CN109634586B - 一种分阶段的ima配置数据开发方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机系统软件专业技术领域，涉及一种综合化模块化航电系统(IMA)配置数据的开发方法。本发明提供IMA综合化过程中，一种配置数据的开发方法。本发明总结在IMA综合过程中，各类角色开发人员需要处理的配置数据，研究配置数据的开发方法，包括表现形式、验证策略、转换方法。本发明将IMA配置数据定义为开发时数据和运行时数据两个阶段，支持基于开发时数据的验证；根据开发时数据采用可定制的方法转化生成运行时数据。

Description

一种分阶段的IMA配置数据开发方法

技术领域

本发明属于计算机系统软件专业技术领域，涉及一种综合化模块化航电系统(IMA)配置数据的开发方法。配置数据是IMA系统运行的指导，其开发方法的先进性直接影响航电系统开发综合工作的效率。

背景技术

航空电子系统是集合任务处理、显示控制、探测传感器和武器等软硬件构成的综合控制信息密集系统，是直接决定作战飞机的性能的关键指标之一。航电系统经过独立式、联合式，发展到了综合化模块化(IMA，Integrated Modular Avionics)阶段。借助微电子技术的快速发展(高速处理器、大容量存储器、高速通信网络等)，IMA的多个子系统共享标准模块，这些模块由高速网络互接，形成信息处理与交互的统一综合化支撑平台。在DO-297《IMA开发指南和认证考虑》中，定义IMA为：IMA是一组灵活、可重用、可互操作的软、硬件的共享资源集合，形成一个综合化平台，向驻留其上的执行飞机功能的应用提供经过设计和验证、具备预定的安全性级别、满足应用性能需求的服务。

IMA的处理器、存储器、软件、数据等物理、逻辑资源可以被多个应用共享，应用间通过规定的接口联系。IMA使用配置数据实现其重要特性——共享资源的可配置性。在三代机及更早的航电系统中，配置数据总量不大，所以使用源代码为核心开发、承载数据，使用源文件编辑器数据，这样有诸多缺点：不支持实时的设计约束，配置数据的错误要到系统综合阶段，软硬件连调的时候才能被发现；不能为设计决策提供判断依据，源代码形式数据的结构性差，不容易给开发者形成直观感受；不方便进行数据统计、验证、分析。IMA的功能应用多，通信频率高而且数据量大，系统状态转换复杂，配置数据量级从三代机的百、千行激增到万甚至十万行源代码。如果仍沿用原有方法，会出现容易出错、错误定位困难、修改困难大，以及不利于数据验证等问题。如果配置数据的验证集中在系统综合阶段，出现错误需要修改，可能会涉及到项目跨阶段的变更，多家参研单位的修改，需要付出很大成本。本发明研究IMA数据的内容、形式和验证手段，设计数据配置方法，为研制符合新型号飞机项目需求的开发工具提供理论指导。

发明内容

本发明的目的：

本发明提出的IMA配置数据开发方法，旨在突破IMA综合化过程中配置数据开发技术瓶颈，研究新一代飞机型号航电系统配置数据的开发方法。配置数据的开发流程参见图1。

本发明的技术方案包括：

一种分阶段的IMA配置数据开发方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：系统集成者定义IMA系统接口控制文件ICD，继续步骤2；

步骤2：把IMA配置数据开发划分为开发时数据和运行时数据两个阶段；第一阶段的开发时数据，采用XML格式存储在宿主机端；第二阶段的运行时数据，采用二进制格式加载到目标机端；定义开发时数据的约束规则，继续步骤3；

步骤3：在步骤2定义的约束规则下，配置开发时数据，继续步骤4；

步骤4：定义开发时数据的验证规则，验证已配置的开发时数据，验证成功，继续步骤5；验证失败，跳转到步骤3；

步骤5：根据开发时数据生成运行时数据，继续步骤6；

步骤6：加载运行时数据到目标机，完成配置数据开发。

其中，步骤4中所述开发时数据的验证规则支持扩展、修改，且验证规则支持数据元素的层级结构验证，父元素包括子元素的类型、各子元素的最大最小数目和可选性；验证规则支持数据元素所有属性验证，验证项包括属性名称、范围、最大值、最小值、缺省值、表现方式、编辑使能、唯一性、数据类型、数据格式和动态数据的源。

步骤5中所述的运行时数据生成方法包括以下步骤：

步骤(1)：从开发时数据定制产生中间XML文件，包含每个数据元素的类型、长度、值和说明，继续步骤(2)；

步骤(2)：从中间XML文件生成运行时数据。

本发明技术方案核心要点背景和原理包括：

1、基于角色的配置数据定义

根据DO-297的定义，IMA的开发者分为三类角色：系统集成者(SI，SystemIntegrator)、平台和模块提供者(PP，Platform and Module Provider)、应用开发者(AD，Application Developer)。平台和模块提供者作为计算机资源供应商，实现IMA平台的软硬件资源。应用开发者作为子系统供应商，在IMA平台资源提供的服务和约束下开发子系统功能软件。系统集成者作为飞机的系统承包商，需要：定义和管理系统接口；分配和管理系统资源，定义综合需要的配置数据。

平台和模块提供者实现硬件资源、机载网络、基础核心软件，需要提供硬件资源配置表、机载网络运行配置表、ARINC653OS配置数据表、系统管理配置表。

应用开发者在平台和模块提供的服务和约束下开发应用软件。应用配置数据包括应用构型、应用消息表、ARINC653应用配置数据表。

系统集成者有两项关键任务，一是在系统设计阶段定义系统接口控制文件ICD；二是在集成阶段实施资源分配，包括软硬件资源表、软硬件部署表、ARINC653调度表。

2、分阶段的配置数据开发

IMA配置数据可以是XML、源文件、二进制等格式。

使用XML文件存储IMA配置数据，具有可写性可读性好、便利分析和验证、实现数据和代码解耦合的优点。缺点是需要XML接口库，访问的速度慢，不适合IMA这种强实时系统。

