付霖　劉俊陽(yáng)　龍

【 摘 要 】 由于不同型號(hào)硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)的多樣性，跨型號(hào)大規(guī)模融合應(yīng)用系統(tǒng)通常要求在擁有多種軟硬件平臺(tái)（異構(gòu)平臺(tái)）的分布式環(huán)境下運(yùn)行。借助中間件（Middleware）技術(shù)改進(jìn)軟件重用形式，提高軟件重用程度，以實(shí)現(xiàn)支持分布式應(yīng)用有效開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)行和管理的目的。本文在對(duì)現(xiàn)有火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)軟件的子系統(tǒng)功能聚類和程序架構(gòu)分析基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)基于中間件模型的通用火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)軟件。

【 關(guān)鍵詞 】 火箭；測(cè)發(fā)控軟件；中間件技術(shù)

1 引言

運(yùn)載火箭的地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)軟件由多個(gè)應(yīng)用軟件組成，如主控軟件、虛擬顯示軟件以及數(shù)據(jù)處理軟件等。它的主要功能是實(shí)現(xiàn)流程控制與數(shù)據(jù)判讀自動(dòng)化，控制后端PLC、地面測(cè)試計(jì)算機(jī)等完成測(cè)試發(fā)控流程及數(shù)據(jù)采集和判讀，并將測(cè)試數(shù)據(jù)及判讀結(jié)果送到數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，轉(zhuǎn)發(fā)總體網(wǎng)、遙測(cè)、動(dòng)力等系統(tǒng)的控制命令與回令。

利用中間件技術(shù)主要在兩個(gè)方面改進(jìn)現(xiàn)有測(cè)發(fā)控系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)模式。

一是實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)代碼的移植和框架級(jí)的重用。利用處于中間層次的軟件屏蔽軟硬件平臺(tái)底層的差異性，利用中間件技術(shù)開(kāi)發(fā)的控制器可以實(shí)現(xiàn)不同硬件平臺(tái)不同操作系統(tǒng)之上進(jìn)程或者線程級(jí)別遠(yuǎn)程對(duì)象或過(guò)程（過(guò)程：不存在操作系統(tǒng)情況下，實(shí)現(xiàn)某一功能的代碼）的統(tǒng)一管理和調(diào)度。

二是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)前運(yùn)載火箭地面測(cè)發(fā)控軟件的通訊協(xié)議眾多，有基于以太網(wǎng)、CAN總線、1553B總線、422總線、485總線等，且隨著通信技術(shù)的發(fā)展，型號(hào)軟件間接口有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)。當(dāng)前，測(cè)發(fā)控軟件中地面及彈上軟件接口實(shí)現(xiàn)方式均采用硬編碼，通訊雙方協(xié)調(diào)通訊協(xié)議，定義傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式，形成接口文件作為雙方設(shè)計(jì)的輸入文件。在型號(hào)研制初樣和試樣階段大量的研制資源投入在接口的調(diào)試，并且由于接口協(xié)議理解不一致易造成進(jìn)度延期。利用中間件技術(shù)對(duì)型號(hào)中常用的通信協(xié)議進(jìn)行封裝可以解決硬編碼的效率問(wèn)題和質(zhì)量問(wèn)題。

本文在中間件技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，成功地將其應(yīng)用于某運(yùn)載型號(hào)測(cè)發(fā)控軟件再工程改造過(guò)程中，通過(guò)改造原有軟件系統(tǒng)，減少了程序模型間的耦合度，提高了軟件構(gòu)件化程度，為大規(guī)模信息融合應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

2 測(cè)發(fā)控軟件的中間件模型

軟件架構(gòu)描述的對(duì)象是直接構(gòu)成系統(tǒng)的抽象組件，各個(gè)組件之間的連接和組件之間的通訊關(guān)系。參考型號(hào)歸檔的任務(wù)書、需求以及詳細(xì)設(shè)計(jì)等文檔，得出軟件需實(shí)現(xiàn)對(duì)象的抽象功能劃分，及各個(gè)軟件運(yùn)行剖面的信息流流向。

