CN111651190B - 一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，首先对发射控制软件进行组件化；为每个组件建立组件配置文件和组件动态装配文件；建立发射控制软件装配文件；建立组件管理器和界面布局管理器；然后组件管理器读取发射控制软件装配文件，加载需要装配的组件；组件管理器对组件进行初始化；界面布局管理器根据组件动态装配文件中组件的位置信息，生成软件界面布局，记录各个组件的布局信息，并通过connect对各个组件进行连接；组件管理器接收到组件卸载信号时，修改组件的状态信息，并将该组件注册对象从公共对象池列表中删除。本发明在很大程度上实现了代码的复用，有效降低了软件的维护和升级成本。

Description

一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法

技术领域

本发明涉及一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，属于航天地面测发控类软件研制领域。

背景技术

在航天工程领域，航天地面发射控制软件的研发面临的现状主要是软件接口设计多样化，各项目应用协议不统一，软件从通信接口、数据处理、界面显示三个维度所涉及的元素较多。

组件技术是近年来可扩展软件研究的一项重要技术，组件是指一个系统中实现指定功能的、具有明确定义接口的可以执行单元；组件能够独立的完成指定的任务，也可以和其他组件一起组装成一个完整的应用系统，实现更复杂的功能；同时，组件对其内部结构和实现细节进行了封装，通过提供组件接口来实现与其他组件和系统的通信。组件式设计具有实现与接口分离，接口不变性的特点，有利于软件系统修改、维护以及在不同操作系统间的移植。

软件的装配是指将已有的组件利用组装的方法，构造出新的可用的软件。通过配置功能，不仅可以快速生成满足具体应用需求的软件系统，而且可以根据需要重新构造软件系统的拓扑结构，以扩展新的功能。

通过国内外文献可以看出，组件式软件架构和软件动态装配技术在航天领域测发控类地面软件的研制开发中少有见到，目前航天领域测发控类地面软件基本都是采用模块化方式进行开发，模块化软件其修改方式在很多情况下会影响到多个模块，甚至整个软件，使得软件代码的复用率较低，同时增加了软件的维护和升级成本。组件式设计可以保证软件的修改不影响其核心功能以及一些关键的设计，在很大程度上实现了代码的复用。当软件需要修改时，只会影响到需要修改的部分组件，修改完成以后只需重新部署受影响的组件即可。因此，开发一种采用组件技术的动态可装配航天测发控类软件具有重要意义和实用价值。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，包括如下步骤：

(1)对发射控制软件进行组件化；

(2)为每个组件建立组件配置文件和组件动态装配文件；

(3)建立发射控制软件装配文件；

(4)建立组件管理器和界面布局管理器，所述组件管理器根据发射控制软件装配文件加载装配需要的组件，并能够根据组件配置文件对组建进行加载、初始化、开始运行、结束运行、卸载的相关操作；所述界面布局管理器会根据组件动态装配文件实现组件界面布局；

(5)组件管理器读取发射控制软件装配文件，确定需要装配的组件；

(6)组件管理器获取需要装配组件的组件配置文件，判断组件是否正确，正确后从组件库中选取组件并加载，进入步骤(8)；若某个组件错误，则组件管理器不加载该组件；

(7)组件管理器对组件进行初始化，生成组件注册对象，将组件注册对象添加到公共对象池中供其他组件使用；组件管理器管理组件当前的状态；界面布局管理器根据组件动态装配文件中组件的位置信息，生成软件界面布局，记录各个组件的布局信息，并通过connect对各个组件进行连接；

