基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)技術(shù)

李啟龍 龔強國

（中國航發(fā)上海商用航空發(fā)動機制造有限責任公司 上海市 201306）

在大型測控軟件的開發(fā)和控制方面，為了提高開發(fā)效率，并有效應(yīng)對實時監(jiān)控困難的問題，對基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)技術(shù)進行分析。這對于提高軟件開發(fā)的有效性和質(zhì)量非常有用，同時可以有效解決軟件開發(fā)測控難的問題。

在持續(xù)改進測量措施和控制方法以及持續(xù)改進測量和控制技術(shù)的背景下，在測控軟件的開發(fā)和設(shè)計變得更加復雜且測控軟件的規(guī)模持續(xù)增加的大環(huán)境下。對于實時測控軟件開發(fā)技術(shù)的升級，擴展和轉(zhuǎn)移方面提出了更多挑戰(zhàn)。如今，基于組件技術(shù)的實時測控軟件系統(tǒng)開發(fā)已成為軟件開發(fā)的重要途徑。伴隨著軟件開發(fā)技術(shù)不斷發(fā)展，基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)技術(shù)已成為主要的軟件開發(fā)內(nèi)容。對于實時測控軟件開發(fā)技術(shù)的研究顯得非常有必要。

1 組件技術(shù)概述

1.1 組件技術(shù)定義

組件是功能軟件單元，其中包括其他單元、數(shù)據(jù)，屬性和方法，可以獨立分發(fā)并傳輸給第三方進行集成?？蓮陀媒M件是指功能獨立事情并可以多次工作的組件。隨著行業(yè)內(nèi)對組件技術(shù)使用的持續(xù)增長，組件的部分內(nèi)容不僅限于代碼注釋，而且是在軟件開發(fā)過程中，與系統(tǒng)的架構(gòu)，需求測試與開發(fā)活動相關(guān)的實用信息例如文檔數(shù)據(jù)等相結(jié)合。

在靶場測量措施和控制方法以及測控技術(shù)不斷進步的背景下，測控軟件的開發(fā)和設(shè)計也變得更加復雜，并且測控軟件的規(guī)模持續(xù)增加。這種種情況在軟件開發(fā)，升級，擴展和轉(zhuǎn)移方面提出了更多挑戰(zhàn)。如今，基于組件技術(shù)的軟件系統(tǒng)開發(fā)已成為軟件開發(fā)的重要途徑。軟件復用技術(shù)不斷發(fā)展，基于結(jié)構(gòu)構(gòu)建軟件工程已成為軟件開發(fā)的重要內(nèi)容。

組件模型描述了組件的屬性以及特征，設(shè)置并遵守外部二進制接口的標準，對于組件及軟件架構(gòu)的設(shè)計制定了規(guī)范，對象與對象之間進行交互的方式，對象實現(xiàn)的內(nèi)部細節(jié)對用戶清晰可見，并具有即插即用的特性。因此，組件技術(shù)具有以下特征：

（1）組件系統(tǒng)的組件均具有明確規(guī)定的基礎(chǔ)連接關(guān)系，組件提供用于校正其他元素的外部功能；同時，在調(diào)用過程中組件也可以使用其他元素。

（2）組件通過外部接口提供其他組件的調(diào)用服務(wù)，這些外部接口是在服務(wù)提供者與服務(wù)使用者之間的協(xié)議，該協(xié)議易于擴展。

（3）組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一部分可以實現(xiàn)內(nèi)部詳細信息的外部透明性，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了統(tǒng)一封裝。方便在使用不同應(yīng)用程序時可以通過調(diào)用不同的組件實時進行改進并創(chuàng)建使用者的應(yīng)用程序，提高了組件的利用率。

在基于組件的計算機系統(tǒng)中，各個組件之間的交互是通過組件提供的接口實現(xiàn)的，該接口提供了組件交互所需的所有必要信息。接口是對組件提供和請求的服務(wù)的描述，是組件服務(wù)和使用的協(xié)議，采用獨立于平臺的語言IDL（語言定義接口）進行定義，以及是二進制兼容的，用戶可以直接調(diào)用執(zhí)行模塊以獲取設(shè)施提供的服務(wù)。

1.2 基于組件的軟件復用技術(shù)

目前，實施規(guī)范已經(jīng)制定并且相對合適用于復用的組件模型是CORBA/ORB，COM/ActiveX，JavaBean 和.NET 等。通過檢查和比較上述組件模型，此系統(tǒng)選擇.NETWindowsForms 作為實時測量和管理軟件的組件，使用.NETFramework 通用語言功能的軟件模型運行組件建立在一個基礎(chǔ)上，不再定義和使用復雜的管狀接口，對象可以是直的交互式訪問，可促進組件的免費配置，同時通過.NET 技術(shù)的層次結(jié)構(gòu)使用“應(yīng)計成本”軟件的生產(chǎn)方式，大大提高了軟件開發(fā)的效率。

