付強 陳溦

摘要

機載軟件仿真驗證環(huán)境是機載軟件前期驗證過程中非常有效且常用的發(fā)現(xiàn)軟件問題和設(shè)計問題的手段。通過分析接口控制文檔（ICD）對應(yīng)的配置文件，并結(jié)合數(shù)據(jù)激勵和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能模塊的需求，提出了一種能夠自動生成仿真驗證環(huán)境中數(shù)據(jù)激勵和數(shù)據(jù)監(jiān)控的方法，實現(xiàn)了根據(jù)配置文件自動完成應(yīng)用層數(shù)據(jù)和底層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的雙向轉(zhuǎn)換，并在此功能基礎(chǔ)上生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)激勵和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能模塊，有效地支持了仿真驗證環(huán)境的構(gòu)建。

【關(guān)鍵詞】ICD 數(shù)據(jù)激勵 數(shù)據(jù)監(jiān)控 自動化生成

在機載軟件前期研制過程中，為了能夠發(fā)現(xiàn)軟件設(shè)計和開發(fā)階段存在的問題，經(jīng)常會搭建仿真驗證環(huán)境預(yù)先驗證軟件功能的正確性，為后期基于機載硬件平臺的系統(tǒng)級交聯(lián)試驗提供功能級的保證，并降低系統(tǒng)交聯(lián)過程中功能性問題的驗證成本，提高系統(tǒng)驗證效率。而數(shù)據(jù)激勵和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能作為仿真驗證環(huán)境的關(guān)鍵功能，為了能夠支持應(yīng)用軟件的功能驗證，往往需要根據(jù)現(xiàn)有的接口控制文檔（ICD）開發(fā)對應(yīng)的數(shù)據(jù)激勵器和數(shù)據(jù)監(jiān)控工具，為仿真驗證環(huán)境的構(gòu)建增加了工作時間。此外，ICD的變更會導(dǎo)致數(shù)據(jù)激勵器和數(shù)據(jù)監(jiān)控工具的更改，也增加了仿真驗證環(huán)境維護(hù)成本。

本文在充分分析現(xiàn)有ICD配置文件的基礎(chǔ)上，提出了一種能夠自動生成仿真驗證環(huán)境中數(shù)據(jù)激勵和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能模塊的方法。

1 ICD應(yīng)用數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換

ICD數(shù)據(jù)與應(yīng)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能主要實現(xiàn)底層ICD格式數(shù)據(jù)與應(yīng)用數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，自動完成數(shù)據(jù)塊、信號量、數(shù)據(jù)位域的解析。數(shù)據(jù)激勵模塊中的發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能、數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊中的接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，都需要依賴于該功能庫。如圖1所示。

初始化過程中根據(jù)ICD配置信息，在內(nèi)存中創(chuàng)建對應(yīng)ICD配置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如圖1所示，ICD列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，每一條ICD數(shù)據(jù)塊包含標(biāo)識號、ICD的描述信息和待轉(zhuǎn)換類型的描述信息，每個數(shù)據(jù)塊描述包含若干條信號量描述，每條信號量描述包含若干位域描述。如圖2所示，參考機載網(wǎng)絡(luò)中ICD定義的消息塊、信號量、數(shù)據(jù)域的層級定義方式，在對消息塊的解析過程中，創(chuàng)建多級緩存，按照非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)格式配置文件中定義的數(shù)據(jù)條目順序，順次解析條目化的數(shù)據(jù)配置信息項，解析過程中同步更新解析完成的數(shù)據(jù)格式緩存區(qū)，并在應(yīng)用層內(nèi)存中創(chuàng)建與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)格式配置對應(yīng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)格式。

ICD數(shù)據(jù)到應(yīng)用數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程：接收到外部消息后，根據(jù)消息塊ID號查找結(jié)構(gòu)表，找出對應(yīng)的ICD描述信息，遍歷解析每一條信號量及對應(yīng)的每一個位域。根據(jù)位域類型信息（浮點型、整型、字符串型），調(diào)用類型對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理流程完成數(shù)據(jù)解析，每一條解析后的數(shù)據(jù)都順次填入到待解析應(yīng)用層數(shù)據(jù)塊的內(nèi)存區(qū)域中，完成一條數(shù)據(jù)塊的解析后，將完成解析的內(nèi)存區(qū)域中對應(yīng)的數(shù)據(jù)拷貝給上層應(yīng)用程序。其中ICD定義結(jié)構(gòu)和上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是——對應(yīng)的。

