CN114003232B - 一种基于航电数据模型的传输服务实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于航电数据模型的传输服务实现方法，建立航电数据模型，包含描述软件组件间传输数据内容的消息模型、描述软件组件的组件信息的组件模型和描述软件组件间交联关系的集成模型；解析航电数据模型，生成消息数据结构体头文件、标准数据传输接口声明文件、组件框架、传输服务配置文件；在生成航电软件系统时，在组件框架中添加应用组件的业务逻辑代码形成应用组件，应用组件利用通用传输服务库解析消息数据结构体头文件和传输服务配置文件进行数据传输和解析，根据标准数据传输接口声明文件中的接口进行消息数据交互。本发明使得应用组件间交互的数据在正确传递的同时还能够被准确的识别，提高应用组件的互操作性。
Description
技术领域
本发明涉及航空电子系统领域软件设计技术，特别涉及一种航电软件组件间构建数据传输服务的实现方法。
背景技术
航空电子系统正向开放式、模块化、综合化的方向快速发展，综合模块化航空电子(IMA)具有资源共享、功能域综合、分布式处理、应用功能组件化等一系列特征。多系统、跨平台以及复杂的网络通信环境，对软件组件间的数据交互提出了更高的要求。
传统航电软件系统的数据交互方式，主要存在两方面的问题：一是传输数据的接口不通用且往往与应用紧耦合，降低应用组件的可移植性，增加升级改进的成本；二是数据交互涉及的各方对所传输的数据内容缺乏规范且共同的理解，通常以文档形式下发的接口控制文件缺乏对数据格式最终在软件程序中实现方式的把控，容易造成通信数据的不匹配(由于人为理解差异导致的消息格式定义错误、数据单位不一致、数据存储类型不一致等)。
发明内容
针对以上问题，本发明的发明目的在于提供一种基于航电数据模型的传输服务实现方法，通过为应用组件提供统一的数据传输接口，将应用功能逻辑与底层数据传输细节分离，提高应用组件的可移植性和可重用性；基于标准UML建立数据模型，该模型主要从航电应用组件间的数据交互关系角度描述航电系统的拓扑结构，然后根据生成的模型信息元素为系统所有应用组件生成数据传输服务框架，包括标准传输服务接口、传输服务组件库、应用组件框架等，使得应用组件间交互的数据在正确传递的同时还能够被准确的识别，提高应用组件的互操作性。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现。
一种基于航电数据模型的传输服务实现方法，包含以下步骤：
步骤1、根据航电系统需求，建立航电数据模型；包含过程如下：
步骤11、建立描述软件组件间传输数据内容的消息模型；
步骤12、建立描述软件组件的组件信息的组件模型；
步骤13、建立描述软件组件间交联关系的集成模型，定义组件间的消息传输通道，将组件模型通过消息数据和传输通道连接起来形成系统组件拓扑信息，与消息模型、组件模型共同形成航电数据模型；
步骤2、读取和解析航电数据模型，生成传输服务框架；详细生成过程如下：
步骤21、消息模型经解析后，得到消息数据类型定义信息，包括消息数据结构体和消息数据名称，根据消息数据结构体生成消息数据结构体头文件，根据消息数据名称生成标准数据传输接口声明文件；
步骤22、组件模型经过解析后，得到组件信息，根据组件信息的对应的模板文件和处理方式，最终组合生成对应的组件框架；
步骤23、集成模型经过解析后，获取系统组件拓扑信息，得到消息传输配置信息，根据这些消息传输配置信息生成应用组件间的传输服务配置文件；
步骤3、在生成航电软件系统时，在组件框架中添加应用组件的业务逻辑代码形成完整的应用组件，应用组件利用通用传输服务库解析消息数据结构体头文件和传输服务配置文件得到消息传输配置信息后进行数据传输和解析，根据标准数据传输接口声明文件中的接口进行消息数据交互。
优选地，消息模型的建立过程为：先建立概念模型，提供消息数据中的各字段的语义描述；然后建立逻辑模型，将度量描述添加到每个消息字段中；最后建立平台模型，为逻辑模型中的消息字段元素定义物理数据类型。
优选地，标准数据传输接口声明文件中的接口包括Initialize、Create_Connection、Receive_Message、Send_Message、Get_Connection_Parameters，其中Receive_Message、Send_Message接口与消息数据类型进行一对一绑定，结合封装好的通用传输服务库，为应用组件提供接口统一的传输服务。
优选地，组件框架包括根据模板文件生成的代码文件、内存信息配置文件以及编译脚本；
