CN110134383A - 一种机载ima架构下的框架代码自动生成方法及装置 - Google Patents

一种机载ima架构下的框架代码自动生成方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种机载IMA架构下的框架代码自动生成方法及装置。该方法包括：解析IMA软件架构模型，生成软件运行时构件类对象实例；调用软件运行时构件类对象实例的模块级元素生成主体框架代码；调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成应用分区初始化代码；调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成分区中进程相关代码。本发明解决了IMA架构下重复性编码、编码质量问题。

Description

一种机载IMA架构下的框架代码自动生成方法及装置
技术领域
本发明属于软件领域，涉及一种综合模块化体系架构(Integrated ModularArchitecture，IMA)架构下的框架代码自动生成方法及装置。
背景技术
航空电子系统作为安全关键系统的典型代表，其系统架构在从传统的联邦式体系结构到IMA演变过程中，之前由机械或硬件实现的功能逐渐由软件实现，由此导致了软件复杂度规模大幅增长。例如波音787的飞控系统大约650万行代码。开发如此庞大和复杂的软件，除了要求软件功能正确，还要具有良好的质量保证。代码作为机载软件重要的产品要素之一，对软件质量具有无可替代的影响。目前大多数机载软件开发人员在仍然采用手工编码的方式进行代码编写，这种方式在一定程度上虽然能够灵活控制开发流程，但也存在其固有的弊端。例如，进行大规模机载软件开发时，大量的编码活动使软件开发人员局限于重复性编码工作中，除了会很容易引起代码质量的问题、增加软件开发成本，同时也很难使开发人员聚焦于在软件架构设计层面对软件整体功能和性能进行设计、分析和验证。
发明内容
发明目的：提供了一种机载IMA架构下的框架代码自动生成方法及装置，解决了IMA架构下重复性编码、编码质量问题。
第一方面，提供一种机载IMA架构下的框架代码自动生成方法，在机载IMA架构下，所述方法包括：
解析IMA软件架构模型，生成软件运行时构件类对象实例；
调用软件运行时构件类对象实例的模块级元素生成主体框架代码；
调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成应用分区初始化代码；
调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成分区中进程相关代码。
进一步的，所述解析IMA软件架构模型，生成软件运行时构件类对象实例，包括：
将IMA软件架构模型自顶向下分为模块、分区、任务三级；
分别定义模块、分区、任务的XML模式；
将模块、分区、任务的相关资源及通信关系通过XML建模，形成XML架构模型；
解析XML架构模型，建立软件运行时构件类对象实例，软件运行时构件类对象实例的元素包括：软件运行时构件类对应的模块、分区、任务、端口、缓冲区、黑板、信号量、事件、分区间通信及分区内通信对象和实例。
进一步的，所述根据软件运行时构件类元素库的元素生成主体框架代码，包括：
主体框架代码以软件架构运行时构件类对象实例为输入，遍历模块中的每个分区对象，为每个分区新建以分区名为文件名的C文件；
依次生成头文件引用、进程函数定义、进程属性表定义和分区初始化函数定义，将生成的代码以字符流的形式写入C文件中；
其中，C文件用于存储主体框架代码。
进一步的，所述调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成应用分区初始化代码，包括：
遍历软件运行时构件类对象实例中分区的端口，生成创建每个端口的代码；
遍历软件运行时构件类对象实例中分区内通信对象，根据分区内通信对象的通信机制，生成创建缓冲区、黑板、信号量、事件的代码；
遍历软件运行时构件类对象实例中分区内的进程对象，生成创建进程和启动进程的代码，
将上述生成的代码以字符流的形式写入C文件中。
进一步的，所述调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成分区中进程相关代码，包括：
以软件运行时构件类对象实例为输入，遍历分区中的每个任务对象，为每个任务生成它的功能函数；
若功能函数是周期性函数，则功能函数内的代码按周期循环执行；
遍历软件运行时构件类对象实例中任务的输入对象；
若输入对象关联分区间通信，则生成从队列端口或采样端口读取消息的代码；
若输入对象关联分区内通信，则生成从缓冲区或黑板读取消息，或，获取信号量或事件的代码；
