基于雷達顯示終端的迭代式軟件框架設(shè)計與實現(xiàn)

王向敏, 臧 勤, 劉佳媛, 張玉喜

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

基于雷達顯示終端的迭代式軟件框架設(shè)計與實現(xiàn)

王向敏, 臧 勤, 劉佳媛, 張玉喜

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

介紹了軟件框架的設(shè)計特點，并針對雷達顯示終端軟件進行軟件框架設(shè)計與實現(xiàn)。在需求變化的情況下，通過軟件框架的復(fù)用機制，可使雷達顯示終端具有顯示靈活、模塊通用、擴展性和可移植等特點。

軟件框架；構(gòu)件；軟件復(fù)用；雷達顯示終端

0 引 言

隨著雷達裝備需求不斷擴大，對雷達性能要求及可靠性也不斷提高。而作為對雷達數(shù)據(jù)直觀表述的雷達顯示終端在雷達系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，其操作靈活性、可擴展性、穩(wěn)定性及維護性尤其重要。針對此特點，本文設(shè)計了基于雷達顯示終端的一種面向?qū)ο蟮摹⒖蓮?fù)用的軟件框架[1-3]。該框架采用迭代式開發(fā)模式，并通過構(gòu)件[4]與構(gòu)件庫的復(fù)用思想來實現(xiàn)軟件框架。這樣有助于提高軟件開發(fā)的生產(chǎn)率，提高軟件系統(tǒng)的可靠性，減少軟件維護的負擔。

1 框架開發(fā)過程模型

雷達顯示終端軟件主要完成對雷達各類信息的實時顯示以及對雷達整機的操控，因此在構(gòu)造的框架中主要按照領(lǐng)域模型建模。隨著對雷達領(lǐng)域的認識不斷地深入和精確，在框架開發(fā)過程[5]中采用基于迭代的演化模型，通過多次迭代，使框架正確性和可復(fù)用性不斷提高。

基于該過程模型，在框架開發(fā)時，首先針對雷達系統(tǒng)需求進行分析，得到描述該雷達系統(tǒng)的共性領(lǐng)域模型和個性領(lǐng)域模型。在該領(lǐng)域模型基礎(chǔ)上，進行領(lǐng)域設(shè)計，建立可以指導(dǎo)的框架設(shè)計。框架設(shè)計包括框架體系結(jié)構(gòu)、擴展點和框架構(gòu)件的設(shè)計，尤其關(guān)鍵的是個性領(lǐng)域設(shè)計以及框架的可復(fù)用性的擴展點設(shè)計。在實現(xiàn)階段，根據(jù)框架應(yīng)用設(shè)計，組裝應(yīng)用構(gòu)件，通過框架構(gòu)件實現(xiàn)雷達顯示終端軟件共性領(lǐng)域模型，并根據(jù)不同的組裝需求實現(xiàn)擴展模式。在測試階段，通過基于框架構(gòu)造具體應(yīng)用來進行測試，然后再基于框架開發(fā)該應(yīng)用，從而驗證框架正確性及可復(fù)用性。上述過程是迭代的，即每個階段活動可以進行多次。流程圖如圖1所示。

圖1 框架開發(fā)過程模型

2 框架設(shè)計和實現(xiàn)

根據(jù)應(yīng)用邏輯將雷達顯控終端軟件框架抽象成三層[6]，即數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)層和用戶界面層。數(shù)據(jù)層主要用于數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的插入、更新等操作，以及用戶操作相關(guān)的界面完成雷達信息的查詢。應(yīng)用服務(wù)層主要用于對上下層之間交互數(shù)據(jù)的邏輯處理，在軟件框架設(shè)計時要根據(jù)實際雷達系統(tǒng)的處理流程來決定。所以，該部分的設(shè)計主要是設(shè)計通用的構(gòu)件接口，通過這些接口來訪問數(shù)據(jù)層和用戶界面層構(gòu)件，從而完成系統(tǒng)設(shè)計。用戶界面層主要實現(xiàn)人機交互和軟件展示，負責提供雷達系統(tǒng)操作和控制，同時對雷達的各類信息進行實時顯示。軟件框架的整體示意圖如圖2所示。

數(shù)據(jù)層主要分為以下4個模塊：系統(tǒng)維護模塊、目標信息模塊、態(tài)勢信息模塊和系統(tǒng)狀態(tài)信息模塊。系統(tǒng)維護模塊用來對數(shù)據(jù)庫自身進行管理和維護。目標信息模塊用于記錄探測到目標信息，并能作為目標信息的累積依據(jù)，以及為研究人員提供二次分析的資料。態(tài)勢信息模塊用于記錄用戶在海圖中標注的信息，便于用戶分析海戰(zhàn)場的情況變化趨勢。系統(tǒng)狀態(tài)信息模塊記錄探測系統(tǒng)自身在各個時間段里的運行情況以及系統(tǒng)故障的排解方法。通過數(shù)據(jù)庫模塊關(guān)系結(jié)構(gòu)圖可以反映出數(shù)據(jù)庫各模塊之間及內(nèi)部的關(guān)系，如圖3所示。