(8)组件管理器接收到组件卸载信号时，修改组件的状态信息，并将该组件注册对象从公共对象池列表中删除。

所述步骤(1)中，进行组件化的步骤如下：

a)梳理发射控制软件的各个功能，每个功能作为一个元素，实现元素识别，得到指定论域内的元素库。

b)将元素库中具有相同或相似特性的元素聚类成元素类；

c)总结每个元素类中各元素的共同本质属性和特有属性，采用UML语言及PowerDesigner工具对元素的属性进行描述，得到广义参数化模型，然后用一组清晰标准化的接口将这个模型封装，形成相应元素类的组件；

d)各个元素类的组件形成组件库。

所述步骤a)中，元素识别的原则如下：

1)元素功能独立易实现；

2)元素间低耦合；

3)元素内各部分的关联度尽可能大。

所述步骤(2)中，组件配置文件包括以下内容：

a)基本信息：包括组件的属性信息、组件功能描述和组件的开发环境；所述组件的属性信息包括组件name、组件开发者author和组件版本；

b)文件关联：包括组件的dll动态库文件名称；所依赖的其它组件名称；组件开发者联系信息、开发者邮箱及相关网址；组件的更改信息changeLog是否关联至界面显示；组件的使用说明文件readme是否关联至软件界面显示；组件依赖的其他组件名称信息；

c)运行环境：描述了组件运行的环境要求，包括操作系统，软件系统内核最低版本。

所述步骤c)中，软件系统内核为组件管理器和界面布局管理器组成的软件模块。

所述步骤(2)中，组件动态装配文件包括如下内容：

组件界面在软件系统中的位置信息、组件界面的生成文件、组件界面中相关控件的属性。

所述步骤(3)中，发射控制软件装配文件描述了整个发射控制软件系统中需要加载的所有组件。

所述步骤(6)中，组件加载的顺序与发射控制软件装配文件中组件编写的先后顺序一致。

所述步骤(7)中，当界面布局管理器接收到组件对象布局改变信号时，进行相应的界面布局更新操作，修改布局记录。

所述步骤(7)中，组件状态分为：组件被加载且组件实例被创建状态、组件完成初始化状态、组件所依赖的其他组件在公共对象池中被找到且被成功实例化状态。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明针对航天发射控制软件设计了一套组件动态装配方法，给出了软件系统动态装配规约，实现了将独立组件动态装配成满足用户需求的发射控制软件的目的。本发明方法能够保证软件的修改不影响其核心功能以及一些关键的设计，在很大程度上实现了代码的复用。当软件需要修改时，只会影响到需要修改的部分组件，修改完成以后只需重新部署受影响的组件即可，有效降低了软件的维护和升级成本。

(2)本发明设计出了组件的基本模型，定义了组件的标准接口函数。采用面向对象的系统设计方法，基于UML语言及PowerDesigner工具，对组件的实现进行了统一化和标准化约束，提高了软件系统中代码的可读性和可维护性。

(3)本发明基于组件定义提出了一种航天测发控类软件系统组件化过程，通过对型号地面发射控制类软件多种元素进行深入剖析，剥离和抽象出软件系统的基本组件，改变了以往以模块为单位进行软件设计的方式，组件式设计具有与接口分离、接口不变性的特点，有利于软件系统修改、维护以及在不同操作系统间的移植。

(4)基于传统模式研制的地面发射控制类软件结构僵化，升级和维护复杂，并且开发、维护成本极高。本发明利用组件动态装配生产出可配置的软件系统，极大地提高了软件产品结构的灵活性，能够更好地适应软件在发展过程中出现的新需求，并且能够快速及时地处理需求的变化，增加了软件在新环境的适应性。

(5)本发明所有组件基于Qt语言开发，依赖其WOCA特性可支持Windows、Linux等多种操作系统，可满足未来型号软件国产化、跨平台的需求。“一次编码，到处编译”的特点使得软件通用化程度进一步提高，实现了经济效益最大化。

附图说明

图1为本发明组件化步骤；

图2为组件化过程展示示意图；

图3为组件管理器的结构；

图4为组件管理器工作原理示意图；

图5为界面管理器工作原理示意图；

图6为组件changeLog描述文件；

图7为组件readme描述文件；

图8为组件动态装配文件示意图；

图9为发射控制软件装配文件示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，包括如下步骤：

(1)对发射控制软件进行组件化。

航天地面控制软件一般具有通信接口多样、数据处理复杂、界面显示方式多样的特点，在通信接口、数据处理、界面显示三个维度所涉及的元素较多。软件组件源于软件系统元素。组件化是对元素进行一系列处理的过程，即将具有相同或相似的元素进行概括和抽象，并用一组清晰、标准化的接口进行封装。发射控制软件组件化分为元素识别、元素聚类以及元素类概括抽象和封装3个步骤，如图1所示。

