孫　婧，劉　瑩，孟景濤，李　偉

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；

2.空軍北京航空裝備訓(xùn)練基地，北京 100076；

3.河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊 050200)

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基于XML的軟件通用程序框架

孫婧1，劉瑩2，孟景濤3，李偉1

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；

2.空軍北京航空裝備訓(xùn)練基地，北京 100076；

3.河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊 050200)

摘要航天測控設(shè)備管理存在分機(jī)多、分機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互格式復(fù)雜、內(nèi)容多變等特點(diǎn)，測控軟件開發(fā)較為困難。針對這一難題，介紹了XML配置文件的格式，分析了測控設(shè)備軟件接口的特點(diǎn)，提出了一種基于XML的可配置、易更新的通用測控程序框架，應(yīng)用于測控設(shè)備軟件開發(fā)，對軟件的開發(fā)流程在效率和正確率方面有明顯提高。

關(guān)鍵詞XML；航天測控；設(shè)備管理；程序框架

0引言

在航天測控工程中，系統(tǒng)軟件需要通過串口、PCI總線、網(wǎng)絡(luò)等多種接口與各分系統(tǒng)或設(shè)備分機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)對測控設(shè)備的管理。因此在測控軟件的開發(fā)過程中，需要花費(fèi)大量人力、時間去進(jìn)行接口與通訊的設(shè)計、編碼、調(diào)試和測試，而且接口在發(fā)生變動時(經(jīng)常發(fā)生)，維護(hù)和修改也會耗費(fèi)大量時間。接口、通訊代碼是整個測控軟件的基礎(chǔ)，而由不同人員編寫的代碼質(zhì)量不盡相同，造成整個軟件可靠性降低。

為了解決以上問題，本著統(tǒng)一化設(shè)計的思想，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于可擴(kuò)展標(biāo)記語言[1](Extensible Markup Language，XML)配置文件的測控軟件通用程序框架。使用該通用軟件框架時，只需要按照規(guī)定好的格式將接口文件寫出，便可以自動生成所有接口部分的代碼；配置好通訊類型和參數(shù)，便可自動實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；同時還可以根據(jù)接口文件自動生成參數(shù)顯示界面、命令發(fā)送界面以及提供日志記錄、源碼顯示等軟件基本功能。在實(shí)現(xiàn)軟件快速開發(fā)的同時，還可以提高軟件的可靠性。同時也使測控軟件代碼的通用性、可維護(hù)性大大增強(qiáng)。

1XML配置文件

為了將分機(jī)間的接口通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化描述，使用了XML配置文件的形式。XML是萬維網(wǎng)聯(lián)盟(World Wide Web Consortium，W3C)發(fā)布的一種標(biāo)準(zhǔn)，是標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言(Standard Generalized Markup Language，SGML)的一個簡化子集。XML遵循嚴(yán)格語法規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲格式結(jié)構(gòu)化，具有擴(kuò)展性好、數(shù)據(jù)共享與重用簡單和網(wǎng)絡(luò)傳輸方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為一種通用的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)[2]。

為了實(shí)現(xiàn)接口設(shè)計的通用性，以設(shè)備分機(jī)為單位，使用XML配置文件對分機(jī)接口數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)關(guān)系進(jìn)行描述。對分機(jī)的接口進(jìn)行整理之后，制定的主要規(guī)則包括：① 對分機(jī)外部接口數(shù)據(jù)元素進(jìn)行描述；② 對分機(jī)接口命令幀格式進(jìn)行描述；③ 對分機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)元素進(jìn)行定義，并描述內(nèi)部數(shù)據(jù)元素與外部接口數(shù)據(jù)元素之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

