關(guān)于任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用技術(shù)的探討

王洪鈺,孟慶鑫

（1華為軟件技術(shù)有限公司北京 100077）

（2中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院北京 100041）

關(guān)于任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用技術(shù)的探討

王洪鈺1,孟慶鑫2

（1華為軟件技術(shù)有限公司北京 100077）

（2中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院北京 100041）

特種飛機(jī)任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的開發(fā)效率、質(zhì)量是制約特種飛機(jī)機(jī)研制能力的因素之一，研究任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的復(fù)用技術(shù)就是未來提高任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的開發(fā)效率和軟件的質(zhì)量；文中對(duì)任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的復(fù)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出了影響任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用的技術(shù)因素，探討了實(shí)施任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用的方法，并以舉例的方式重點(diǎn)闡述了如何在工程領(lǐng)域內(nèi)對(duì)復(fù)用的分析、構(gòu)造可復(fù)用構(gòu)件和建立軟件復(fù)用庫；最后，介紹了軟件沿用這種復(fù)用形式后，在工程實(shí)踐領(lǐng)域的應(yīng)用。

任務(wù)電子系統(tǒng)軟件軟件復(fù)用組件技術(shù)

1 引言

隨著“十二五”、“十三五”期間我國特種飛機(jī)需求的迅速增長(zhǎng)，開展特種飛機(jī)任務(wù)電子系統(tǒng)的產(chǎn)品化工作，提高任務(wù)電子系統(tǒng)產(chǎn)品的成熟度和批生產(chǎn)能力，推行成熟產(chǎn)品的定性/鑒定，以成為提高特種飛機(jī)生產(chǎn)效率、保證特種飛機(jī)質(zhì)量的重要措施。任務(wù)電子系統(tǒng)軟件作為一種特殊的特種飛機(jī)的產(chǎn)品，它的質(zhì)量和開發(fā)效率直接影響著特種飛機(jī)的研制能力。因此，如何實(shí)現(xiàn)任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的產(chǎn)品化，提高任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的開發(fā)效率，是我們研究的一個(gè)重要內(nèi)容。

任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)決定了他不能通過簡(jiǎn)單地固化狀態(tài)或定型的方法來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。目前，軟件行業(yè)內(nèi)一般采取軟件復(fù)用的方法來解決重復(fù)開發(fā)、效率低下的問題。因此，本文就如何采用軟件復(fù)用技術(shù)來提高任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的開發(fā)效率和質(zhì)量，緩解多型任務(wù)電子系統(tǒng)軟件并行開發(fā)的壓力，進(jìn)行一些探討。

2 任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用的現(xiàn)狀分析

軟件復(fù)用按照不同階段，軟件產(chǎn)品的抽象程度的高低，一般可分為代碼級(jí)的復(fù)用、分析的復(fù)用、設(shè)計(jì)的復(fù)用和測(cè)試信息的復(fù)用等類型。在任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的開發(fā)過程中，這幾種類型的復(fù)用都涉及到了。但目前任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的復(fù)用水平不高，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①軟件復(fù)用基本上屬于開發(fā)人員的自發(fā)行為，而沒有事先經(jīng)過策劃，因此隨意性很強(qiáng)，而且由于復(fù)用后的質(zhì)量得不到保證，需要向?qū)Υ萝浖粯?，進(jìn)行全過程的驗(yàn)證，主要指的是單元測(cè)試、配置項(xiàng)測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試。復(fù)用的效率得不到體現(xiàn)；

于體系結(jié)構(gòu)上的復(fù)用較少，復(fù)用主要是針對(duì)某個(gè)具體的函數(shù)或某段功能相同的源代碼進(jìn)行，使得任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用的層次不高，范圍較窄；

③缺少可復(fù)用的高可靠任務(wù)電子系統(tǒng)軟件構(gòu)件，可復(fù)用的資源太少。如果將復(fù)用性不高的模塊復(fù)用到任務(wù)電子系統(tǒng)軟件中，不但無法提供軟件質(zhì)量，而且可能帶來新的問題。