具体地，组件化的步骤如下：

a)元素识别

梳理发射控制软件的各类功能，并对功能进行分类，每一类功能作为一个元素，实现元素识别；

元素是软件系统的功能元(如RS422串口通信是一个元素，串口数据解析是一个元素，界面状态指示灯监视是一个元素)。元素粒度取决于软件系统分解的程度，元素粒度决定组件粒度。组件的“柔性”(即组件的适应性和通用性)取决于组件颗粒的细致程度，但粒度过细会使实现变得复杂，所以要在组件粒度和“柔性”之间掌握平衡。因此，元素识别应注意以下几点：

1)元素功能独立易实现，即最有效；

2)元素间的耦合度尽量小，即低耦合；

3)元素内各部分的关联度尽可能大，即高内聚。

根据分解角度的不同，按照高内聚、低耦合、最有效的原则定性或定量分析元素的最优粒度，并分解系统得到指定论域内的元素库。

b)元素聚类

将具有相同或相似特性的元素聚类成元素类；

c)元素类概括抽象和封装

d)总结每个元素类中各元素的共同本质属性和特有属性，采用UML语言及PowerDesigner工具对元素的属性进行描述，得到广义参数化模型，然后用一组清晰标准化的接口将这个模型封装，形成相应元素类的组件；

e)各个元素类的组件形成组件库。

软件的组件化过程如图2所示。以航天地面发射控制软件为例：主控软件(图2中代号16)、供配电软件(图2中代号25)、存储器控制台软件(图2中代号36)为例，其中主控软件要求具备：UDP通信心跳发送和接收功能(图2中16-1)、电源A监控功能(图2中16-2)、起始电平打印功能(图2中16-3)；供配电软件要求具备：UDP通信心跳发送和接收功能(图2中25-1)、电源B监控功能(图2中25-2)、起始电平打印功能(图2中25-3)；存储器综合控制台软件要求具备：UDP通信心跳发送和接收功能(图2中36-1)、电源C监控功能(图2中36-2)、起始电平打印功能(图2中36-3)。通过对软件需求分析，发现3个软件具备相似的功能需求，既UDP通信心跳发送和接收功能、电源监控功能、起始电平打印功能共3类功能(既通过需求分析实现了元素识别)；3个软件的上述3个功能共9个功能现在是9个元素，其中心跳收发类元素可以归为一类，电源监控类元素可以归为一类，电平打印类元素可以归为一类，既完成了元素聚类；由于3个软件监控对象的不同，各自的3个功能相比其他软件的3个功能又存在差异，通过总结3个软件3类元素的相同点和不同点(既功能相同点和不同点)，分别设计出同时满足3个软件的心跳收发组件、电源监控组件、电平打印组件；至此，组件化过程结束。

(2)为每个组件建立组件配置文件和组件动态装配文件；

组件配置文件主要是对组件特征进行描述说明，在组件管理器加载组件时能获取到组件的基本信息，同时也为了方便以后对组件进行复用搜索时，可以根据组件的描述信息关键字进行组件的搜索匹配，从而选出所需要的组件。为了方便精确的描述组件，对组件配置文件进行了统一的约定，主要从以下几个方面对组件进行描述。

a)基本信息：包括组件的属性信息，如组件name，组件开发者author，组件版本，组件功能描述description，组件的开发环境等。如下所示。

b)文件关联：包含组件最终的载体信息，主要是组件的dll动态库文件名称；所依赖的其它组件名称；组件开发者联系信息，开发者邮箱及相关网址；组件的更改信息changeLog是否关联至界面显示(如果配置文件中配置为关联显示changeLog，则组件被正确加载后，在组件管理器界面中可查看组件的changeLog信息)；组件的使用说明文件readme是否关联至软件界面显示(如果配置文件中配置为关联显示readme，则组件被正确加载后，在组件管理器界面中可查看组件的readme信息)；组件依赖的其他组件名称信息。如下所示。

其中，changeLog用于描述本构件各个版本的更新时间、修复问题或是功能提升。如图6所示.