接口的規(guī)則化描述如圖1所示。圖1(a)為接口數(shù)據(jù)的規(guī)則化描述，將一個分機(jī)的所有數(shù)據(jù)元素表描述為3個必備要素(設(shè)備標(biāo)識、設(shè)備名稱、數(shù)據(jù)元素項(xiàng))；圖1(b)為接口命令的規(guī)則化描述，將分機(jī)的外部接口命令描述為3個必備要素(命令名稱、命令標(biāo)識、數(shù)據(jù)長度)和一個可選要素(命令內(nèi)容)；圖1(c)為內(nèi)外接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的規(guī)則化描述，其以內(nèi)部數(shù)據(jù)元素為索引，將與之對應(yīng)的外部數(shù)據(jù)的序號、名稱以及外內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法描述出來。

圖1　接口的規(guī)則化描述

2代碼自動生成

按照制定好的規(guī)則將系統(tǒng)接口文件轉(zhuǎn)換為規(guī)范化描述的XML配置文件之后，便可以調(diào)用編寫好的代碼自動生成類庫進(jìn)行代碼生成，將XML文件生成為程序代碼[3,4]。代碼自動生成類庫目前主要實(shí)現(xiàn)了3部分的代碼生成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代碼、顯示參數(shù)和發(fā)送命令的窗體界面、分機(jī)設(shè)備管理基類。

2.1　生成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代碼

利用XML配置文件中描述的接口數(shù)據(jù)信息生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類代碼。生成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類代碼的過程由BBEMaker類完成，BBEMaker類視圖如圖2所示，接口類視圖如圖3所示。

圖2　BBEMaker類視圖

圖3　接口類視圖

BBEMaker類實(shí)現(xiàn)的主要函數(shù)包括：

① Coder_BBECommandClass：根據(jù)外部接口命令關(guān)系表簡歷各個命令對應(yīng)的類；

② Code_BBEElementsClass：為每個分機(jī)生成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

③ CoderBBEExToInnerConvertFunction：生成外部接口數(shù)據(jù)與內(nèi)部數(shù)據(jù)元素轉(zhuǎn)換函數(shù)。

由BBEMaker類生成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類代碼實(shí)現(xiàn)了以下接口[5,6](Interface)：IBBEData、IBBEDataCollect和IFrameHead。其中圖3(a)為IBBEData接口的類視圖，其定義了數(shù)據(jù)元素應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的方法，圖3(b)為IBBEDataCollect接口的類視圖，其定義了所有數(shù)據(jù)元素的結(jié)構(gòu)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的方法。在實(shí)現(xiàn)了這3個接口之后，生成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類就可以在外部調(diào)用時方便的進(jìn)行命令數(shù)據(jù)打包、拆分、索引和賦值等操作。

2.2　生成窗體界面代碼

生成窗體界面代碼的過程由BBEViewMaker類完成，BBEViewMaker類視圖如圖4所示。

圖4　BBEViewMaker類視圖

BBEViewMaker類實(shí)現(xiàn)的主要函數(shù)包括：

① Coder_Form_cs：生成*.cs文件，這是C#語言下的窗體界面組成文件；

② Coder_Form_ParaDisplayFunction：生成界面狀態(tài)顯示函數(shù)；

③ Coder_Form_TimeEventFunction：生成定時器響應(yīng)函數(shù)，用于刷新界面狀態(tài)。

由BBEViewMaker類生成的界面包含了XML配置文件中的所有數(shù)據(jù)元素，可以按照所描述的格式實(shí)時顯示數(shù)據(jù)的狀態(tài)，同時此界面還對外提供命令發(fā)送委托[7,8](delegate)handleOfBBECmdSend。此委托傳遞2部分內(nèi)容：設(shè)備ID和基于IBBEData的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。調(diào)用此界面時傳入該委托即可實(shí)現(xiàn)操作命令從界面到設(shè)備的發(fā)送[9]。