以圖1為例，即PLC通信協(xié)議解析部分的系統(tǒng)架構(gòu)恢復(fù)流程，其旨在確定MODBUS協(xié)議解析部分的結(jié)構(gòu)部件、模塊和對(duì)象以及他們之間的關(guān)聯(lián)。在實(shí)際工作中采用軟件聚類（Software Clustering）和程序分片（Program Slicing）的方法，其他功能類的模型抽象過(guò)程與之類似。

在將PLC子系統(tǒng)劃分為模塊的聚類過(guò)程中，利用數(shù)據(jù)流在流經(jīng)程序模塊后其值的改變情況，將類似的模塊或者部件歸類。具體可劃分為ModBus數(shù)據(jù)容錯(cuò)處理模塊、ModBus數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、ModBus協(xié)議解析模塊等。

由于PLC子系統(tǒng)中的ModBus協(xié)議解析模塊較為重要，將原軟件中已聚類出的協(xié)議解析模塊針對(duì)ModBus消息功能碼的不同再次進(jìn)行聚類，拆分出讀點(diǎn)組件、寫點(diǎn)組件、讀寄存器組件、寫寄存器組件等。

為了獲取到系統(tǒng)的整體視圖，需確定組件之間的依賴關(guān)系。采用軟件分片的方法，以系統(tǒng)的調(diào)用圖（Call Graph）作為面向過(guò)程代碼的高層抽象，將程序切割為關(guān)注點(diǎn)集中于系統(tǒng)局部的分片，每個(gè)分片是功能上或結(jié)構(gòu)上的獨(dú)立模塊，以程序語(yǔ)句層為主，給出變量相關(guān)的程序部分，以調(diào)用圖通過(guò)模塊和模塊之間的調(diào)用關(guān)系來(lái)表達(dá)整個(gè)系統(tǒng)。

通過(guò)對(duì)當(dāng)前火箭測(cè)發(fā)控軟件的文檔和程序代碼恢復(fù)出的軟件架構(gòu)進(jìn)行歸類，將得出的組件按照中間件C/S三層架構(gòu)模式進(jìn)行劃分。具體將測(cè)發(fā)控軟件的測(cè)試流程劃分為三層C/S架構(gòu)，主要由主流程部分、中間件層部分、重用控制器部分三部分。

主流程部分主要實(shí)現(xiàn)流程性的功能，響應(yīng)用戶及系統(tǒng)消息完成相應(yīng)測(cè)試任務(wù)，為Client。當(dāng)Client運(yùn)行到某一流程步，則向Server重用控制器部分提出請(qǐng)求。Server部分的每個(gè)控制器對(duì)象負(fù)責(zé)一類設(shè)備的全部功能操作，如實(shí)現(xiàn)執(zhí)行與該設(shè)備相關(guān)的測(cè)試步序，顯示、存儲(chǔ)、判讀測(cè)試數(shù)據(jù)，設(shè)備切換等功能。

中間件層可以分為兩個(gè)部分：一部分是網(wǎng)絡(luò)路由服務(wù)，通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)路由服務(wù)可以組織成復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；另一部分是應(yīng)用服務(wù)，應(yīng)用服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層的相關(guān)操作，即相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯流程可以在應(yīng)用層進(jìn)行組合，完成不同要求的業(yè)務(wù)流。

主流程處于最頂層，通過(guò)響應(yīng)用戶及系統(tǒng)消息完成相應(yīng)功能。主要功能包括：測(cè)試流程的加載與執(zhí)行，管理測(cè)試設(shè)備連接，數(shù)據(jù)接收、顯示等。

確定測(cè)試流程分為測(cè)試類、測(cè)試項(xiàng)、測(cè)試分組、測(cè)試步序四個(gè)級(jí)別，測(cè)試步序?yàn)闇y(cè)試流程的基本單元。測(cè)試分組由多個(gè)測(cè)試步序組成，如分組“加電”是測(cè)試中可以從測(cè)試項(xiàng)目樹(shù)中勾選的最小單元，在測(cè)試出現(xiàn)問(wèn)題需重新測(cè)試時(shí)，可根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)跳過(guò)某些分組；測(cè)試項(xiàng)可以由多個(gè)測(cè)試分組組成，也可以直接由測(cè)試步序組成，包含業(yè)務(wù)上完整測(cè)試項(xiàng)目的全部操作；測(cè)試類是對(duì)測(cè)試項(xiàng)劃分，如“總檢查”、“分系統(tǒng)測(cè)試”等。

