基于Qt插件式無(wú)人直升機(jī)航路規(guī)劃軟件框架設(shè)計(jì)

摘 要：在復(fù)雜的無(wú)人直升機(jī)地面控制站系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，既要保證軟件的開(kāi)發(fā)效率，又要適應(yīng)不斷變化的需求，文章針對(duì)此問(wèn)題提出了一種基于Qt插件式無(wú)人直升機(jī)航路規(guī)劃軟件框架設(shè)計(jì)。首先介紹了軟件框架模型，分析了其工作原理及采用該框架的優(yōu)勢(shì)。其次對(duì)該框架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，描述了插件管理、插件通信及界面布局系統(tǒng)的功能。最后該軟件框架應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了基于Qt插件式無(wú)人直升機(jī)航路規(guī)劃軟件框架，具有復(fù)用性強(qiáng)、維護(hù)性強(qiáng)、耦合度低等特點(diǎn)，滿足系統(tǒng)的需求。

關(guān)鍵詞：Qt;插件;航路規(guī)劃;軟件框架

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，防空技術(shù)的日益完善，航路規(guī)劃軟件的復(fù)雜度越來(lái)越高，用戶對(duì)軟件的專業(yè)性和擴(kuò)展性提出了更高的要求[1]。主要體現(xiàn)在兩方面，一是軟件功能的變更需求越來(lái)越多;二是需求變更的頻率相對(duì)之前明顯增加。很大一部分的需求變更是對(duì)軟件的主體功能要求不變，而是對(duì)軟件基本功能快速的升級(jí)更新，適應(yīng)不斷變化的監(jiān)控需求。

目前大多軍用等軟件采用面向過(guò)程的軟件開(kāi)發(fā)方法，面對(duì)軟件需求的變更，在軟件的開(kāi)發(fā)及維護(hù)等方面帶來(lái)一些問(wèn)題，一方面軟件開(kāi)發(fā)初期對(duì)軟件功能模塊和接口需求定義不準(zhǔn)確，開(kāi)發(fā)速度慢;一方面軟件開(kāi)發(fā)中后期，模塊間的耦合度較高，軟件維護(hù)難度大[2]。

針對(duì)該問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)一種軟件框架模型，適應(yīng)用戶的不斷變化的需求。本文提出基于Qt插件式無(wú)人直升機(jī)航路規(guī)劃軟件框架設(shè)計(jì)，是采用“平臺(tái)+插件”的軟件架構(gòu)，該架構(gòu)能在不修改程序主體的情況下，根據(jù)變更的需求動(dòng)態(tài)加載對(duì)應(yīng)功能的插件，對(duì)軟件功能進(jìn)行修改和維護(hù)，提高了軟件的開(kāi)發(fā)效率，同時(shí)提高了軟件的擴(kuò)展性，適應(yīng)不斷變化的需求。

一、“平臺(tái)+插件”模型

“平臺(tái)+插件”軟件架構(gòu)的核心思想是將基礎(chǔ)功能和主要邏輯以插件的形式通過(guò)主程序（平臺(tái)）統(tǒng)一的管理，平臺(tái)與插件以及插件之間的交互通過(guò)制定一套標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議接口完成。平臺(tái)完成對(duì)插件的管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)插件的調(diào)用、加載及卸載。插件必須依賴主程序才能發(fā)揮自身功能，僅靠插件是無(wú)法正常運(yùn)行的。另一方面，主程序可以不需要依賴插件就可以運(yùn)行。也就是說(shuō)，插件可以加載到主程序中并且動(dòng)態(tài)更新而不會(huì)對(duì)主程序造成任何影響。在“平臺(tái)+插件”架構(gòu)下，插件可以進(jìn)行增刪改查，若需求變更，通過(guò)設(shè)計(jì)新插件或者修改已有插件即可，不需要對(duì)主程序進(jìn)行修改及編譯。

主程序（平臺(tái)）：程序的主體，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)架構(gòu)和核心功能。主程序（平臺(tái)）提供相應(yīng)的接口給插件調(diào)用，同時(shí)，主程序（平臺(tái)）通過(guò)相應(yīng)的接口可以插入不同的插件，完成相應(yīng)服務(wù)并提供給用戶，是整個(gè)軟件框架的基礎(chǔ)。

插件：是一種遵循一定規(guī)范的應(yīng)用程序接口編寫(xiě)的程序，實(shí)現(xiàn)主要邏輯和基礎(chǔ)功能。插件能動(dòng)態(tài)地插入到平臺(tái)中，完善和擴(kuò)展系統(tǒng)整體功能。插件是“平臺(tái)+插件”架構(gòu)的重要組成部分。

接口：實(shí)現(xiàn)“平臺(tái)+插件”架構(gòu)指定的一套標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。接口實(shí)現(xiàn)在主程序不變的情況下，通過(guò)加載、刪除或修改插件完善應(yīng)用程序的功能。

采用“平臺(tái)+插件”模型在分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、擴(kuò)展等方面有諸多益處。一是結(jié)構(gòu)清晰、易于理解。借鑒硬件總線的定義，各個(gè)插件之間相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)軟件的“即插即用”;二是維護(hù)性強(qiáng)。插件與主程序之間通過(guò)接口進(jìn)行通信，類似硬件插卡，可以進(jìn)行加載、調(diào)用及卸載等操作，結(jié)構(gòu)靈活，易修改，方便軟件的升級(jí)和維護(hù);三是復(fù)用性強(qiáng)。插件是一系列小的功能結(jié)構(gòu)組成，通過(guò)接口向外提供服務(wù)，移植性好，復(fù)用性強(qiáng);四是耦合度低。插件是通過(guò)與主程序通信實(shí)現(xiàn)插件與插件之間的通信，插件之間的耦合度低。

