CN103813463A

CN103813463A - 软件通信体系架构中的资源分配方法

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Publication number: CN103813463A
Application number: CN201410049405.4A
Authority: CN
Inventors: 刘龑; 许生; 胡晨浩; 吴敏; 李裕
Original assignee: China Aeronautical Radio Electronics Research Institute
Current assignee: China Aeronautical Radio Electronics Research Institute
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明揭示一种软件通信体系架构中的资源分配方法，包括如下步骤（1）修改核心框架的应用工厂为上层应用提供的接口的入口参数为应用名称、初始化参数配置和组件器件配对表，其中组件器件配对表由核心框架之外的资源分配算法生成；（2）核心框架根据用户设置所要创建应用的名称读取该应用的域描述文件，从中获取该应用的安装、创建及配置信息，以及每个组件对物理资源的依赖关系；（3）按照初始化参数配置的要求来配置应用组件的参数；（4）由外部的资源分配算法生成组件器件配对表，根据组件器件配对表得到应用组件和相应的确定器件的配对关系序列，完成资源分配，实现应用的创建。

Description

软件通信体系架构中的资源分配方法

【技术领域】

本发明涉及软件无线电（以下简称SDR）系统中通用资源的分配方法，尤其涉及软件通信体系架构（以下简称SCA）中的通用资源分配方法。

【背景技术】

SCA定义了用于管理、控制、配置SDR的软件体系架构，由接口、行为规范、一般规则、波形应用程序接口以及所需的安全需求构成，是一组用来实现软件无线电的规则、方法和设计标准，它独立于实现的框架，约束SDR系统设计以帮助达到设计目标。

请参阅图1所示，为SCA资源管理层次示意图，其中域管理器是SCA体系结构中进行整个域管理的核心，管理着设备管理器、文件管理器、应用工厂以及应用，设备管理器负责创建逻辑设备和在这些逻辑设备上创建服务应用。资源分配算法通过访问逻辑设备获取逻辑设备的各项属性，将其与应用组件的需求进行动态匹配。

SCA中的核心框架（以下简称CF）是开放软件接口和描述体的基本核心集，这些接口和描述体用于嵌入式通信系统中的软件应用单元的配置、管理、互联以及通信。CF提供的管理机制则可以有效地进行软硬件资源的分配与管理。

资源的通用性是衡量SDR平台的关键要素之一，其对系统功能重构和可靠性影响深远。通用资源较传统的专用资源更为灵活，但同时也面临着资源分配的问题。对小规模SDR系统而言，由于资源少，系统复杂度不高，使用CF的资源分配机制给系统实现带来便利。但在大规模SDR系统中，设计人员对系统的管理要求较高。对于上层应用而言，SDR平台是一个公共的资源池，不同的系统对资源分配规则有着不同的要求。因此，SCA架构中创建应用的方法降低了大规模SDR系统的管理灵活性，导致系统在综合性能的提升上先天不足。综上所述，CF在资源分配方面的弊端主要包括以下三点：

1.资源分配不可控；

2.资源分配灵活性差；

3.资源分配策略的变更会导致对CF的深度测试和验证成本过高。

【发明内容】（代理人后补）

本发明的目的在于提供一种软件通信体系架构中的资源分配方法，用以解决现有SCA中的核心框架在资源分配方面存在的不可控、灵活性差以及资源分配策略的变更会导致对CF的深度测试和验证成本过高的问题。

为实现上述目的，实施本发明的软件通信体系架构中的资源分配方法，包括如下步骤：

步骤一，修改核心框架的应用工厂为上层应用提供的接口的入口参数为应用名称、初始化参数配置和组件器件配对表，其中组件器件配对表由CF之外的资源分配算法生成；

步骤二，CF根据用户设置所要创建应用的名称读取该应用的域描述文件，从中获取该应用的安装、创建及配置信息，以及每个组件对物理资源的依赖关系；

步骤三，按照初始化参数配置的要求来配置应用组件的参数；

步骤四，由外部的资源分配算法生成组件器件配对表，根据组件器件配对表得到应用组件和相应的确定器件的配对关系序列，完成资源分配，实现应用的创建。

依据上述主要特征，外部的资源分配算法生成组件器件配对表的具体方法如下：

（1）通过域管理器获取设备管理器对象，通过设备管理器获取当前系统已注册逻辑设备列表；

（2）获取已注册逻辑设备属性，包括设备类型、设备标识名以及可用状态等；

（3）在已注册的可用逻辑设备列表中，按照类型将设备分为GPP设备、DSP设备和FPGA设备，以便之后为相应的应用组件分配资源；

（4）资源分配算法根据应用的GPP组件对硬件资源的需求，到上一步所获取的GPP设备列表中进行遍历匹配，逻辑设备的属性是由硬件的实际使用情况来更新的，资源分配算法会为应用组件分配能够满足需求的设备；