通過對(duì)任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)分析，我們認(rèn)為影響任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用的技術(shù)因素主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①編程語言。任務(wù)電子系統(tǒng)軟件組成復(fù)雜，即包括實(shí)時(shí)的嵌入式軟件，也包括非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理軟件和人機(jī)操作軟件。采用的語言包括非面向?qū)?duì)象的C語言、面向?qū)ο蟮腣C++語言，復(fù)用起來有一定的難度；

于可靠性安全性要求。任務(wù)電子系統(tǒng)軟件中不允許出現(xiàn)“多余物”，即不允許有超出用戶需求中規(guī)定功能以外的功能，這使得軟件很難同時(shí)適用兩個(gè)或更多不同的需求；

③部分任務(wù)電子系統(tǒng)軟件在設(shè)計(jì)時(shí)，模塊化考慮的不夠，耦合度較大，使得復(fù)用的難度增大；

國產(chǎn)化設(shè)備移植。任務(wù)電子系統(tǒng)軟件基于國產(chǎn)化的硬件、應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)，設(shè)備上差異也往往導(dǎo)致軟件的修改。

3 任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用實(shí)踐

3.1 軟件復(fù)用方法

軟件復(fù)用的過程可以分為2個(gè)方面；應(yīng)用者復(fù)用（Consumer Rsuse）和生產(chǎn)者復(fù)用（Producer Reuse）。應(yīng)用者復(fù)用是指利用可復(fù)用構(gòu)件去建立新的的軟件系統(tǒng)的活動(dòng)；生產(chǎn)者復(fù)用是指建立、獲取或者重新設(shè)計(jì)可復(fù)用構(gòu)件的活動(dòng)[1]。

要實(shí)現(xiàn)任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的復(fù)用，必須將2方面的工作結(jié)合起來，既要有可復(fù)用的構(gòu)件，又要在新的系統(tǒng)中用這些構(gòu)件。但是在現(xiàn)階段，我們認(rèn)為主要的問題還是缺少可復(fù)用的構(gòu)件，所以我們更應(yīng)該重視生產(chǎn)者復(fù)用方面的工作。

生產(chǎn)者復(fù)用生命周期也是由3階段組成，分別為：領(lǐng)域需求識(shí)別、構(gòu)造可復(fù)用組件和建立產(chǎn)品庫。其中領(lǐng)域需求識(shí)別是一個(gè)識(shí)別一組相關(guān)系統(tǒng)間共性和差異的過程。目前，對(duì)特定領(lǐng)域的軟件復(fù)用技術(shù)的研究是軟件復(fù)用技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。特定領(lǐng)域軟件復(fù)用即在一定特定的應(yīng)用領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用，是提高軟件復(fù)用水平的有效途徑之一[2]。任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用就屬于特定領(lǐng)域的軟件復(fù)用。任務(wù)電子系統(tǒng)軟件按照所屬的分系統(tǒng)又可以細(xì)分成不同類型的軟件產(chǎn)品。對(duì)各個(gè)特定類型的軟件產(chǎn)片分別采用領(lǐng)域需求識(shí)別、構(gòu)造可復(fù)用組件和建立產(chǎn)品庫的方法開展軟件復(fù)用煩人活動(dòng)，是提高任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用水平，實(shí)現(xiàn)任務(wù)電子系統(tǒng)軟件產(chǎn)品化的有效途徑。采用上述方法復(fù)用的各階段主要活動(dòng)和輸出如圖1所示。

圖1 階段主要活動(dòng)和輸出

3.2 任務(wù)電子系統(tǒng)軟件復(fù)用實(shí)例

以任務(wù)電子系統(tǒng)軟件的重要組成部分之一的任務(wù)訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)軟件為例，對(duì)其實(shí)施基于領(lǐng)域工程的軟件復(fù)用實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行說明。

①領(lǐng)域需求識(shí)別：這個(gè)階段，需要對(duì)任務(wù)訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)軟件的領(lǐng)域進(jìn)行定義，確定領(lǐng)域詞匯。在任務(wù)訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)軟件中，我們定義的領(lǐng)域?yàn)槟M訓(xùn)練、總線通信、系統(tǒng)框架、導(dǎo)調(diào)控制、課題編輯和數(shù)據(jù)維護(hù)等等的功能項(xiàng)。