组件的readme描述文件详细说明了组件的功能、版本、开发者等信息。软件系统在正确加载了组件后，可以直接在软件的组件管理器界面中查看组件的changeLog和readme描述文件。readme描述文件如图7所示。

c)运行环境：描述了组件运行的环境要求，包括操作系统，软件系统内核最低版本。如下所示。

组件动态装配文件：

动态装配时要求组件要明确其装配特征，主要包括组件界面在软件系统中的位置信息，组件界面的生成文件，组件界面中相关控件的属性等。组件动态装配文件为ini文件，文件描述如图8所示。

(3)建立发射控制软件装配文件。

具备基本的特征描述和装配描述的组件，通过在软件系统中编写软件系统的描述就可以将相关的组件装配成为一个软件系统。发射控制软件装配文件为plugin.xml，该文件中描述了整个系统需要加载的所有组件。组件被组件管理器加载的顺序是按照plugin.xml文件中组件编写的先后顺序。系统装配描述文件如图9所示。

(4)建立组件管理器

组件管理器是可装配软件系统的核心，用于实现组件的装载和卸载等操作。组件管理器使用单例模式设计，用于保证平台运行时整个系统内只有一个组件管理器的实例，通过loadPlugins()，registerPlugin()，removePlugin()，initializePlugins()等函数实现插件的装载、注册、卸载以及初始化。组件管理器的结构示意图如图3所示。

组件管理器在加载组件之前首先获取组件的描述信息，判断组件是否正确，减少了直接加载组件发生错误时的系统开销。在组件初始化的过程中，组件管理器需要将组件注册对象添加到公共对象池中供其他组件使用。组件管理器接收到组件卸载信号时，会修改组件的状态信息，并将该组件注册的对象从公共对象池列表中删除。组件管理器负责组件的加载、卸载及维护组件的状态信息。组件管理器的工作原理如4所示。

(5)建立界面布局管理器

组件的配置文件中描述了组件在软件主界面中的位置信息。软件初始化时界面布局管理器会根据配置文件中组件的位置信息，生成软件界面布局。软件界面生成后，界面布局管理器会记录各个组件对象及它们的布局信息，并通过connect进行连接。当界面布局管理器接收到组件对象布局改变信号时，进行相应的界面布局更新操作，修改布局记录。界面布局管理器工作原理如图5所示。

(6)组件管理器读取发射控制软件装配文件，确定需要装配的组件；

(7)组件管理器获取需要装配组件的组件配置文件，判断组件是否正确，正确后从组件库中选取组件并加载；若组件错误(既组件配置文件中组件名称与组件dll名称不一致，或者配置文件中组件要求的操作系统与实际软件运行的操作系统不一致)，则组件管理器不加载组件；

(8)组件管理器对组件进行初始化，生成组件实例对象，将组件实例对象添加到公共对象池中供其他组件使用；组件管理器管理组件当前的状态，组件状态分为：组件被加载且组件实例被创建状态(Loaded)、组件完成初始化状态(Initialized)、组件所依赖的其他组件在公共对象持中被找到且被成功实例化(Running)。界面布局管理器根据组件动态装配文件中组件的位置信息，生成软件界面布局，记录各个组件的布局信息，并通过Qt的connect机制对各个组件进行连接；；

(9)组件管理器接收到组件卸载信号时，修改组件的状态信息，并将该组件注册对象从公共对象池列表中删除。

本发明适用于航天地面测发控类软件研制。通过研究多种类型地面发射控制类软件的需求，提出一种通用化的基于组件技术的航天测发控类软件动态可装配方法；通过研究组件的动态装配技术，实现组件的动态装配，快速灵活满足软件需求变化，缩短软件的开发周期，提高软件重用率，不断地增强软件新的生命力。同时所有组件基于Qt语言开发，实现一次编码适配多种操作系统平台，满足将来航天型号软件运行平台国产化的要求，保障信息安全自主可控。