（5）如上所述，资源分配算法继续为应用的DSP组件和FPGA组件分配相应的设备资源；

（6）将应用组件和逻辑设备所形成的设备分配序列写入该应用的WDD文件中；

（7）用户读取该应用的WDD文件，得到应用组件和逻辑设备的对应关系，作为CF的接口的组件器件配对表参数；

（8）CF之外的动态资源分配算法干预到CF内部，为了避免外部算法与CF发生冲突，在CF执行应用加载前，对资源分配结果进行验证，验证通过，执行加载操作；

（9）通过对不同的应用设置相应的优先级，在硬件资源有限的情况下，当所获得的设备能力不能够满足当前应用的需求时，根据应用的优先级别将低优先级的应用卸载，为高优先级的应用重新分配资源。

依据上述主要特征，该方法还包括在系统故障后的动态容错步骤，该步骤包括：

a.故障会以最高优先级中断至故障处理程序中，故障处理程序对故障的类型进行判断，如果是器件级别的故障，系统将对应的逻辑设备可用属性设置为不可用；如果是模块级别的故障，则将该模块所涉及的所有逻辑设备设置为不可用；

b.产生故障的逻辑设备将被隔离，即系统将不会再查询发生故障设备的各类属性，以免造成不必要的系统资源开销，资源分配算法也将得到一个新的可用设备序列；

c.故障设备所加载的应用组件将被自动卸载，资源分配算法根据新的可用设备序列为应用组件分配相应的资源，系统调用CF的接口创建应用。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

(1)本发明在完全兼容SCA规范的前提下，通过修改CF接口入口参数，简化接口行为，实现外部资源分配算法，以提高系统灵活性的方法；

(2)本发明通过将当前实际的设备属性与应用组件需求相对比的方法，实现软件资源与硬件资源的最优匹配。可以根据应用的优先级别，在有限的硬件资源上动态的部署相应的组件；

(3)本发明能够在故障状态下自适应动态重构应用组件，在不需要人为干预的情况下能够自主地恢复应用的功能。

【附图说明】

图1是SCA资源管理层次示意图。

图2是外部算法干预的资源分配过程的流程图。

图3是应用组件故障状态下的动态重构过程的流程图。

图4是软件通信体系架构中资源分配实施方案的硬件系统框图。

【具体实施方式】

为便于理解，以下先对后文中应用的相关述语的定义进行说明。

域描述文件--为一组可扩展标记语言（以下简称XML）文件，这些文件描述了系统的硬件和软件成员及其特点、互联关系等。

应用--为执行一个特定的遵从SCA功能的程序，由一个或多个资源组成。

资源--为具有某种标准接口的软件模块，可形成特定的应用程序，这些应用程序将完成特定的通信功能和协议，包括软件资源和逻辑设备。

域管理器--负责域内软件资源、逻辑设备、波形应用、服务等的控制、配置和管理的模块。

波形部属描述文件（以下简称WDD文件）--为保存应用组件与逻辑设备匹配关系的XML文件，描述了应用组件在设备资源上的部署情况，由外部分配算法生成。

软件装配描述文件（以下简称SAD）--包含了组成应用的所有组件地相关信息，用以描述自身的装配以及组成组件间的互联，它为域的管理提供了四种类型的基本信息：组件配置的需求、软件装配时的装配控制器、组件间的连接信息及应用对外可见端口。

实施本发明的软件通信体系架构中的资源分配方法包括如下方法：

步骤一，修改CF的应用工厂为上层应用提供的接口的入口参数。

SCA中的CF的应用工厂为上层应用提供了Create()接口，从获取应用属性开始到完成系统中该应用的创建，Create()接口调用了这个过程中CF的全部行为，其中包括CF对系统资源的分配。该Create()接口有三个入口参数，分别是应用名称、初始化参数配置和设备分配序列。在CF内部存在资源分配机制，在为应用分配容量过程中，CF将应用的域描述文件所描述的应用组件的分配属性与已注册设备序列中设备属性逐一比较，当找到能满足组件的分配需求时，将设备分配给该组件。

为配合CF之外的资源分配算法，本发明对CF的Create()接口的入口参数修改为应用名称、初始化参数配置和组件器件配对表。其中组件器件配对表由CF之外的资源分配算法生成，它决定了该应用的每个组件加载在哪个确定的器件上，用户根据系统实际需求设计资源分配算法，该算法独立于CF之外，因此使SCA架构允许来自第三方的资源分配算法，从而具备更多的灵活性和开放性。