二、插件分類

隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，插件技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣，插件種類也越來(lái)越多，目前應(yīng)用普遍的插件可以分為四類。一類是類似命令插件。該類型插件應(yīng)用廣泛，使用方便、門(mén)檻低，縮短了軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間。但是，該類型插件功能較單一、可擴(kuò)展性小、自由度低且降低軟件運(yùn)行效率;二類是腳本插件。該類型插件方便、簡(jiǎn)單、易學(xué)、易用，但是該類型腳本需要自主開(kāi)發(fā)內(nèi)核，制作相對(duì)比較復(fù)雜;三類是組件插件。該類型插件提供了組件之間的交互規(guī)范和環(huán)境，不需要知道插件功能，通過(guò)接口可直接訪問(wèn)插件，使主程序與各插件間建立信息交互。但是，該類型插件設(shè)計(jì)需要技術(shù)原理支持，提高了開(kāi)發(fā)難度;四類是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）插件。該類型插件定義了多個(gè)接口，可以訪問(wèn)主程序中各種資源，自由度大，設(shè)計(jì)者可以充分發(fā)揮主觀意識(shí)和創(chuàng)造思維。但是該類型插件制作復(fù)雜、開(kāi)發(fā)門(mén)檻高。

考慮應(yīng)用場(chǎng)景及運(yùn)行平臺(tái)，本文選擇基于動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)插件作為航路規(guī)劃軟件的應(yīng)用框架。

三、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件框架由插件管理系統(tǒng)、通信管理系統(tǒng)及界面布局管理系統(tǒng)組成，軟件架構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示。

1.插件管理系統(tǒng)

插件管理系統(tǒng)主要功能是對(duì)插件進(jìn)行管理，包括插件配置信息的獲取及判定，插件的加載及卸載等。插件的狀態(tài)包括無(wú)效、準(zhǔn)備、加載、運(yùn)行、關(guān)閉、刪除。無(wú)效：沒(méi)有獲取到該插件信息;準(zhǔn)備：插件配置信息獲取成功且判定正常;加載：插件被加載至主程序中;運(yùn)行：插件成功加載且初始化完成;關(guān)閉：插件被關(guān)閉;刪除：釋放插件實(shí)例對(duì)象。

2.通信管理系統(tǒng)

通信管理系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)主程序與插件及插件之間的通信。軟件在Qt平臺(tái)開(kāi)發(fā)，通過(guò)Qt的信號(hào)與槽機(jī)制完成插件之間的通信。

3.界面布局管理系統(tǒng)

界面布局管理系統(tǒng)在主程序（平臺(tái)）中完成。界面布局管理系統(tǒng)主要完成兩方面功能，一是完成菜單欄、工具欄、功能欄及狀態(tài)欄的布局;二是完成菜單欄、工具欄、功能欄及狀態(tài)欄上控件的添加、顯示及功能處理。

四、應(yīng)用

在某項(xiàng)目中，應(yīng)用基于Qt插件式航路規(guī)劃軟件框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在Windows環(huán)境下采用Qt5.5.1進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，用戶界面主要包括五大部分：菜單欄、工具欄、功能欄、狀態(tài)欄及操作區(qū)。軟件中功能模塊采用插件形式開(kāi)發(fā)，主程序（平臺(tái)）通過(guò)接口方法對(duì)插件進(jìn)行調(diào)用。

實(shí)踐表明，通過(guò)插件式開(kāi)發(fā)的航路規(guī)劃軟件框架代碼簡(jiǎn)潔、條理清晰、運(yùn)行穩(wěn)定，能夠滿足無(wú)人直升機(jī)航路規(guī)劃的需求。

五、結(jié)語(yǔ)

地面控制站是無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，航路規(guī)劃是地面控制站中的關(guān)鍵部分，是實(shí)現(xiàn)無(wú)人直升機(jī)智能導(dǎo)航和安全飛行的重要保障。本文設(shè)計(jì)的基于Qt插件式無(wú)人直升機(jī)航路規(guī)劃軟件框架，代碼使用Qt和C++進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)思想。插件式框架降低了系統(tǒng)的耦合度，具有復(fù)用性強(qiáng)、維護(hù)性好及擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖強(qiáng)，朱玉祜，楊丙泉.插件式無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃軟件框架設(shè)計(jì)[J].電光與控制，2014，（12）

[2]勞憲銀.基于插件式的軟件總線構(gòu)件平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].電子世界，2016，（10）

[3]董冰.計(jì)算機(jī)軟件中的插件技術(shù)研究[J].信息與電腦，2017，（23）

[4]王宏強(qiáng)，張航峰.戰(zhàn)術(shù)指揮情報(bào)終端的插件式軟件框架設(shè)計(jì)[J].指揮控制與仿真，2012，（6）

作者簡(jiǎn)介：

程滔（1990年-），男，江西省九江市人，碩士學(xué)位，工程師，主要從事無(wú)人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)研究。