圖2 軟件框架整體示意圖

應(yīng)用服務(wù)層是為系統(tǒng)提供信息的相互銜接和路由服務(wù)，當系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)現(xiàn)改變時可以自動通知界面進行狀態(tài)更新。在該層框架設(shè)計時，首先采用數(shù)據(jù)抽象、多態(tài)和繼承類的方式抽象出構(gòu)件并描述構(gòu)件間的相互作用。其構(gòu)件包括數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件、安全管理構(gòu)件、算法構(gòu)件、網(wǎng)絡(luò)處理構(gòu)件和服務(wù)層可擴展構(gòu)件等。框架由一組類表達，每個類對應(yīng)一個構(gòu)件，構(gòu)件間的相互作用模式也是框架的重要組成部分。其次構(gòu)件是以動態(tài)庫的形式封裝的，構(gòu)件庫的結(jié)構(gòu)是建立在系統(tǒng)抽象出的構(gòu)件分類基礎(chǔ)之上的，其中框架與擴展點構(gòu)件的控制流是雙向的。這樣框架復(fù)用時需要編寫的代碼更少，復(fù)用成熟框架的比例更高。采用消息隊列和線程同步技術(shù)構(gòu)建工作流引擎，使得系統(tǒng)在多任務(wù)時整個工作流不堵塞。其工作流引擎的處理流程圖如圖4所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫模塊關(guān)系結(jié)構(gòu)圖

圖4 工作流引擎的處理流程圖

用戶界面層主要是設(shè)計快捷、實用、美觀、友好的顯示界面，實現(xiàn)人機交互的功能。根據(jù)用戶的需求可以將雷達顯示終端抽象為用戶管理構(gòu)件、系統(tǒng)控制構(gòu)件、態(tài)勢構(gòu)件、目標表頁構(gòu)件、故障顯示構(gòu)件、波形圖構(gòu)件、數(shù)據(jù)庫信息查詢構(gòu)件和系統(tǒng)狀態(tài)構(gòu)件。在界面層的設(shè)計時所有構(gòu)件采用接口和抽象類組成的白箱層的設(shè)計方式。隨著需求的改變每個構(gòu)件可以從白箱層繼承而來組成新的構(gòu)件，并插入到體系中。

3 軟件框架實現(xiàn)效果

在雷達顯示終端開發(fā)過程中將實際需求和軟件框架進行有機結(jié)合，運用軟件框架程序自動調(diào)用構(gòu)件庫的構(gòu)件生成系統(tǒng)軟件，從而降低系統(tǒng)的耦合性，增加系統(tǒng)的構(gòu)件化水平，其雷達顯示終端總體界面如圖5所示。

圖5 雷達顯示終端總體界面

4 結(jié)束語

隨著雷達系統(tǒng)領(lǐng)域不斷地擴展，開發(fā)者對領(lǐng)域的認識不斷深入，可使框架不斷演化，提高框架可復(fù)用性，增加復(fù)用比例并降低復(fù)用難度，因此一個好的框架是領(lǐng)域經(jīng)驗和設(shè)計經(jīng)驗的反復(fù)迭代的過程。本文從迭代式軟件開發(fā)過程模型入手，介紹了雷達顯示終端軟件在框架設(shè)計和實現(xiàn)過程中的分層設(shè)計模式，并在每層設(shè)計時考慮軟件框架和構(gòu)件的復(fù)用性，從而指導(dǎo)了相關(guān)領(lǐng)域的開發(fā)活動。

[1] Graham E.設(shè)計模式-可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2] Sparks S, Benner K, Faris C. Managing Object-oriented Framework Reuse[J]. Computer,1996(9):53-61.

[3] Johnson R, Foote B. Designing Reusable Classes[J].Journal of Object-Oriented Programming，1991:6-7.

[4] Szyperski C.Component Software-Beyond Object Oriented Programming[M].Addison-Wesley，1997.

[5] 高揚.基于NET平臺的三層架構(gòu)軟件框架的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2011，21(2):77-80.

[6] 劉瑜，王立福，張世琨.軟件框架開發(fā)過程研究[J].計算機工程與應(yīng)用，2004(2)：26-28.

Design and implementation of iterative software framework based on radar display terminal

WANG Xiang-min, ZANG Qin, LIU Jia-yuan, ZHANG Yu-xi

(No. 724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The design characteristics of the software framework are introduced, and the software framework is designed and implemented for radar display terminal. In the case of changed requirements, a reusable software framework is adopted, which makes the radar display terminal expansible and transplantable with flexible display and universal module.

software framework; component; software reuse; radar display terminal

2014-02-21；

2014-04-09

王向敏(1980-)，女，工程師，碩士，研究方向：雷達終端顯示；臧勤(1983-)，女，工程師，碩士，研究方向：雷達終端顯示與數(shù)據(jù)處理；劉佳媛(1988-)，女，助理工程師，碩士，雷達數(shù)據(jù)處理；張玉喜(1979-)，男，工程師，碩士，研究方向：雷達總體技術(shù)。

TN957.529

A

1009-0401(2014)03-0065-04