步骤三，按照初始化参数配置的要求来配置应用组件的参数。初始化参数配置是用户预设的该应用的初始化配置信息，可以根据不同的应用场景修改或选择不同的初始化配置信息；

在CF的Create()接口中，由资源分配算法所得到的组件器件配对表作为最重要的参数，直接影响应用组件的分配结果，关系到应用能否成功运行。不同于CF内部提供的资源分配算法，本发明利用外部资源分配算法实现了组件和真正符合当前应用需求的硬件资源相匹配，在大规模SDR系统中实现了对资源分配的控制。请参阅图2所示，具体流程如下：

步骤一，通过域管理器获取设备管理器对象，通过设备管理器获取当前系统已注册逻辑设备列表；

步骤二，获取已注册逻辑设备属性，包括设备类型、设备标识名以及可用状态等；

步骤三，在已注册的可用逻辑设备列表中，按照类型将设备分为GPP设备、DSP设备和FPGA设备，以便之后为相应的应用组件分配资源；

步骤四，资源分配算法根据应用的GPP组件对硬件资源的需求，到上一步所获取的GPP设备列表中进行遍历匹配。逻辑设备的属性是由硬件的实际使用情况来更新的，资源分配算法会为应用组件分配能够满足需求的设备；

步骤五，如上所述，资源分配算法继续为应用的DSP组件和FPGA组件分配相应的设备资源；

步骤六，将应用组件和逻辑设备所形成的设备分配序列写入该应用的WDD文件中。

步骤七，用户读取该应用的WDD文件，得到应用组件和逻辑设备的对应关系，作为CF的Create()接口的组件器件配对表参数。

步骤八，CF之外的动态资源分配算法干预到CF内部，为了避免外部算法与CF发生冲突，在CF执行应用加载前，对资源分配结果进行验证，验证通过，即可执行加载操作。

步骤九，通过对不同的应用设置相应的优先级，在硬件资源有限的情况下，当所获得的设备能力不能够满足当前应用的需求时，根据应用的优先级别将低优先级的应用卸载，为高优先级的应用重新分配资源。

另外，由于实现了资源分配可控，系统故障后的动态容错成为可能。在设备出现故障时，系统会执行以下操作（具体可如图3所示）：

a.故障会以最高优先级中断至故障处理程序中，故障处理程序对故障的类型进行判断，如果是器件级别的故障，系统将对应的逻辑设备可用属性设置为不可用。如果是模块级别的故障，则将该模块所涉及的所有逻辑设备设置为不可用；

c.故障设备所加载的应用组件将被自动卸载，资源分配算法根据新的可用设备序列为应用组件分配相应的资源，系统调用CF的Create()接口创建应用。

为对上述的方法更清楚的理解，以下结合实例进行说明。

在本实施方案中，SDR系统以下几个模块构成：

1.PowerPC MPC8548CPU；

2.与应用组件相关的数字信号处理模块；

3.与应用组件相关数字收发模块。

4.与路由配置相关的交换模块。

主要模块的框图如图4所示。

实施本发明软件通信体系架构中的资源分配方法的步骤如下：

第一步、验证修改之后CF的Create()接口功能：

1.系统上电之后，主控模块加载实时操作系统，同时加载CF以及资源分配算法程序和应用组件动态重构程序。主控模块准备就绪后，等待应用创建指令输入。

2.通过上位机向SDR平台传递创建应用的指令，SDR平台进行指令解析后得到需要创建的应用名称，CF根据应用的名称在波形应用的描述文件中读取应用组件的标识名，得到该应用的组件列表。为了便于验证Create()接口的功能，只为应用设置一个GPP组件。

3.为应用设置一个名称为App_test，通过上位机查询App_test创建状态，如果返回状态为应用创建成功，说明通修改之后的Create()接口可以很好的兼容现有SCA规范。

第二步、验证资源分配算法干预下的资源分配情况：

1.通过CF接口按照设备类型查询并获取当前已注册设备序列并判断其可用状态，可以得到当前可用的GPP设备、可用的DSP设备以及可用的FPGA设备；

2.资源分配算法分别为应用组件分配资源，其实现过程如下：首先算法通过CF接口得到可用设备的各项属性，包括处理速度、内存资源使用情况等，这些属性是由系统所注册的逻辑设备提供，其根据物理设备的实际情况动态变化，资源分配算法以各项属性的值作为输入维护一张包含设备所有属性的列表；其次在为应用组件分配资源时，资源分配算法将组件对设备的各项需求分别与所维护的设备属性表内的各项属性进行比较，将满足组件最低需求的设备资源分配给各个组件，从而完成了资源的最优匹配；最后将匹配结果写入到WDD文件中，作为资源分配算法的最终结果输出。