這些功能項(xiàng)的名稱即為領(lǐng)域詞匯。因此我們需要對(duì)每個(gè)詞匯進(jìn)行具體的定義、說明。在完成領(lǐng)域定義后，確定了任務(wù)訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)軟件的領(lǐng)域詞匯后，重點(diǎn)對(duì)領(lǐng)域模型和領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。提出任務(wù)訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)軟件的領(lǐng)域體系管理結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)體系架構(gòu)

由圖2可知，任務(wù)訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)軟件模型可定義為操作系統(tǒng)、公用基礎(chǔ)、業(yè)務(wù)服務(wù)和應(yīng)用交互4層[3]。

于構(gòu)造可復(fù)用組件：這個(gè)是任務(wù)訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)軟件復(fù)用的核心工作。一個(gè)可復(fù)用的任務(wù)電子系統(tǒng)軟件應(yīng)該是高質(zhì)量的，這樣才能使它的潛在復(fù)用者有信心。

在構(gòu)造有復(fù)用價(jià)值的組件的時(shí)候，一方面，我們需要對(duì)現(xiàn)在和過去的任務(wù)訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)軟件的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，提煉出有價(jià)值的組件，這是一個(gè)自底向上的過程；另一方面，需要我們對(duì)“十二五”、“十三五”期間可能存在的需求進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)最有復(fù)用前途的組件，這是個(gè)自頂向下的過程。因此，有效的組件提煉的方式是2者的結(jié)合使用。

一般來說，一個(gè)可復(fù)用的任務(wù)電子系統(tǒng)軟件組件應(yīng)具備如下的特性：

①經(jīng)過充分的驗(yàn)證；

于模塊化；

③可靠性高；

④健壯性好；

⑤易于理解或具有豐富的文檔；

⑥能被廣泛的應(yīng)用；

⑦可維護(hù)性好。

在構(gòu)造任務(wù)訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)軟件組件的過程中，可以采取如下的方法：

①使用參數(shù)來使一個(gè)組件一般化。通過采用一組嵌入在組件中的參數(shù)來定制一個(gè)一般化的組件，當(dāng)組件被復(fù)用的時(shí)候，用一組在允許范圍內(nèi)的數(shù)值來代替參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)組件內(nèi)的不同處理；

于將復(fù)用的組件分為2部分設(shè)計(jì)。如果復(fù)用者能夠?qū)M件進(jìn)行任何程度的修改，則復(fù)用的效益可能會(huì)被抵消。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)候，可以將組件定義為固定部分和可變的部分。固定的部分只能以“保持原狀”的形式復(fù)用，可變部分則允許在一定的范圍內(nèi)修改。這樣，組件可以被看做一個(gè)可以“定制的”黑盒，給復(fù)用者帶來2方面好處。即黑盒復(fù)用的好處，易于理解和驗(yàn)證；白盒復(fù)用的好處，快速適用每一次復(fù)用，能夠修改。

圖3給出了個(gè)構(gòu)造一個(gè)可復(fù)用組件Bus_Driver總線組線的分層結(jié)構(gòu)圖。

圖3 Bus_Driver總線組件分層模型

③建立產(chǎn)品庫：在已經(jīng)擁有可復(fù)用組件后，還應(yīng)保證設(shè)計(jì)開發(fā)人員能夠快速、容易地找到他們，并且能夠容易理解他們。這就是產(chǎn)品庫的主要作用。

產(chǎn)品庫是用來組織、存儲(chǔ)和管理可復(fù)用組件的。在建立軟件產(chǎn)品庫的同時(shí)，我們還需要建立配套的分類、檢索和復(fù)用的目錄，并對(duì)其進(jìn)行有效的配置管理。產(chǎn)品庫中可根據(jù)管理的組件的特點(diǎn)，將組件分為3個(gè)等級(jí)。分別為：

①組件文檔齊套，并通過開發(fā)方測(cè)試和第三方測(cè)試，所發(fā)現(xiàn)的問題全部修改；

于在第1級(jí)的基礎(chǔ)上，組件經(jīng)歷過1個(gè)型號(hào)的鑒定，沒有出現(xiàn)問題；

③在第2級(jí)的基礎(chǔ)上，組件經(jīng)歷過2個(gè)型號(hào)的鑒定，沒有出現(xiàn)問題；

3.3 任務(wù)電子系統(tǒng)軟件沿用

軟件沿用是軟件工程化中的一個(gè)專用術(shù)語。他對(duì)應(yīng)一種特殊的軟件復(fù)用形式，即對(duì)整個(gè)任務(wù)電子系統(tǒng)軟件產(chǎn)品不做任何修改的再次使用[4]。