遍历进程对象的输出对象；
若输出对象关联分区间通信，则生成从端口发送消息的代码；
若输出对象关联分区内通信，则生成向缓冲区或黑板写入消息，或释放信号量或事件的代码；
将上述生成的代码以字符流的形式写入C文件中。
第二方面，提供一种机载IMA架构下的框架代码自动生成装置，在机载IMA架构下，所述装置包括：
解析模块，用于解析IMA软件架构模型，生成软件运行时构件类对象实例；
第一生成模块，用于调用软件运行时构件类对象实例的模块级元素生成主体框架代码；
第二生成模块，用于调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成应用分区初始化代码；
第三生成模块，用于调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成分区中进程相关代码。
进一步的，所述解析模块包括：
划分单元，用于将IMA软件架构模型自顶向下分为模块、分区、任务三级；
定义单元，用于分别定义模块、分区、任务的XML模式；
建模单元，用于将模块、分区、任务的相关资源及通信关系通过XML建模，形成XML架构模型；
解析单元，用于解析XML架构模型，建立软件运行时构件类对象实例，软件运行时构件类对象实例的元素包括：软件运行时构件类对应的模块、分区、任务、端口、缓冲区、黑板、信号量、事件、分区间通信及分区内通信对象和实例。
进一步的，所述第一生成模块包括：
第一遍历单元，用于主体框架代码以软件架构运行时构件类对象实例为输入，遍历模块中的每个分区对象，为每个分区新建以分区名为文件名的C文件；
生成单元，用于依次生成头文件引用、进程函数定义、进程属性表定义和分区初始化函数定义，将生成的代码以字符流的形式写入C文件中；
其中，C文件用于存储主体框架代码。
进一步的，所述第二生成模块包括：
第二遍历单元，用于遍历软件运行时构件类对象实例中分区的端口，生成创建每个端口的代码；
第三遍历单元，用于遍历软件运行时构件类对象实例中分区内通信对象，根据分区内通信对象的通信机制，生成创建缓冲区、黑板、信号量、事件的代码；
第四遍历单元，用于遍历软件运行时构件类对象实例中分区内的进程对象，生成创建进程和启动进程的代码，
写入单元，用于将上述生成的代码以字符流的形式写入C文件中。
进一步的，所述第三生成模块包括：
第五遍历单元，用于以软件运行时构件类对象实例为输入，遍历分区中的每个任务对象，为每个任务生成它的功能函数；
执行单元，用于若功能函数是周期性函数，则功能函数内的代码按周期循环执行；
第六遍历单元，用于遍历软件运行时构件类对象实例中任务的输入对象；
第一代码生成单元，用于若输入对象关联分区间通信，则生成从队列端口或采样端口读取消息的代码；
第一消息生成单元，用于若输入对象关联分区内通信，则生成从缓冲区或黑板读取消息；
第一获取信息单元，用于若输入对象关联分区内通信，获取信号量或事件的代码；
第七遍历单元，用于遍历进程对象的输出对象；
第二代码生成单元，用于若输出对象关联分区间通信，则生成从端口发送消息的代码；
第二消息生成单元，用于若输出对象关联分区内通信，则生成向缓冲区或黑板写入消息；
第二获取信息单元，用于释放信号量或事件的代码；
代码写入单元，用于将上述生成的代码以字符流的形式写入C文件中。
有益效果：本发明可实现对基于IMA软件架构的应用程序框架代码的生成，有助于提高大规模机载软件代码质量，降低机载软件开发人员手写代码的工作量和软件开发成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的框架代码生成总体方案的示意图；
图2是本发明实施例提供的软件运行时构件类的示意图；
图3是本发明实施例提供的框架代码组成的示意图；
图4是本发明实施例提供的分区主体框架代码生成算法的流程图；
图5是本发明实施例提供的资源变量代码生成算法的流程图；
图6是本发明实施例提供的分区初始化代码框架生成算法的流程图；
图7是本发明实施例提供的分区中进程相关代码生成算法的流程图；
图8是本发明实施例提供的某机载任务应用实例的流程图；
图9是本发明实施例提供的基于可扩展置标语言(Extensible Markup Language，XML)的大气和导航数据处理分区模型；
图10是本发明实施例提供的大气和导航数据处理分区软件架构局部代码；
具体实施方式
如图1所示，本发明将机载软件体系结构独立出来研究和分析，使用XML语言对软件架构进行建模，通过面向对象方法对架构模型进行解析和代码生成，给出了框架代码的生成算法。
完成本方法，需要根据应用需求进行架构的XML建模、模型解析和代码生成三个步骤。
本方法能有效解决IMA架构下重复性编码及编码质量问题，同时有助于对软件体系架构的分析，提高IMA架构机载软件代码生成的工程能力。