通过本发明可显著提高航天型号测发控类软件的研制效率，减少了需求变更给软件研发带来的重复工作量问题。因此，将该技术应用于工程实际具有重要意义。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)对发射控制软件进行组件化；

(2)为每个组件建立组件配置文件和组件动态装配文件；

(3)建立发射控制软件装配文件；

(4)建立组件管理器和界面布局管理器，所述组件管理器根据发射控制软件装配文件加载装配需要的组件，并能够根据组件配置文件对组建进行加载、初始化、开始运行、结束运行、卸载的相关操作；所述界面布局管理器会根据组件动态装配文件实现组件界面布局；

(5)组件管理器读取发射控制软件装配文件，确定需要装配的组件；

(6)组件管理器获取需要装配组件的组件配置文件，判断组件是否正确，正确后从组件库中选取组件并加载，进入步骤(8)；若某个组件错误，则组件管理器不加载该组件；

(7)组件管理器对组件进行初始化，生成组件注册对象，将组件注册对象添加到公共对象池中供其他组件使用；组件管理器管理组件当前的状态；界面布局管理器根据组件动态装配文件中组件的位置信息，生成软件界面布局，记录各个组件的布局信息，并通过connect对各个组件进行连接；

(8)组件管理器接收到组件卸载信号时，修改组件的状态信息，并将该组件注册对象从公共对象池列表中删除。

2.根据权利要求1所述的一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，其特征在于：所述步骤(1)中，进行组件化的步骤如下：

a)梳理发射控制软件的各个功能，每个功能作为一个元素，实现元素识别，得到指定论域内的元素库；

b)将元素库中具有相同或相似特性的元素聚类成元素类；

c)总结每个元素类中各元素的共同本质属性和特有属性，采用UML语言及PowerDesigner工具对元素的属性进行描述，得到广义参数化模型，然后用一组清晰标准化的接口将这个模型封装，形成相应元素类的组件；

d)各个元素类的组件形成组件库。

3.根据权利要求2所述的一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，其特征在于：所述步骤a)中，元素识别的原则如下：

1)元素功能独立易实现；

2)元素间低耦合；

3)元素内各部分的关联度尽可能大。

4.根据权利要求1所述的一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，其特征在于：所述步骤(2)中，组件配置文件包括以下内容：

a)基本信息：包括组件的属性信息、组件功能描述和组件的开发环境；所述组件的属性信息包括组件name、组件开发者author和组件版本；

b)文件关联：包括组件的dll动态库文件名称；所依赖的其它组件名称；组件开发者联系信息、开发者邮箱及相关网址；组件的更改信息changeLog是否关联至界面显示；组件的使用说明文件readme是否关联至软件界面显示；组件依赖的其他组件名称信息；

c)运行环境：描述了组件运行的环境要求，包括操作系统，软件系统内核最低版本。

5.根据权利要求4所述的一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，其特征在于：所述步骤c)中，软件系统内核为组件管理器和界面布局管理器组成的软件模块。

6.根据权利要求1所述的一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，其特征在于：所述步骤(2)中，组件动态装配文件包括如下内容：

组件界面在软件系统中的位置信息、组件界面的生成文件、组件界面中相关控件的属性。

7.根据权利要求1所述的一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，其特征在于：所述步骤(3)中，发射控制软件装配文件描述了整个发射控制软件系统中需要加载的所有组件。

8.根据权利要求1所述的一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，其特征在于：所述步骤(6)中，组件加载的顺序与发射控制软件装配文件中组件编写的先后顺序一致。

9.根据权利要求1所述的一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，其特征在于：所述步骤(7)中，当界面布局管理器接收到组件对象布局改变信号时，进行相应的界面布局更新操作，修改布局记录。

10.根据权利要求1所述的一种基于多维融合元素的发射控制软件动态装配方法，其特征在于：所述步骤(7)中，组件状态分为：组件被加载且组件实例被创建状态、组件完成初始化状态、组件所依赖的其他组件在公共对象池中被找到且被成功实例化状态。

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