代码文件又包括组件传输接口文件和框架接口文件；组件传输接口文件进一步封装标准数据传输接口，向应用组件只保留消息传输的内容参数；框架接口文件包括BEHAV_INITIALIZE、BEHAV_STARTUP、BEHAV_FINALIZE三个接口，BEHAV_INITIALIZE接口中封装组件传输接口，完成运行时资源和数据传输通道的初始化工作；BEHAV_STARTUP接口中创建并启动组件模型中配置的消息收发线程；BEHAV_FINALIZE接口中将释放运行时资源，关闭传输通道；
内存配置文件用于应用组件在运行时申请相应的操作系统资源；
编译脚本用于编译应用组件代码，形成完整的可运行镜像。
本发明所提出的数据传输服务实现方法，可以提高航电系统软件组件的可重用性和互操作性，是对传统航空电子系统软件开发模式的一种有效改进，能够显著降低航电软件组件集成、升级、移植和重用所需要的成本。
附图说明
图1是本发明所示的一种基于航电数据模型的传输服务实现方法的流程框图。
图2是航电数据模型示例图。
图3是传输服务框架生成方式示意图。
图4消息模型生成示例图。
图5组件模型生成示例图。
图6集成模型生成示例图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面通过附图和实例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本实施例所示的一种基于航电数据模型的传输服务实现方法，包含以下步骤：
步骤1、根据航电系统需求，使用航电数据模型元素，建立航电系统应用组件数据传输方案，并最终建立航电数据模型。
航电数据模型元素包括消息模型、组件模型和集成模型。消息模型可分为概念模型、逻辑模型和平台模型三层，通过对传输数据的逐层精华，准确定义应用组件间传输的消息语义和数据格式。组件模型用于定义应用组件属性，包括组件类型、使用的编程语言、运行时资源分配情况、线程属性以及消息关联关系等。集成模型用于描述系统中应用组件间的数据交联关系，以及应用组件与底层运行环境(例如操作系统)集成时可能需要的相关配置信息。航电数据模型建立过程如下：
步骤11、根据系统设计方案，建立软件组件间传输数据内容的消息模型，如图2所示。先建立概念模型，提供消息数据中的各字段的语义描述；然后建立逻辑模型，定义度量、坐标系、单位、值类型和约束等将度量描述添加到每个消息字段中；最后建立平台模型，为逻辑模型中的消息字段元素定义物理数据类型，如int，float，char等数据类型。
步骤12、建立消息模型后，再建立描述软件组件信息的组件模型。组件模型中的元素用于定义组件类型、使用的编程语言、设计标准、传输消息类型、内存占用以及线程信息。
步骤13、最后建立描述软件组件间交联关系的集成模型，定义组件间的消息传输通道等内容。集成模型将多个组件模型通过消息数据和传输通道连接起来形成系统组件拓扑信息，与消息模型、组件模型共同形成航电数据模型。
步骤2、读取和解析航电数据模型，生成传输服务框架。
从航电数据模型中解析出消息数据类型定义信息，结合封装好的通用传输服务库(集成了TCP/UDP、SHM、DDS、ARINC653端口等通信传输机制)，能够为所有应用组件生成标准的数据传输接口，其中数据收发的接口定义与特定的消息数据类型实现一一绑定。从航电数据模型中解析出组件相关信息，结合组件模板，能够为应用组件生成一个组件框架，应用组件运行时资源和数据传输通道的初始化工作均由该组件框架自动完成，应用组件开发者只需要在这个组件框架的基础上添加自身具体的业务逻辑即可形成完整的应用组件。从航电数据模型中解析的系统组件拓扑信息，可以生成传输通道配置，能够为底层通用传输服务库提供工作所需的参数。
如图3所示。传输服务框架主要包括消息数据结构体头文件、标准数据传输接口声明文件、组件框架、传输服务配置文件、通用传输服务库以及编译脚本。详细生成过程如下：
步骤21、消息模型解析
消息模型经解析后，得到消息数据类型定义信息，包括消息数据结构体和消息数据名称。如图4所示，根据消息数据结构体可以生成消息数据结构体头文件，用于应用组件和通用传输服务库进行数据传输和解析。根据消息数据名称生成标准数据传输接口声明文件，应用组件调用该标准数据传输接口声明文件中的接口进行消息数据交互。
标准数据传输接口声明文件中包括Initialize、Create_Connection、Receive_Message、Send_Message、Get_Connection_Parameters等一系列接口，其中Receive_Message、Send_Message接口与消息数据类型进行一对一绑定，结合封装好的通用传输服务库，为应用组件提供接口统一的传输服务。
步骤22、组件模型解析
组件模型经过解析后，得到组件类型、使用的编程语言、设计标准、传输消息类型、内存占用以及线程信息等组件信息，这些组件信息都有对应的模板文件和处理方式，最终组合生成对应的组件框架，如图5所示。组件框架包括根据模板文件生成的代码文件、内存信息配置文件以及编译脚本。