某机载任务应用实例中，大气处理任务和导航处理任务的输入来自飞行传感器采集的外部感知量数据(如大气数据和导航数据)，将其传输至俯仰数据计算任务和滚转数据计算任务进行数据计算后，将数据传输至俯仰控制命令生成任务和滚转控制命令生成任务，继而产生作动量数据，完成飞行任务。
在IMA架构下生成该软件架构的具体过程为：
1.XML建模
对应用实例进行分区，根据附录1XML模式规则将生成XML架构描述文件，(见附图8、附图9)。附图9为分区体系结构模型的XML描述。分区模型在<SATasks>元素中引用了任务模型的XML文件；<IntraCommunications>描述了分区内的全部通信信息。分区中任务a向任务b传递消息b。<MessageContainer>描述了分区内通信采用的方式是缓冲区。<Buffer>元素定义了缓冲区的属性。<Ports>元素描述了分区的全部端口信息。
2.架构模型解析
基于软件运行时构件类(见附图2)，遍历XML架构描述文件，建立架构代码运行时元素(分区、端口，局部、变量)。
3.框架代码生成
框架代码生成包括主体框架代码生成，资源变量代码生成、分区初始化代码生成及分区进程相关代码生成(见附图3)。
主体框架代码生成以系统架构模型实例(附图8)和代码生成文件路径(附图10)为输入参数，遍历系统对象中的每个分区对象，为每个分区新建以分区名为文件名的C文件，依次生成头文件引用、进程函数定义、进程属性表定义和分区初始化函数定义，将生成的代码以字符流的形式写入文件中，生成过程见附图4。
资源变量代码生成时首先遍历分区中的端口，生成每个端口对象的变量定义，然后遍历分区内通信对象，根据分区内通信对象采用的通信机制，生成缓冲区、黑板、信号量和事件的对象变量，生成过程见附图5。
应用分区中的初始化代码生成首先遍历分区的端口，生成创建每个端口的代码，然后遍历分区内通信对象，根据分区内通信对象的通信机制，生成创建缓冲区/黑板/信号量/事件的代码；最后遍历分区内的进程对象，生成创建进程和启动进程的代码，生成过程见附图6。
分区中进程相关代码生成遍历分区中的每个进程对象，为每个进程生成它的功能函数，若函数是周期性函数，则函数内的代码按周期循环执行；遍历进程的输入对象，如果输入对象关联分区间通信，则生成从端口(队列/采样)读取消息的代码。如果输入对象关联分区内通信，即输入对象引用了缓冲区/黑板/信号量/事件通信，生成从缓冲区/黑板读取消息或获取信号量/事件的代码。遍历进程对象的输出对象，如果输出对象关联分区间通信，则生成从端口发送消息的代码，如果输出对象关联分区内通信，即输出对象引用了缓冲区/黑板/信号量/事件通信，则生成向缓冲区/黑板写入消息或释放信号量/事件的代码，生成过程见附图7。
模块模型XML模式的代码为：
分区模型XML模式的代码为：
任务模型XML模式的代码为：

Claims (10)

1.一种机载IMA架构下的框架代码自动生成方法，其特征在于，在机载IMA架构下，所述方法包括：
解析IMA软件架构模型，生成软件运行时构件类对象实例；
调用软件运行时构件类对象实例的模块级元素生成主体框架代码；
调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成应用分区初始化代码；
调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成分区中进程相关代码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解析IMA软件架构模型，生成软件运行时构件类对象实例，包括：
将IMA软件架构模型自顶向下分为模块、分区、任务三级；
分别定义模块、分区、任务的XML模式；
将模块、分区、任务的相关资源及通信关系通过XML建模，形成XML架构模型；
解析XML架构模型，建立软件运行时构件类对象实例，软件运行时构件类对象实例的元素包括：软件运行时构件类对应的模块、分区、任务、端口、缓冲区、黑板、信号量、事件、分区间通信及分区内通信对象和实例。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据软件运行时构件类元素库的元素生成主体框架代码，包括：
主体框架代码以软件架构运行时构件类对象实例为输入，遍历模块中的每个分区对象，为每个分区新建以分区名为文件名的C文件；
依次生成头文件引用、进程函数定义、进程属性表定义和分区初始化函数定义，将生成的代码以字符流的形式写入C文件中；
其中，C文件用于存储主体框架代码。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成应用分区初始化代码，包括：
