CN101841515A

CN101841515A - 可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法

Info

Publication number: CN101841515A
Application number: CN200910080458A
Authority: CN
Inventors: 李海; 张钦; 郑哲; 侯舒娟; 吴嗣亮; 孙昕
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: CN101841515B

Abstract

本发明公开了一种可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法。首先需要编写目标平台特性描述文件，该文件描述特定目标平台的基本常规特性，接着，编写PDU描述文件，描述PDU内部元素的组成，系统自动分析PDU描述文件，并根据其内容生成与目标平台无关的抽象语法树，然后，系统遍历抽象语法树，并利用目标平台特性表生成与目标平台相关的数据字典；最后，编写代码模板库，生成针对特定目标平台的PDU编解码代码。使用该方法设计的系统，可以方便地生成支持各种目标平台的PDU编解码代码，特别是可以在不修改代码生成系统的情况下，由用户完全定制目标平台和生成代码的模板。

Description

可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法。

背景技术

对等层协议之间交换的信息单元称为协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)。为了减少传递PDU所需要的带宽，各种通信协议都在PDU编码格式方面进行了专门的设计，以图采用尽可能少的比特来传递尽可能多的信息。这种压缩编码格式的数据虽然易于传输，但给通信软件的处理带来不便，所以在通信协议栈的开发和测试中，需要编写专门的PDU编解码程序以实现PDU比特串和应用程序内部数据结构之间的转换。在一些复杂通信系统的协议栈开发中，PDU编解码程序的代码量甚至可以占到信令处理部分的一半。手工编写PDU编解码程序不但工作量大，而且容易出错。协议数据单元编解码程序自动生成系统，可以有效地提高代码的开发效率、可维护性和性能。

要实现PDU编解码代码的生成，就需要有一种适合描述系统PDU格式的形式化语言。目前有许多形式化语言标准可以选择，如ASN.1、CSN.1、XML、DCL等，但是仍然没有一种形式化语言能够成为描述通信协议的唯一标准。即使在同一个协议栈中，不同的组成部分也可能使用不同的协议描述方法，如3GPP的UMTS标准的3层协议的各个子层采用的描述方法就不统一，RRC子层使用的描述语言是ASN.1，而CM和MM子层使用的是表格形式。

不同通信系统所支持的PDU编码方式也是不同的。例如对于采用ASN.1语言描述的PDU，有BER、PER、DER、XER、CER等多种不同的编码规则。但是，仍然有很多现有的通信标准不能使用这些编码规则进行描述。为此，ITU-T在2002年制订了新的编码规则标准ECN。该标准允许用户提供一个编码定义模块来描述协议所采用的编解码规则，从而实现对各种复杂的协议规则的支持。

多数现有系统对每种编码规则和每种目标平台都提供一段专门的代码进行支持，每增加一种编码规则或者一种目标平台，都需要进行程序修改，这种方法存在以下问题：

1、扩展性差，增加新的目标平台，必须编写新的代码。

2、用户不能独立地进行新的目标平台的开发工作，而必须对代码生成程序的工作原理非常熟悉，所以通常目标平台的移植工作都是由代码生成系统的开发者完成的。

3、由于扩展困难，支持的目标平台的数量非常有限。多数代码生成系统只支持一、两种编程语言，而且必须使用指定的硬件系统、操作系统、编译系统和编解码函数库。

虽然也有系统提供对编码规则的描述，如支持ECN规则的工具，但是ECN规则没有提供目标平台的描述功能，只能实现有限的编码规则定制，在增加新的目标平台的支持上仍然存在着上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法，使用该方法设计的系统，可以方便地生成支持各种目标平台的PDU编解码代码，特别是可以在不修改代码生成系统的情况下，由用户完全定制目标平台和生成代码的模板。

要使用本发明所设计的系统自动生成PDU编解码代码，首先需要编写目标平台特性描述文件，该文件描述特定目标平台的基本特性，这些特性通常和编码规则无关，只与目标平台的编程语言、操作系统、硬件系统、编译系统、编解码函数库等特性有关。