2.3　生成分機(jī)設(shè)備管理基類

生成一個分機(jī)設(shè)備管理基類BBEDevice，實(shí)現(xiàn)的主要函數(shù)包括：

① Setup：初始化函數(shù)，用于調(diào)用該類時完成內(nèi)存、通訊等資源的分配及初始化；

② ReceiveDataEventHandler：提供接收數(shù)據(jù)的委托處理函數(shù)，使用者可自定義處理過程；

③ BBESourceInHandler：提供通訊輸入源碼數(shù)據(jù)的委托處理函數(shù)；

④ BBESourceOutHandler：提供通訊輸出源碼數(shù)據(jù)的委托處理函數(shù)；

⑤ BBEExceptionInfoHandler：提供捕獲的系統(tǒng)異常信息的委托處理函數(shù)。

3配置通訊類型

為了適應(yīng)各分系統(tǒng)或設(shè)備分機(jī)不同的通訊方式(串口、PCI/PCIE、網(wǎng)絡(luò)等)，采用XML文件作配置文件，不同通訊配置的參數(shù)不同，但是所有的通訊配置都基于IConfig接口，如圖5所示。

圖5　接口IConfig視圖

定義一個處理所有通訊功能的接口ICommunicate，并使處理串口通訊、PCI通訊和網(wǎng)絡(luò)通訊[10]的數(shù)據(jù)類全部實(shí)現(xiàn)該接口，其UML設(shè)計圖如圖6所示。

圖6　通訊處理UML圖

這樣當(dāng)主程序框架讀取配置文件后，根據(jù)配置文件所實(shí)現(xiàn)的IConfig接口的屬性，自動調(diào)用實(shí)現(xiàn)了ICommunicate接口的串口通訊類、PCI通訊類或網(wǎng)絡(luò)通訊類來獲取通訊資源，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)分系統(tǒng)或備分機(jī)的通信功能，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)工作。

在通訊配置發(fā)生變動時，只需要更改配置文件中的某一項(xiàng)變動的通訊參數(shù)即可，不需要再編譯程序。

目前該配置方法已經(jīng)在多個航天測控工程項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用，由于使用了自動生成的代碼，使得軟件的可靠性得到了提高[11]。根據(jù)初步的統(tǒng)計，使用配置文件的代碼生成節(jié)約了編程人員40%左右的工作量，使軟件開發(fā)效率得到了較明顯的提高。

4結(jié)束語

通過配置文件的方式對測控軟件與各外部接口之間的接口信息進(jìn)行配置，設(shè)計靈活，便于更改和后期維護(hù)。同時使用XML接口文件自動生成程序代碼的方式，可以將軟件人員從繁雜的接口編程中解脫出來，提升開發(fā)效率的同時還提高了軟件的可靠性。統(tǒng)一處理所有接口設(shè)備通信的處理操作，便于調(diào)試，同時減少了分別編碼的出錯概率，消除了各個設(shè)備的接口差異性，為測控管理和自動化運(yùn)行統(tǒng)一化設(shè)計打下基礎(chǔ)。

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孫婧女，(1988—)，助理工程師。主要研究方向：航天測控應(yīng)用軟件及自動化測試技術(shù)。

孟景濤男，(1985—)，助理工程師。主要研究方向：航天測控應(yīng)用軟件及嵌入式軟件。

The Generic Framework of Software Based on XML

SUN Jing1，LIU Ying2，MENG Jing-tao3，LI Wei1

(1.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China；

2.AeronauticEquipmentTrainingBaseoftheAirForceinBeijing,Beijing10076,China;

3.HebeiFar-EastCommunicationSystemEngineeringCo.,Ltd,ShijiazhuangHebei050200,China)

AbstractThere are great varieties of devices in aerospace TT&C system,the data interaction protocol between devices are different,complex and frequently changed,which introduces great difficulties in software management,this paper provides a solution to realize the general framework of TT&C software.The format of XML files is introduced,the interface characteristic of aerospace TT&C software is analyzed,and a configurable,interface changeable TT&C application framework which is based on XML files is put forward.This framework has already been applied to the TT&C system,and significantly improves the efficiency and the accuracy of the software development process.

Key wordsXML;TT&C;device management;software framework

作者簡介

收稿日期：2015-03-22

中圖分類號TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1003-3106(2015)06-0025-03

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2015.06.07

引用格式：孫婧，劉瑩，孟景濤，等.基于XML的軟件通用程序框架[J].無線電工程，2015，45(6)：25-27，31.