優(yōu)化之后的主流程部分測(cè)試流程為程序啟動(dòng)后首先進(jìn)行初始化操作，順序進(jìn)行相應(yīng)的界面初始化、連接初始化、控制器初始化等。流程框架部分測(cè)試流程如圖2所示，測(cè)試開(kāi)始時(shí)，用戶需在測(cè)試項(xiàng)目樹(shù)中選擇測(cè)試項(xiàng)或分組，程序從本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中獲取全部被選測(cè)試步序的參數(shù)信息，然后按順序存入執(zhí)行序列列表，并根據(jù)測(cè)試步序的類型調(diào)用控制器服務(wù)器端的函數(shù)完成與相關(guān)測(cè)試設(shè)備建立連接并對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行初始化的工作，其中間件ModBus客戶端初始化功能實(shí)現(xiàn)如下：

1）調(diào)用對(duì)象請(qǐng)求代理ORB初始化函數(shù)，獲取ORBroot引用；endprint

2）調(diào)用resolve_Naming函數(shù)獲取已在服務(wù)端運(yùn)行的命名服務(wù)的引用；

3）利用命名服務(wù)引用，查找命名服務(wù)中的初始化對(duì)象指針，實(shí)現(xiàn)初始化的遠(yuǎn)程對(duì)象的本地調(diào)用。

控制器模塊主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)軟件中主控計(jì)算機(jī)控制的各個(gè)設(shè)備所需完成的測(cè)發(fā)控功能。利用系統(tǒng)架構(gòu)恢復(fù)方法恢復(fù)出VXI數(shù)據(jù)采集、PLC通信協(xié)議解析、NPORT、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)、速率轉(zhuǎn)臺(tái)等軟件功能模塊，將其描述為控制器。

3 中間件層提供的服務(wù)

分布計(jì)算中間件模塊為火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)軟件的研制提供了一個(gè)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的軟件平臺(tái)。結(jié)合型號(hào)任務(wù)的需要，來(lái)滿足協(xié)議的封裝和安全可靠性的要求，提供了底層通信及分布式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的支持服務(wù)。

為盡量不改變?cè)谐绦蚣軜?gòu)，軟件針對(duì)新需求的改造過(guò)程，如圖3所示，采用代理的各種方式實(shí)現(xiàn)。利用編譯器編譯完成的客戶端stub和服務(wù)端skeleton，提供客戶端和服務(wù)器端方法的請(qǐng)求和響應(yīng)。某遠(yuǎn)程對(duì)象的平臺(tái)無(wú)關(guān)代碼經(jīng)過(guò)編譯器編譯為具體平臺(tái)的客戶端stub和服務(wù)端的skeleton?？蛻魋tub是遠(yuǎn)程對(duì)象的本地替身，接受調(diào)用請(qǐng)求，對(duì)程序員透明，可以讓遠(yuǎn)程對(duì)象若本地對(duì)象一樣調(diào)用。服務(wù)方的skeleton主要功能是在服務(wù)端定位遠(yuǎn)程對(duì)象之上的方法。在工程開(kāi)發(fā)中采用的VS2010編譯器，將客戶端的stub和客戶端的服務(wù)請(qǐng)求流程性代碼進(jìn)行聯(lián)合編譯成客戶端的應(yīng)用。而在服務(wù)器端不僅需要skeleton和啟動(dòng)服務(wù)使能服務(wù)流程性代碼，還需要將服務(wù)器端的服務(wù)實(shí)現(xiàn)代碼加入，進(jìn)行聯(lián)合編譯成服務(wù)器端應(yīng)用。通過(guò)此種方式開(kāi)發(fā)的客戶端和服務(wù)器端應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)象的本地調(diào)用過(guò)程。