目标平台是指所生成的代码的运行环境。目标平台一般包括以下要素：

1、程序语言，不同的语言编写的编解码代码的差异是明显的；

2、硬件系统，包括CPU的位数、大端(Big Endian)与小端(Little Endian)等都是在编写程序时需要考虑的问题；

3、操作系统，也包括不使用操作系统的情况，不同的操作系统所提供的应用程序接口函数是不同的；

4、编译系统，即使同一种语言的不同编译器对语言标准的支持往往有所差异，对生成代码的要求也有可能不同；

5、编解码函数库，不同的程序用途对编解码函数库的要求可能是不同的。例如采用图形界面显示PDU编解码结果的程序和不采用任何用户界面仅进行数据转换的程序，所使用的函数库是不同的。

以上这些要素中任何一个发生变化，所生成的代码就会有不同，一般都需要对代码生成系统进行修改，以适应目标平台的变化。

任何PDU都是由基本元素和组合元素组成的。基本元素是系统内部支持的独立的PDU元素，完成基本元素的编解码过程不需要依赖其他基本元素的编解码过程。组合元素是一个或多个基本元素按照一定的原则组成的。基本元素可能因系统的支持不同而不同，例如如果系统直接提供了复数类型的编解码函数，则复数类型是一个基本类型；反之，复数类型不是基本类型，必须看作两个实数类型的组合类型。

目标平台特性表中主要元素包括：

(1)基本元素的类型定义(type)、编码函数(encode)和解码函数(decode)所对应的生成代码。

(2)组合元素的类型定义(type)、编码函数(encode)和解码函数(decode)所对应的生成代码。

(3)符号名转换规则NAMEREPLACE。编程语言和PDU描述语言对合法字符的规定不一定相同，此时需要定义一条NAMEREPLACE规则，将PDU描述文件中的元素名或类型名中出现的指定字符替换为目标平台语言中的合法字符。在一个目标平台特性表中，NAMEREPLACE规则可以没有，也可以有一条或多条。

(4)SORT属性，表示目标平台是否需要对类型定义的出现先后顺序进行排序。例如在C语言中，如果一个组合类型A中出现了另一个组合类型B，B的定义必须在A的前面。

采用本发明设计的系统自动分析目标平台特性描述文件，并建立相应的目标平台特性表。目标平台特性表的作用是为了程序快速查找目标平台的特性，可以采用数组、链表、树、图等各种存储结构。

本发明提供的方法进行如下代码自动生成：

第1步：编写PDU描述文件，描述PDU内部元素的组成。该文件可以采用通用的形式化描述语言，如ASN.1、CSN.1、XML、DCL、DSL、C/C++语言、Pascal语言、Java语言，也可以采用其他方式进行表述，如图形用户界面、表格。

第2步：系统自动分析PDU描述文件，并根据其内容生成与目标平台无关的抽象语法树。该抽象语法树的每个子节点必须是系统支持的基本元素类型。如果某个节点不是基本元素，而是组合元素，则必须将其进一步分解为基本元素的组合，并将分解后的各个基本元素作为该节点的子节点。

第3步：系统遍历第2步所产生的抽象语法树，并利用事先建立的目标平台特性表生成与目标平台相关的数据字典。整个遍历的过程可以分为以下几个子步骤：

第3.1步：判断目标平台的SORT属性是否为TRUE，如果为TRUE则分析各类型定义的依赖关系，将不依赖于其他类型的类型定义排在前面，依赖其他类型的类型定义排在后面；如果SORT属性为FALSE，则忽略本步骤。

第3.2步：遍历抽象语法树，检查每个节点的元素名和组合类型名的是否需要进行字符转换，如果需要，按照表中的REPLACENAME项定义的规则进行替换。

第3.3步：遍历抽象语法树，检查每个节点的类型，使用目标平台类型表中的该节点类型所对应的type、encode和decode项来填充该节点所对应的字典中的item_type、item_encode和item_decode项。