代码文件又包括组件传输接口文件和框架接口文件。组件传输接口文件进一步封装标准数据传输接口，向应用组件隐藏标准数据传输接口中配置名称、连接id、消息id、连接头等参数，只保留消息传输的内容参数，进一步降低应用组件与底层传输接口间的耦合度。框架接口文件包括BEHAV_INITIALIZE、BEHAV_STARTUP、BEHAV_FINALIZE三个接口，BEHAV_INITIALIZE接口中封装组件传输接口，完成运行时资源和数据传输通道的初始化工作；BEHAV_STARTUP接口中创建并启动组件模型中配置的消息收发线程；BEHAV_FINALIZE接口中将释放运行时资源，关闭传输通道。
内存配置文件用于应用组件在运行时申请相应的操作系统资源。编译脚本用于编译应用组件代码，形成完整的可运行镜像。
步骤23、集成模型解析
集成模型经过解析后，获取系统组件拓扑信息，得到消息传输配置信息等内容，如消息传输方向、消息传输通道类型、同步方式、消息源IP地址和端口、目的IP地址和端口及传输消息类型，根据这些消息传输配置信息生成应用组件间的传输服务配置文件，如图6所示。在运行时，通用传输服务库读取传输服务配置文件，解析消息传输配置信息，可以根据配置信息与其他应用组件进行消息交互。如果航电数据模型中还带有底层平台集成信息，可以进一步为组件集成运行生成相关的编译脚本和配置文件。
步骤3、生成可运行的航电软件系统
由航电数据模型解析并生成传输服务框架后，在组件框架中添加应用组件业务逻辑代码，并使用编译脚本编译生成可运行镜像。应用组件根据消息数据结构体头文件和通用传输服务库进行数据传输和解析，根据标准数据传输接口声明文件中的接口进行消息数据交互。
Claims (4)
1.一种基于航电数据模型的传输服务实现方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤1、根据航电系统需求，建立航电数据模型；包含过程如下：
步骤11、建立描述软件组件间传输数据内容的消息模型；
步骤12、建立描述软件组件的组件信息的组件模型；
步骤13、建立描述软件组件间交联关系的集成模型，定义组件间的消息传输通道，将组件模型通过消息数据和传输通道连接起来形成系统组件拓扑信息，与消息模型、组件模型共同形成航电数据模型；
步骤2、读取和解析航电数据模型，生成传输服务框架；详细生成过程如下：
步骤21、消息模型经解析后，得到消息数据类型定义信息，包括消息数据结构体和消息数据名称，根据消息数据结构体生成消息数据结构体头文件，根据消息数据名称生成标准数据传输接口声明文件；
步骤22、组件模型经过解析后，得到组件信息，根据组件信息的对应的模板文件和处理方式，最终组合生成对应的组件框架；
步骤23、集成模型经过解析后，获取系统组件拓扑信息，得到消息传输配置信息，根据这些消息传输配置信息生成应用组件间的传输服务配置文件；
步骤3、在生成航电软件系统时，在组件框架中添加应用组件的业务逻辑代码形成完整的应用组件，应用组件利用通用传输服务库解析消息数据结构体头文件和传输服务配置文件得到消息传输配置信息后进行数据传输和解析，根据标准数据传输接口声明文件中的接口进行消息数据交互。
2.根据权利要求1所述的一种基于航电数据模型的传输服务实现方法，其特征在于消息模型的建立过程为：先建立概念模型，提供消息数据中的各字段的语义描述；然后建立逻辑模型，将度量描述添加到每个消息字段中；最后建立平台模型，为逻辑模型中的消息字段元素定义物理数据类型。
3.根据权利要求1所述的一种基于航电数据模型的传输服务实现方法，其特征在于标准数据传输接口声明文件中的接口包括Initialize、Create_Connection、Receive_Message、Send_Message、Get_Connection_Parameters，其中Receive_Message、Send_Message接口与消息数据类型进行一对一绑定，结合封装好的通用传输服务库，为应用组件提供接口统一的传输服务。
4.根据权利要求1所述的一种基于航电数据模型的传输服务实现方法，其特征在于组件框架包括根据模板文件生成的代码文件、内存信息配置文件以及编译脚本；
代码文件又包括组件传输接口文件和框架接口文件；组件传输接口文件进一步封装标准数据传输接口，向应用组件只保留消息传输的内容参数；框架接口文件包括BEHAV_INITIALIZE、BEHAV_STARTUP、BEHAV_FINALIZE三个接口，BEHAV_INITIALIZE接口中封装组件传输接口，完成运行时资源和数据传输通道的初始化工作；BEHAV_STARTUP接口中创建并启动组件模型中配置的消息收发线程；BEHAV_FINALIZE接口中将释放运行时资源，关闭传输通道；
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