構件的動(dòng)態(tài)組裝，和商業(yè)化的組件技術(shù)相比，框架簡(jiǎn)單，容易理解和開(kāi)發(fā)。該系統已經(jīng)部署在數十套不同類(lèi)型的測控設備上，參加了數十次大型試驗任務(wù)，實(shí)踐證明，該方法具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)采用構件化技術(shù)，結合軟件總線(xiàn)模型體系結構，設計實(shí)現了測控站數據傳輸處理系統的可復用構件庫和統一的通信調用接口，提高了系統的可裁剪性、可擴充性;(2)以構件單元進(jìn)行組裝和復用，提高了軟件的復用程度，降低了軟件的生產(chǎn)維護成本，加快了軟件的開(kāi)發(fā)速度，增強了系統的可靠性;(3)采用內存映射文件技術(shù)，結合數據注冊機制，解決了系統連接構件設計實(shí)現的難點(diǎn)，使得系統內部信息流轉和交換更加方便靈活。
參考文獻：
[1]史浩輝，何煒.基于構件的指控軟件復用[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2011,2l(2):160-165.
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