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)象本地調(diào)用的目的，需要對(duì)底層通信進(jìn)行抽象封裝以解決分布式和異構(gòu)性的問(wèn)題。利用此服務(wù)，型號(hào)軟件開(kāi)發(fā)人員不需要再采用重復(fù)的易出錯(cuò)的socket編程，只需要調(diào)用簡(jiǎn)單易用的軟件接口，將源端地址和目的端地址作為參數(shù)傳遞即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。

具體工作原理，如圖5所示，ModBus控制器的對(duì)象引用是分布環(huán)境下ModBus控制器對(duì)象的抽象，用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)ModBus控制器對(duì)象。對(duì)象引用包含定位對(duì)象所在機(jī)器的信息（IP地址），在該機(jī)器上定位對(duì)象所在進(jìn)程信息（端口號(hào)），在該進(jìn)程中定位目標(biāo)對(duì)象的信息（Object Key）。對(duì)象引用內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)開(kāi)發(fā)人員透明，開(kāi)發(fā)人員拿到一個(gè)對(duì)象引用后調(diào)用ptr_to_object方法，即可實(shí)例化出遠(yuǎn)程對(duì)象的本地客戶端stub。

本地調(diào)用是由編譯器透明地將控制流（即調(diào)用對(duì)象方法的指令）直接翻譯為機(jī)器代碼。遠(yuǎn)程調(diào)用由于需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)只能傳遞數(shù)據(jù)流（即消息），因此，調(diào)用過(guò)程是一個(gè)“控制流→數(shù)據(jù)流→控制流”的過(guò)程?！翱刂屏鳌鷶?shù)據(jù)流”過(guò)程，將對(duì)象方法調(diào)用的指令編碼成網(wǎng)絡(luò)消息并發(fā)送出去?！皵?shù)據(jù)流→控制流”，接收網(wǎng)絡(luò)消息并解碼還原成對(duì)象方法調(diào)用的指令。GIOP（Gerneral Inter-ORB Protocol）對(duì)當(dāng)前運(yùn)載火箭地面測(cè)發(fā)控軟件的通訊協(xié)議進(jìn)行了封裝，定義了對(duì)象請(qǐng)求發(fā)送和接收的各種消息的格式及其含義。

對(duì)象實(shí)現(xiàn)是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言級(jí)別的實(shí)體，用來(lái)為一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程對(duì)象的請(qǐng)求提供實(shí)現(xiàn)。存在于服務(wù)方進(jìn)程空間中，客戶方發(fā)出的對(duì)一個(gè)Object的遠(yuǎn)程調(diào)用將由對(duì)象請(qǐng)求傳遞到服務(wù)進(jìn)程中。服務(wù)方經(jīng)過(guò)對(duì)象適配機(jī)制，查找維護(hù)的“對(duì)象ID-對(duì)象實(shí)現(xiàn)指針”映射關(guān)系表，找到對(duì)象實(shí)現(xiàn)的指針。通過(guò)對(duì)象實(shí)現(xiàn)的指針，利用skeleton找到對(duì)象之上的方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于中間件的火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)軟件再工程技術(shù)采用了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分布環(huán)境下的軟件系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)分析和設(shè)計(jì)方法。在軟件產(chǎn)品化成果重用框架的基礎(chǔ)之上進(jìn)行跨平臺(tái)層面的再加工，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)再開(kāi)發(fā)的軟件復(fù)用。在方便調(diào)試的同時(shí)，也提高了程序的可靠性?；谥虚g件的火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)軟件是軟件產(chǎn)品化的進(jìn)一步延伸，并最大程度上考慮到運(yùn)載火箭測(cè)試工程的特點(diǎn)，運(yùn)行過(guò)程可靠，結(jié)果處理正常，為下階段型號(hào)軟件研制和維護(hù)工作打下了基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

付霖（1988-），男，山東人，碩士研究生，主要從事分布式計(jì)算及軟件復(fù)用方面研究。

劉俊陽(yáng)（1970-），男，研究員，主要從事軟件設(shè)計(jì)與測(cè)試技術(shù)研究。

肖龍（1983-），男，工程師，主要從事支撐環(huán)境和軟件測(cè)試。endprint