第3.4步：遍历抽象语法树，根据每个节点的属性生成字典项，每个基本元素节点对应一个字典，组合元素节点下的各子节点生成子字典。

以上的第3.2、3.3和3.4步可以同时进行，也可以依照一定次序先后进行。

第4步：编写代码模板库，该代码模板库在编解码代码中嵌入模板变量和模板函数。代码模板库通常和PDU编码规则有关，但是和基本数据元素的编解码函数无关。

第5步：模板引擎利用第3步生成的数据字典替换第4步产生的代码模板库中的模板变量和模板函数，生成针对特定目标平台的PDU编解码代码。

以上步骤中的第4步也可以在第1步之前完成。对于常用的编码规则和目标平台，可以将代码模板库和目标平台描述文件固化在系统中。

有益效果：

本发明克服了现有技术的扩展性差、目标平台和PDU编解码代码生成系统依赖性高的缺点。用户只需要针对选定的目标平台编写目标平台特性描述文件，根据特定协议的编解码规则编写代码模板库就可以实现新的目标平台的移植，而完全不需要修改PDU编解码代码生成系统的核心部分，操作简便，实施容易。

附图说明

图1可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法的流程图。

图2是可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法生成的与目标平台无关的抽象语法树。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

假定所使用的目标平台为基于Telelogic TAU G2的UML语言，采用ASN.1语言进行PDU描述。系统支持的基本元素有空类型(NULL)、整数型(INTEGER)、布尔型(BOOLEAN)、实数型(REAL)、枚举型(ENUM)、比特串类型(BIT STRING)、字符串类型(OCTET STRING)。组合元素包括SEQUENCE OF、SET OF、CHOICE、SEQUENCE和SET。

编写目标平台特性描述文件，该文件包括以下内容：

(1)NULL、INTEGER、BOOLEAN、REAL、ENUM、BIT STRING、OCTET STRING等基本元素的类型定义(type)、编码函数(encode)、解码函数(decode)所对应的Telelogic TAU G2的代码。

(2)SEQUENCE OF、SET OF、CHOICE、SEQUENCE和SET等组合元素类型定义(type)、编码函数(encode)、解码函数(decode)所对应的Telelogic TAU G2的代码。

(3)ASN.1中允许元素名或类型名中使用“-”字符，而TAU G2不允许在变量或函数名中使用“-”字符，需要定义一条NAMEREPLACE规则，将PDU描述文件中的元素名或类型名中出现的“-”字符替换为“_”字符。

(4)TAU G2中不需要对组合元素的先后顺序进行排序，所以SORT属性为FALSE。

系统自动分析目标平台特性描述文件，并以数组形式建立目标平台特性表，数组中每一项对应一条目标平台的特性。

参照附图1，本发明进行如下代码生成：

第1步：使用ASN.1语言编写PDU描述文件，PDU的编解码规则采用ETSI 392-2标准所描述的TETRA数字集群通信系统的PDU编解码规则，PDU的内容如下表所示：

序号	元素名	元素类型	位数	是否必选
序号	元素名	元素类型	位数	是否必选	1	pdu-type	整数型	5	必选
2	call-identifier	整数型	14	必选	1	pdu-type	整数型	5	必选
2	call-identifier	整数型	14	必选	3	prop	比特串型	20	可选

在ASN.1描述文件中，该PDU定义为一个SEQUENCE组合类型，包括2个INTEGER类型的基本元素pdu-type和call-identifier，及1个SEQUENCE组合类型optional-elements。而optional-elementsSEQUENCE组合类型包括BIT STRING类型的基本元素prop。

第2步：系统自动分析PDU描述文件，并根据其内容生成与目标平台无关的抽象语法树，如图3所示。

第3.1步：由于目标平台的SORT属性为FALSE，忽略本步骤。

第3.2步：遍历抽象语法树，检查每个节点的元素名和组合类型名中是否有“-”字符，如果有将其替换为“_”。

第3.4步：遍历抽象语法树，根据每个节点的属性生成字典项，DEMO-PDU中pdu-type、call-identifier和optional-elements每个节点对应一个字典，optional-elements节点下包括一个子字典，子字典的内容对应prop子节点。