應(yīng)用數(shù)據(jù)到ICD數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程：根據(jù)待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)塊ID，根據(jù)消息塊ID號查找結(jié)構(gòu)表，找出對應(yīng)的ICD描述信息，遍歷并解析應(yīng)用層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中每一條數(shù)據(jù)信息。根據(jù)應(yīng)用層ICD與網(wǎng)絡(luò)層ICD的配置對應(yīng)關(guān)系，按照位域類型（浮點型、整型、字符串型），調(diào)用類型對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理流程完成逆向數(shù)據(jù)解析，解析后的數(shù)據(jù)順次填入待解析ICD數(shù)據(jù)塊的內(nèi)存區(qū)域中，完成一條數(shù)據(jù)塊的解析后，將完成解析的內(nèi)存區(qū)域中對應(yīng)的數(shù)據(jù)拷貝給底層通信驅(qū)動，并調(diào)用總線數(shù)據(jù)發(fā)送接口完成消息發(fā)送。

2 數(shù)據(jù)激勵自動生成

數(shù)據(jù)激勵功能模塊作為仿真驗證環(huán)境中的數(shù)據(jù)源，可以向應(yīng)用軟件發(fā)送激勵數(shù)據(jù)，驅(qū)動應(yīng)用軟件的測試和驗證。

圖3描述了數(shù)據(jù)激勵功能實現(xiàn)的原理與流程。數(shù)據(jù)激勵功能模塊通過讀取ICD配置文件，自動生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)設(shè)置界面，包括對周期型數(shù)據(jù)和事件型數(shù)據(jù)的設(shè)置。對于周期型數(shù)據(jù)，能夠設(shè)置發(fā)送周期和是否激活待發(fā)送數(shù)據(jù)，開始數(shù)據(jù)發(fā)送后，每條激活的周期型數(shù)據(jù)將按照設(shè)置的發(fā)送周期向目標(biāo)節(jié)點發(fā)送激勵數(shù)據(jù)。對于事件型數(shù)據(jù)，通過對應(yīng)的發(fā)送按鈕來觸發(fā)發(fā)送時機，每次發(fā)送一個對應(yīng)的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)內(nèi)容采用逐層設(shè)置的方式，分別對應(yīng)數(shù)據(jù)塊、信號量和數(shù)據(jù)位域。完成數(shù)據(jù)激勵設(shè)置后，能夠?qū)?dāng)前的設(shè)置以文件的形式保存為一個副本，并支持后續(xù)以加載的形式恢復(fù)當(dāng)前設(shè)置的數(shù)據(jù)內(nèi)容和參數(shù)信息。數(shù)據(jù)激勵節(jié)點內(nèi)部通過ICD數(shù)據(jù)與應(yīng)用數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換庫將應(yīng)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ICD格式的數(shù)據(jù)，并通過底層以太網(wǎng)以UDP數(shù)據(jù)包的形式將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點。封裝的數(shù)據(jù)包格式與仿真驗證環(huán)境中其他節(jié)點間交互采用的通信協(xié)議保持一致。

3 數(shù)據(jù)監(jiān)控功能自動生成

數(shù)據(jù)監(jiān)控功能模塊用于監(jiān)控虛擬化節(jié)點間的數(shù)據(jù)交互，模擬真實目標(biāo)機環(huán)境下的總線監(jiān)控器，包括選擇待監(jiān)控數(shù)據(jù)塊，啟動和停止監(jiān)控操作，歷史數(shù)據(jù)緩存、遍歷和查看。數(shù)據(jù)內(nèi)容采用逐層顯示的方式，分別對應(yīng)數(shù)據(jù)塊、信號量和數(shù)據(jù)位域。

圖4描述了數(shù)據(jù)監(jiān)控節(jié)點實現(xiàn)的原理與流程。底層通過以太網(wǎng)以UDP數(shù)據(jù)包的形式接收，數(shù)據(jù)包格式的解析邏輯與虛擬仿真節(jié)點采用的通信協(xié)議保持一致。數(shù)據(jù)監(jiān)控節(jié)點內(nèi)部通過ICD數(shù)據(jù)與應(yīng)用數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換庫，根據(jù)需要設(shè)置的待監(jiān)控數(shù)據(jù)，將需要監(jiān)控的ICD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為應(yīng)用數(shù)據(jù)格式，并存儲在對應(yīng)的數(shù)據(jù)緩存中。顯示界面部分根據(jù)當(dāng)前的顯示視圖驅(qū)動監(jiān)控界面的顯示樣式，以及人工操作選擇的歷史數(shù)據(jù)，在對應(yīng)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)位域中顯示數(shù)據(jù)信息。

4 結(jié)束語

本文首先針對接口控制文檔（ICD）對應(yīng)的配置文件格式進(jìn)行分析，并結(jié)合機載軟件仿真驗證環(huán)境中數(shù)據(jù)激勵和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能模塊的需求，設(shè)計ICD數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)間的雙向自動轉(zhuǎn)換方法，創(chuàng)建ICD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能庫，并以ICD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能庫為核心子功能，構(gòu)建了數(shù)據(jù)激勵功能模塊和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能模塊的自動化生成。通過自動生成機載軟件仿真驗證環(huán)境中數(shù)據(jù)激勵和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能模塊，能夠有效降低仿真驗證環(huán)境的開發(fā)工作量和維護(hù)成本。

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