3.打开相应的WDD文件进行观察，在设备分配序列（deviceassignmentsequence）标签项下可以得到资源分配结果，应用的各个组件有与其需求相符合的硬件设备一一对应；

4.系统调用CF的Create()接口并且到WDD文件中读取设备匹配序列，其将作为其第三个入口参数输入。

5.应用组件按照资源分配算法生成的匹配方式进行部署，最终实现应用的功能。

在不卸载当前应用的情况下，继续加载另一应用，通过WDD文件观察两个应用的资源分配情况；在设备资源完全占用的情况下加载不同优先级的应用，观察资源的分配情况。结果表明外部资源分配算法能够根据当前设备状态以及应用的优先级合理分配资源。

第三步、验证故障状态下应用的动态重构：

1.应用App_test成功运行之后，通过上位机获取系统的管理员权限，修改DSP逻辑设备的状态属性，将其设置为故障状态，进行人为故障植入。

2.系统检测到故障后进入故障处理程序，程序将DSP逻辑设备的故障标记设置为1，状态检测程序检测到故障标记为1时将绕过该设备的检测过程，达到故障隔离的目的，同时调用资源分配算法重新进行资源分配，生成新的apptest_wdd.xml文件并将App_test应用卸载。

3.故障处理程序调用CF的Create()接口并到apptest_wdd.xml文件中读取重构之后的设备匹配序列，应用组件重新部署到正常的满足需求的设备资源上，应用的功能恢复。

以上是在外部资源分配算法干预下，应用从创建、组件及设备资源部署完成和故障植入产生重构的整个过程。结果表明外部资源分配算法不影响SCA架构的稳定性，完全兼容现有的SCA规范；系统能够按照实际设备资源的使用情况进行资源分配，避免按照固定的SAD文件进行组件装配时，出现不满足性能需求导致应用加载失败的情况；系统出现故障后能够自主地进行应用组件地重新部署，实现应用的动态重构，满足高稳定性要求的SDR系统。

与现有技术相比较，本发明具有如下优点：

(1)本发明提出了一种在完全兼容SCA规范的前提下，通过修改Create()接口入口参数，简化Create()接口行为，实现外部资源分配算法，以提高系统灵活性的方法。

(2)本发明通过将当前实际的设备属性与应用组件需求相对比的方法，实现软件资源与硬件资源的最优匹配。可以根据应用的优先级别，在有限的硬件资源上动态的部署相应的组件。

(3)本发明能够在故障状态下自适应动态重构应用组件，在不需要人为干预的情况下，自主地恢复应用的功能，这在可靠性要求较高的SDR系统中十分重要。

(4)CF是一个稳定、不易变更的模块，它的每一个变更都会对系统产生深层次的影响，并带来大量的测试、验证工作，成本过高。通过外部资源分配算法，在面对不同的资源分配规则要求时，可以在保证CF稳定性的基础之上，让系统开发者根据实际需求，灵活地实现不同的资源分配规则。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种软件通信体系架构中的资源分配方法，包括如下步骤：

步骤一，修改核心框架的应用工厂为上层应用提供的接口的入口参数为应用名称、初始化参数配置和组件器件配对表，其中组件器件配对表由核心框架之外的资源分配算法生成；

步骤二，核心框架根据用户设置所要创建应用的名称读取该应用的域描述文件，从中获取该应用的安装、创建及配置信息，以及每个组件对物理资源的依赖关系；

2.如权利要求1所述的软件通信体系架构中的资源分配方法，其特征在于外部的资源分配算法生成组件器件配对表的具体方法如下：

（7）用户读取该应用的WDD文件，得到应用组件和逻辑设备的对应关系，作为核心框架的接口的组件器件配对表参数；

（8）核心框架之外的动态资源分配算法干预到核心框架内部，为了避免外部算法与核心框架发生冲突，在核心框架执行应用加载前，对资源分配结果进行验证，验证通过，执行加载操作；

3.如权利要求1所述的软件通信体系架构中的资源分配方法，其特征在于该方法还包括在系统故障后的动态容错步骤，该步骤包括：

b.产生故障的逻辑设备将被隔离，资源分配算法得到一个新的可用设备序列；

c.故障设备所加载的应用组件将被自动卸载，资源分配算法根据新的可用设备序列为应用组件分配相应的资源，系统调用核心框架的接口创建应用。