第4步：编写如下代码模板库：

(1)类型定义模板：组合类型采用class类型进行定义，组合类型内部的各基本元素为class类型的内部成员。不属于任何组合类型的基本类型采用syntype语句进行定义。

(2)解码程序模板：每个组合类型的解码函数为一个单独的函数，该函数内部包括一个循环，该循环对组合类型内部的各基本元素逐一进行解码。不属于任何组合类型的基本类型不需要产生解码代码。

(3)编码程序模板：每个组合类型的编码函数为一个单独的函数，该函数内部包括一个循环，该循环对组合类型内部的各基本元素逐一进行编码。不属于任何组合类型的基本类型不需要产生编码代码。

第5步：模板引擎利用数据字典中的数据替换代码模板库中的模板变量和模板函数，生成基于Telelogic TAU G2的UML平台的PDU编解码代码。

本发明包括但不局限于本实施例，凡是在本发明的精神和原则以下，对本发明的局部改进、等同替换，都将视为在本发明的保护范围之下。

Claims

1.可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法，其特征在于：采用本发明设计的系统自动分析目标平台特性描述文件，并建立相应的目标平台特性表；

本发明提供的方法进行代码自动生成：

第1步：编写PDU描述文件，描述PDU内部元素的组成；

第2步：系统自动分析PDU描述文件，并根据其内容生成与目标平台无关的抽象语法树；

第3步：系统遍历第2步所产生的抽象语法树，并利用事先建立的目标平台特性表生成与目标平台相关的数据字典；

整个遍历的过程可以分为以下几个子步骤：

第3.1步：判断目标平台的SORT属性是否为TRUE，如果为TRUE则分析各类型定义的依赖关系，将不依赖于其他类型的类型定义排在前面，依赖其他类型的类型定义排在后面；如果SORT属性为FALSE，则忽略本步骤；

第3.2步：遍历抽象语法树，检查每个节点的元素名和组合类型名的是否需要进行字符转换，如果需要，按照表中的REPLACENAME项定义的规则进行替换；

第3.3步：遍历抽象语法树，检查每个节点的类型，使用目标平台类型表中的该节点类型所对应的类型定义、编码函数和解码函数来填充该节点所对应的字典中的item_type、item_encode和item_decode项；

第3.4步：遍历抽象语法树，根据每个节点的属性生成字典项，每个基本元素节点对应一个字典，组合元素节点下的各子节点生成子字典；

以上的第3.2、3.3和3.4步可以同时进行，也可以依照一定次序先后进行；

第4步：编写代码模板库，该代码模板库在编解码代码中嵌入模板变量和模板函数；代码模板库通常和PDU编码规则有关；

第5步：模板引擎利用第3步生成的数据字典替换第4步产生的代码模板库中的模板变量和模板函数，生成针对特定目标平台的PDU编解码代码；

以上步骤中的第4步也可以在第1步之前完成。

2.可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法，其特征在于：

任何PDU都是由基本元素和组合元素组成的；基本元素是系统内部支持的独立的PDU元素，完成基本元素的编解码过程不需要依赖其他基本元素的编解码过程；组合元素是一个或多个基本元素按照一定的原则组成的。

3.可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法，其特征在于：

目标平台特性表中的元素包括但不限于：

(1)基本元素的类型定义、编码函数和解码函数所对应的生成代码；

(2)组合元素的类型定义、编码函数和解码函数所对应的生成代码；

(3)符号名转换规则NAMEREPLACE；则需要定义一条NAMEREPLACE规则，将PDU描述文件中的元素名或类型名中出现的指定字符替换为目标平台语言中的合法字符；在一个目标平台特性表中，NAMEREPLACE规则为没有、一条或多条中的一种；

(4)SORT属性，表示目标平台是否需要对类型定义的出现先后顺序进行排序。

4.可变目标的协议数据单元编解码代码自动生成的实现方法，其特征在于：对于常用的编码规则和目标平台，将代码模板库和目标平台描述文件固化在系统中。