2 基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)技術(shù)前景分析

通常，基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)技術(shù)具有以下幾點優(yōu)勢：

（1）基于組件的測控軟件開發(fā)更加快速。使用組件配置應(yīng)用程序時，可以重用大多數(shù)現(xiàn)有組件，只要重新編寫新的測試部分，這比編寫整個應(yīng)用程序要快得多[1]。

（2）基于組件的開發(fā)可以生產(chǎn)高質(zhì)量，高度可靠的軟件。使用大多數(shù)現(xiàn)有的組件開發(fā)軟件，就意味著檢查了大多數(shù)應(yīng)用程序代碼。

（3）基于組件的軟件開發(fā)使開發(fā)人員可以將更多注意力集中在應(yīng)用程序邏輯問題上。例如，使用VisualB 作為創(chuàng)建基于組件的應(yīng)用程序，這比用C++創(chuàng)建面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序要容易得多?；谕ㄟ^開發(fā)組件，程序員可以將大部分時間花在他們想解決的應(yīng)用程序的問題邏輯上，不適用于低水平編程細節(jié)問題。

（4）基于組件的檢測軟件開發(fā)比傳統(tǒng)的軟件開發(fā)技術(shù)更加便宜[2]。

（5）基于組件的開發(fā)，可以支持多樣化的語言并改善環(huán)境。組件以一種語言編寫，與使用其他語言創(chuàng)建的組件可以實現(xiàn)輕松通信，組件技術(shù)保證操作系統(tǒng)獨立性，組件模型提供了標準包裝格式，可以使這種透明度成為可能

（6）基于組件的開發(fā)提供了獨立創(chuàng)建或購買的能力[3]。

測控軟件適用于火箭，航空航天測控系統(tǒng)的服務(wù)。其主要特點是高可靠性和嚴格的實用性、及時性要求。經(jīng)過數(shù)十年的經(jīng)驗積累，，測控計算機軟件的開發(fā)已成為工程發(fā)展模式。并且，這完全符合軟件工程原理，方法和規(guī)格，遵循軟件需求分析，軟件概述來詳細設(shè)計軟件編碼，測試等階段，進行嚴格的階段審查和測試。這種具體已經(jīng)證明用于模型任務(wù)的工程軟件開發(fā)方法是有效的，能更好地滿足測控系統(tǒng)可靠性和實時性要求。然而，我們還應(yīng)該看到，這種軟件開發(fā)模型的開發(fā)周期很長，測試費用大，軟件交互功能和有限的可擴展性等。我們不是在談?wù)撥浖こ痰南敕ǎ瓌t上測控軟件開發(fā)存在哪些問題。實際上，在測控軟件的開發(fā)過程中，我們必須嚴格遵循該軟件工程的思想和原理[4]。

3 基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)策略

3.1 設(shè)計軟件架構(gòu)

組件技術(shù)中，一個組件就等于一個外接口。組件技術(shù)可以實現(xiàn)性能的封裝。要構(gòu)建程序，可以通過創(chuàng)建保持不變的分區(qū)來實現(xiàn)，也可以通過更換支持某些組件的部件來實現(xiàn)。此外，可以通過重復使用某些組件或使用再次開發(fā)建立高水平的應(yīng)用程序架構(gòu)。它是基于最新技術(shù)的檔案軟件平臺，具有明顯的優(yōu)點，其優(yōu)點是可以重用應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)，可以使用相同的軟件元，增加軟件程序的價值，實時測控軟件主要用于處理，評估和顯示實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，還可以執(zhí)行其測量和控制功能[5]。

3.2 基于組件技術(shù)的測控軟件開發(fā)技術(shù)的升級與維護

組件界面包含數(shù)據(jù)的封裝，是對預計軟件功能的描述。組件的功能通過接口和網(wǎng)絡(luò)共享的方式進行功能上的分割，客戶端也通過內(nèi)部共享組件共同使用。只要組件之間的連接發(fā)生更改，軟件系統(tǒng)內(nèi)部的組件就可以通過替換來實現(xiàn)更新和維護。

如果需要更新和維護實時測控軟件系統(tǒng)時，可以在原始軟件體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，替換需要替換的組件。只需要保證外部接口連接不變，就無需重新進行應(yīng)用程序的設(shè)計，基于組件技術(shù)的實時測控軟件系統(tǒng)就能夠替換組件并在升級的組件中使用新組件，利于當前的系統(tǒng)升級和維護[6]。

3.3 基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)技術(shù)系統(tǒng)功能的擴展

復用組件是使用現(xiàn)有組件創(chuàng)建新組件的一種方式，利用第三方產(chǎn)品構(gòu)建自己的產(chǎn)品，以實現(xiàn)組件的復用。組件復用技術(shù)可以通過包含和聚集來實現(xiàn)。在C++語言環(huán)境中，內(nèi)部組件可以直接添加到外部組件接口，以擴展系統(tǒng)功能。這樣，可以獲得一致的訪問權(quán)限。無論是通過外部組件的接口還是通過內(nèi)部組件的接口，內(nèi)部和外部組件支持的一組接口可以成為一致的咨詢和訪問。