使用源文件存储IMA配置数据，需要配置数据源文件和功能应用或者系统管理的源代码一起编译、链接。源文件格式优点是可以不需要解析，可以直接以变量的方式访问数据。缺点是数据和代码紧耦合，任何一方的改变都需要重新编译链接。当源文件数据量巨大的时候，其可写性、可读性差。

使用二进制文件存储IMA配置数据，配置数据按照预定义字节码格式排序，加载到目标机内存中，解析为结构体变量，提供给功能应用或者系统管理使用。二进制文件和功能应用或者系统管理代码生成的目标文件分离，实现数据和代码的解耦合。二进制文件基本不具备可读性。

综合上述三种格式的优缺点，可以把IMA配置数据划分为两个阶段：开发时数据和运行时数据。开发时数据采用XML文件，具备良好的结构化和可读性；运行时数据采用二进制文件，访问速度快并且数据和程序解耦。

3、可扩展的配置数据验证策略

选择基于开发时配置数据进行验证和分析，可以充分利用XML文件的优势。配置数据验证的内容定义在XML的Schema规则文件中，包括结构关系、引用关系、属性类型、属性格式、属性范围、唯一性、完整性。

4、可定制的运行时数据生成方法

开发时配置数据需要调用转换程序，生成运行时配置数据。机载网络配置、系统管理配置、嵌入式操作系统配置、应用配置等多个场景都需要运行时配置。如果为每个场景单独生成二进制字节码，就需要多个类似的转换程序，程序间存在通用性、可扩展性差的问题。所以，本专利设计定制的方法，为不同场景的开发时配置数据产生预定义的中间XML文件，再调用唯一的转换程序生成运行时数据。转换程序是固定的，只与中间XML文件耦合。中间XML文件描述二进制文件的数据项属性，可读性远高于二进制文件，内容参见表1。

表1中间XML文件格式

本发明具有的优点效果：

1.基于角色的IMA配置数据定义

2.分阶段的配置数据开发方法，吸取开发时数据可读性好、运行时数据访问速度快、和程序解耦的优点，避免各自的不足。

3.可扩展的配置数据验证策略，数据的规则写在配置文件中，可以提供实时的数据设计约束和统一的验证。

4.可定制的运行时配置数据生成方法，提高开发时配置数据的转化过程的复用性和可调试性。

附图说明

图1是IMA配置数据开发流程示意图。

图2是硬件模块的部分约束规则示意图。

图3是一条消息的中间文件内容示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明具体实施方式步骤为：

第一步，系统集成者配置系统接口控制文件ICD，定义IMA子系统的逻辑结构以及子系统间的数据交互。

第二步，创建配置数据的约束文件。该文件中定义配置数据的格式要求。图2展示了硬件模块的部分约束规则，硬件模块的结构包括KernelConfiguration、MemorySize、MemorySize元素，包含name、type属性。name是最大长度为16、的全局唯一的、必须配置的字符串值。type属性是缺省为ACroeOs653的枚举类型值。

第三步，根据约束文件，开发者创建编辑配置数据。平台提供者配置硬件模块、机载网络、系统管理数据、ARINC653操作系统配置；应用开发者配置应用构型、应用消息、ARINC653应用配置；系统集成者把应用部署到分区中，配置ARINC653调度表。

第四步，验证数据，根据验证结果重复第三步。

第五步，从开发时数据转化为运行时数据；首先需要定制、生成中间XML文件，再调用转化程序生成运行时配置数据。图3展示了一条通讯消息的中间文件内容。消息包括ID、名称、最大字节数、类型、接受方式、源端口ID、覆盖标志7个数据段。每个包含四个属性：length是数据段需要的字节长度；name是数据段的说明；type是数据段的类型；value是数据段的值。转换程序根据这些属性，数据段转换为二进制文件的字节码。

第六步，运行时数据的加载、运行。

Claims (1)

1.一种分阶段的IMA配置数据开发方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：系统集成者定义IMA系统接口控制文件ICD，继续步骤2；

步骤2：将IMA配置数据开发划分为开发时数据和运行时数据两个阶段；第一阶段的开发时数据，采用XML格式存储在宿主机端；第二阶段的运行时数据，采用二进制格式加载到目标机端；定义开发时数据的约束规则，继续步骤3；

步骤3：在步骤2定义的约束规则下，配置开发时数据，继续步骤4；

步骤4：定义开发时数据的验证规则，验证已配置的开发时数据，验证成功，继续步骤5；验证失败，跳转到步骤3；

步骤5：根据开发时数据生成运行时数据，继续步骤6；

步骤6：加载运行时数据到目标机，完成配置数据开发；

步骤4中所述开发时数据的验证规则支持扩展、修改，且：

1)验证规则支持数据元素的层级结构验证，父元素包括子元素的类型、各子元素的最大最小数目和可选性；

2)验证规则支持数据元素所有属性验证，验证项包括属性名称、范围、最大值、最小值、缺省值、表现方式、编辑使能、唯一性、数据类型、数据格式和动态数据的源；

步骤5中所述的运行时数据生成方法包括以下步骤：

步骤(1)：从开发时数据定制产生中间XML文件，包含每个数据元素的类型、长度、值和说明，继续步骤(2)；

步骤(2)：从中间XML文件生成运行时数据。

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