遍历软件运行时构件类对象实例中分区的端口，生成创建每个端口的代码；
遍历软件运行时构件类对象实例中分区内通信对象，根据分区内通信对象的通信机制，生成创建缓冲区、黑板、信号量、事件的代码；
遍历软件运行时构件类对象实例中分区内的进程对象，生成创建进程和启动进程的代码，
将上述生成的代码以字符流的形式写入C文件中。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成分区中进程相关代码，包括：
以软件运行时构件类对象实例为输入，遍历分区中的每个任务对象，为每个任务生成它的功能函数；
若功能函数是周期性函数，则功能函数内的代码按周期循环执行；
遍历软件运行时构件类对象实例中任务的输入对象；
若输入对象关联分区间通信，则生成从队列端口或采样端口读取消息的代码；
若输入对象关联分区内通信，则生成从缓冲区或黑板读取消息，或，获取信号量或事件的代码；
遍历进程对象的输出对象；
若输出对象关联分区间通信，则生成从端口发送消息的代码；
若输出对象关联分区内通信，则生成向缓冲区或黑板写入消息，或释放信号量或事件的代码；
将上述生成的代码以字符流的形式写入C文件中。
6.一种机载IMA架构下的框架代码自动生成装置，其特征在于，在机载IMA架构下，所述装置包括：
解析模块，用于解析IMA软件架构模型，生成软件运行时构件类对象实例；
第一生成模块，用于调用软件运行时构件类对象实例的模块级元素生成主体框架代码；
第二生成模块，用于调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成应用分区初始化代码；
第三生成模块，用于调用软件运行时构件类对象实例的分区级元素生成分区中进程相关代码。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述解析模块包括：
划分单元，用于将IMA软件架构模型自顶向下分为模块、分区、任务三级；
定义单元，用于分别定义模块、分区、任务的XML模式；
建模单元，用于将模块、分区、任务的相关资源及通信关系通过XML建模，形成XML架构模型；
解析单元，用于解析XML架构模型，建立软件运行时构件类对象实例，软件运行时构件类对象实例的元素包括：软件运行时构件类对应的模块、分区、任务、端口、缓冲区、黑板、信号量、事件、分区间通信及分区内通信对象和实例。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一生成模块包括：
第一遍历单元，用于主体框架代码以软件架构运行时构件类对象实例为输入，遍历模块中的每个分区对象，为每个分区新建以分区名为文件名的C文件；
生成单元，用于依次生成头文件引用、进程函数定义、进程属性表定义和分区初始化函数定义，将生成的代码以字符流的形式写入C文件中；
其中，C文件用于存储主体框架代码。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二生成模块包括：
第二遍历单元，用于遍历软件运行时构件类对象实例中分区的端口，生成创建每个端口的代码；
第三遍历单元，用于遍历软件运行时构件类对象实例中分区内通信对象，根据分区内通信对象的通信机制，生成创建缓冲区、黑板、信号量、事件的代码；
第四遍历单元，用于遍历软件运行时构件类对象实例中分区内的进程对象，生成创建进程和启动进程的代码，
写入单元，用于将上述生成的代码以字符流的形式写入C文件中。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第三生成模块包括：
第五遍历单元，用于以软件运行时构件类对象实例为输入，遍历分区中的每个任务对象，为每个任务生成它的功能函数；
执行单元，用于若功能函数是周期性函数，则功能函数内的代码按周期循环执行；
第六遍历单元，用于遍历软件运行时构件类对象实例中任务的输入对象；
第一代码生成单元，用于若输入对象关联分区间通信，则生成从队列端口或采样端口读取消息的代码；
第一消息生成单元，用于若输入对象关联分区内通信，则生成从缓冲区或黑板读取消息；
第一获取信息单元，用于若输入对象关联分区内通信，获取信号量或事件的代码；
第七遍历单元，用于遍历进程对象的输出对象；
第二代码生成单元，用于若输出对象关联分区间通信，则生成从端口发送消息的代码；
第二消息生成单元，用于若输出对象关联分区内通信，则生成向缓冲区或黑板写入消息；
第二获取信息单元，用于释放信号量或事件的代码；
代码写入单元，用于将上述生成的代码以字符流的形式写入C文件中。
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