在軟件沿用中，我們主要研究如何在確保任務(wù)電子系統(tǒng)軟件質(zhì)量的前提下，最大化的減少重復(fù)的工作量、提高軟件開發(fā)效率。經(jīng)過工程實(shí)踐的驗(yàn)證，我們認(rèn)為進(jìn)行任務(wù)電子系統(tǒng)軟件沿用需要4個(gè)步驟。如圖4所示。

圖4 軟件沿用的審批流程

其中，軟件沿用可行性分析是軟件沿用中最重要的一步工作。他產(chǎn)生的結(jié)果是可行性分析報(bào)告，報(bào)告應(yīng)闡述如下4方面的內(nèi)容：

①沿用軟件的目標(biāo)計(jì)算機(jī)的硬件環(huán)境、外圍環(huán)境與被沿用軟件的目標(biāo)計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境、外圍環(huán)境一致，或硬件環(huán)境、外圍環(huán)境的變化不會(huì)對(duì)軟件沿用產(chǎn)生影響；

于沿用軟件的用戶需求與被沿用軟件的用戶需求一致，或用戶需求的變化不會(huì)對(duì)軟件沿用產(chǎn)生影響；

③被沿用軟件的研制過程滿足軟件工程化的要求（含文檔、開發(fā)、測(cè)試、評(píng)審等幾個(gè)方面）；

④被沿用軟件飛行過程中尚未發(fā)現(xiàn)問題，且不存在其他型號(hào)舉一反三涉及的問題。

被確定為沿用軟件的軟件產(chǎn)品，研制技術(shù)流程可以不包括需求分析、軟件設(shè)計(jì)、編碼、單元測(cè)試、軟件集成、配置項(xiàng)測(cè)試等工作，但必須進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。

4 結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展和對(duì)任務(wù)電子系統(tǒng)軟件需求的快速增長(zhǎng)，軟件復(fù)用已經(jīng)成為任務(wù)電子系統(tǒng)軟件開發(fā)的必備手段。但我們也要同時(shí)看到，在軟件行業(yè)中有一個(gè)現(xiàn)象，就是實(shí)踐的現(xiàn)狀往往落后于技術(shù)發(fā)展的水平。因此，軟件的復(fù)用是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。目前在任務(wù)電子系統(tǒng)軟件領(lǐng)域中的實(shí)踐，是一種有益的嘗試。

[1]MeClure C.軟件復(fù)用技術(shù)在系統(tǒng)開發(fā)過程中考慮復(fù)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993

[2]于海泳.軟件復(fù)用機(jī)會(huì)的識(shí)別[J].微機(jī)發(fā)展，2004（12）. 115-117.

[3]郭堅(jiān).一種星載軟件系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2005，13（5）.499-502.

[4]魏玉凡.裝備維修信息化系統(tǒng)研究[M].北京：中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2009.

Discussion on The Task of The Electronic System of The Software Reuse Technology

WANG Hong-yu1,MENG Qing-xin2
（1 Huawei Software Technology Co.,Ltd.Beijing 100077，China）
（2 China Academy of Electronics and Information Technology Beijing 100041，China)

The efficiency of software development,electronic system task special aircraft quality is one of the factors restricting the special aircraft development ability,study mission electronic system software reuse technology is the future to improve the quality of mission electronic system software development efficiency and software;analyses the current situation of software reuse task of electronic systems in this paper,it points out that the influence of technology factors mission electronic system of software reuse,and discusses methods of the task of implementing electronic system of software reuse,and by way of example and expounds how to in engineering analysis,to construct the reusable component reuse and establishment of the software reuse library;finally,introduced the software to use this form of reuse,application in engineering field.

engine;simulation;education;Solidworks;3DVIA compose

TP391.9

A

1008-1739（2015）06-68-4

定稿日期：2015-02-26