簡而言之，基于組件技術(shù)的監(jiān)控軟件開發(fā)技術(shù)對于軟件開發(fā)的優(yōu)化至關(guān)重要，可以提高軟件開發(fā)的效率與質(zhì)量，擴展軟件應(yīng)用程序，并顯著減少軟件開發(fā)成本。實驗裝置和控制機器中在靶場測控系統(tǒng)中有許多類型的數(shù)據(jù)。根據(jù)問題的大小或解決方案的復雜性，基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)技術(shù)為解決這些問題提供了積極作用，并為測控軟件開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新提供了新的思路[7]。

4 基于組件技術(shù)的實時測控開發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵

4.1 Web測控方法

基于Web 的測控制方法對于減少客戶端的安裝非常有用。是大型客戶端和小型服務(wù)器的模型。這樣，在不同的客戶端上安裝一個客戶程序就足夠了，通過測量和控制通過該服務(wù)的所有人的工具收集的數(shù)據(jù)和信息。服務(wù)器處理可確保客戶端通過服務(wù)器了解時間信息的度量和控制；通常情況下，虛擬儀器測試系統(tǒng)安裝在服務(wù)器端，當時使用互聯(lián)網(wǎng)處理的公開發(fā)布的試驗數(shù)據(jù)信息，對于不同地區(qū)的客戶，可以通過瀏覽器直接在服務(wù)器上獲取必要的信息。如果客戶需要下載測量和控制數(shù)據(jù)，則需要從遠程服務(wù)器獲取答案以進行通信。測量和控制軟件存儲在本地，因此當客戶端執(zhí)行測量和控制任務(wù)時，應(yīng)用程序可以提供可靠的數(shù)據(jù)作為指導[8]。

4.2 基于TCP/IP的編程方式

與其他方法相比，基于TCP/IP 的系統(tǒng)方法具有較高的效率與交互性。該系統(tǒng)建立在用于視覺測量和控制工具的平臺上，響應(yīng)并處理用戶計算機發(fā)送的信息，尤其是在處理特定的測試任務(wù)時，可以通過執(zhí)行軍事數(shù)據(jù)運算，可以做出客戶端的反應(yīng)。然這種方法可以實現(xiàn)便捷性和實時性，但需要提高客戶關(guān)注度，要求客戶應(yīng)獨立解釋并準備報告數(shù)據(jù)。這種使用方法不會導致信息關(guān)閉，從而保持客戶端和服務(wù)器的可訪問性，及時有效的通信有助于解決遠程控制和遠程控制工具的問題。但因為這種技術(shù)方法過于追求速度，而忽略了控制系統(tǒng)的質(zhì)量和性能。長期的運行將大大影響控制系統(tǒng)的有效運行。數(shù)據(jù)不完整也可能會導致某些安全風險。然后在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和質(zhì)量控制。基于TCP/IP 的系統(tǒng)對于標準化和軟件管理非常有用。可以更好地提高客戶端和服務(wù)器的性能[9]。

4.3 建立在DCOM組件技術(shù)上的實現(xiàn)方式

基于DCOM 組件技術(shù)的測控系統(tǒng)可以更好地處理大規(guī)模分散式的測控設(shè)備中的問題。這樣，測試程序和應(yīng)用程序監(jiān)視系統(tǒng)都安裝在客戶端上，并且服務(wù)器主要通過I/O 接口層和網(wǎng)絡(luò)控制層，通過在每個服務(wù)器終端上執(zhí)行DCOM 組件技術(shù)來編寫程序以確?？蛻艨梢詫y控儀器進行正確的控制，并按時操控儀器執(zhí)行數(shù)據(jù)測控。除了更好的實時性與交互性之外，此模式還具有其他模型沒有的合并性和擴展性。在發(fā)布和處理數(shù)據(jù)的過程中，該模式也可以接受客戶對執(zhí)行測控數(shù)據(jù)的請求。但是存在的缺點是，基于DCOM 組件技術(shù)的測控系統(tǒng)只能在Windows 操作系統(tǒng)上工作，不能用于不同平臺上的交互工作[10]。

5 結(jié)束語

綜上所述，基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)技術(shù)有很好的應(yīng)用前景，將組件技術(shù)應(yīng)用于軟件開發(fā)和控制開發(fā)過程中，將對提高實時測控軟件的開發(fā)效率與質(zhì)量，可靠性和可擴展性產(chǎn)生重大影響。該技術(shù)對于航天測量和控制領(lǐng)域的發(fā)展帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，盡管這項技術(shù)的應(yīng)用需要一些過程，并且現(xiàn)階段對組件技術(shù)的研究和跟蹤還不夠，但是我們應(yīng)當相信，只要我們加強對基于組件技術(shù)的實時測控軟件技術(shù)的開發(fā)與研究，詳細了解技術(shù)的特點與改進措施，那么，基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)技術(shù)可以在不久的將來實現(xiàn)應(yīng)用。