軟件復(fù)用構(gòu)件庫(kù)建設(shè)的管理與實(shí)踐

◎北京航天發(fā)射技術(shù)研究所 趙慧莉 王小軍 任躍進(jìn) 楊靜 鄭懷芳

軟件復(fù)用構(gòu)件庫(kù)建設(shè)的管理與實(shí)踐

◎北京航天發(fā)射技術(shù)研究所 趙慧莉 王小軍 任躍進(jìn) 楊靜 鄭懷芳

針對(duì)繁重的型號(hào)研制任務(wù)對(duì)軟件研制的需求，開展了面向軟件復(fù)用研制的軟件復(fù)用構(gòu)件庫(kù)建設(shè)的管理與實(shí)踐，通過軟件復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)體系、軟件復(fù)用產(chǎn)品體系和軟件研制支撐平臺(tái)的建設(shè)，提升了軟件研制專業(yè)化水平、研制能力，同時(shí)提高了軟件研制效率和軟件可靠性。

在信息化時(shí)代，軟件在航天型號(hào)科研生產(chǎn)管理中起到了越來越重要的作用，其所實(shí)現(xiàn)功能的比重逐漸增大，“硬件軟件化”已成為當(dāng)前新的發(fā)展趨勢(shì)。目前，軟件研制也面臨著研制任務(wù)重和任務(wù)多的雙重壓力，所以迫切需要提升軟件的研制效率和質(zhì)量，優(yōu)化軟件研制和人力資源配置模式，提高軟件研制和保障能力。

北京航天發(fā)射技術(shù)研究所在軟件研制過程中率先引入了“軟件復(fù)用構(gòu)件庫(kù)建設(shè)”的概念，即打破傳統(tǒng)的軟件開發(fā)思路，將每個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能抽象為一個(gè)構(gòu)件并重新搭建起來，通過調(diào)試運(yùn)行即可開發(fā)出新的軟件，這樣可以在軟件開發(fā)過程中減少大量的重復(fù)性工作，提高軟件生產(chǎn)率，降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。另外，由于軟件構(gòu)件大都經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量認(rèn)證，并在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中得到校驗(yàn)，所以有助于提高軟件質(zhì)量及可靠性。

一、軟件復(fù)用構(gòu)件庫(kù)的建設(shè)過程

研究所建立了以控制軟件為主的集成開發(fā)平臺(tái)，提供軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)、設(shè)計(jì)模塊和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等構(gòu)件支持（嵌入式環(huán)境和非嵌入式環(huán)境），并與編譯連接、下載調(diào)試以及軟件測(cè)試等環(huán)境有機(jī)集成，從軟件復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、軟件復(fù)用產(chǎn)品體系建設(shè)和軟件研制支撐平臺(tái)建設(shè)3個(gè)方面穩(wěn)步開展工作，進(jìn)而提升了軟件研制的專業(yè)化水平和研制能力。

1．軟件復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

軟件復(fù)用構(gòu)件庫(kù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括復(fù)用產(chǎn)品開發(fā)、應(yīng)用和管理三大類標(biāo)準(zhǔn)。其中，復(fù)用產(chǎn)品開發(fā)類標(biāo)準(zhǔn)包括異步非總線型串行通信軟件設(shè)計(jì)規(guī)范（Q/Dc 296-2007）、發(fā)射車控制系統(tǒng)軟件可靠性設(shè)計(jì)指南（Q/Dc 448-2013）、C語(yǔ)言編程規(guī)范等；應(yīng)用類標(biāo)準(zhǔn)包括軟件任務(wù)書編制模板、軟件需求規(guī)格說明編制模板、軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)說明模板、軟件更改影響域分析報(bào)告模版等；管理類標(biāo)準(zhǔn)包括復(fù)用構(gòu)件庫(kù)使用手冊(cè)、軟件復(fù)用構(gòu)件庫(kù)管理辦法、復(fù)用構(gòu)件庫(kù)知識(shí)管理激勵(lì)辦法、復(fù)用構(gòu)件庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范等。

2．軟件復(fù)用產(chǎn)品體系建設(shè)

復(fù)用構(gòu)件設(shè)計(jì)工作按照專業(yè)劃分為復(fù)用構(gòu)件設(shè)計(jì)、軟件模塊編碼和軟件模塊測(cè)試3個(gè)部分。軟件復(fù)用產(chǎn)品體系建設(shè)主要是針對(duì)軟件復(fù)用構(gòu)件庫(kù)中模塊構(gòu)件和架構(gòu)構(gòu)件的建設(shè)，模塊構(gòu)件源自新軟件研制或從成熟軟件中提取。

在控制軟件通用架構(gòu)的研制過程分層設(shè)計(jì)軟件，主要分為驅(qū)動(dòng)層、協(xié)議層和應(yīng)用層3個(gè)層次。驅(qū)動(dòng)層和協(xié)議層以軟件產(chǎn)品包的形式納入復(fù)用構(gòu)件庫(kù)，并作為復(fù)用構(gòu)件進(jìn)行使用；應(yīng)用層模塊主要分為主功能、流程控制功能、配置查詢功能、故障處理功能、CAN總線通信處理功能、數(shù)據(jù)處理功能、硬件處理功能、網(wǎng)關(guān)處理功能（根據(jù)需要選用）等。

通過軟件復(fù)用產(chǎn)品體系建設(shè)，研究所取得了階段性成果。其中，復(fù)用構(gòu)件庫(kù)C語(yǔ)言形成了設(shè)備驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理、操作系統(tǒng)和控制功能五大類型22個(gè)構(gòu)件，目前已完成了12個(gè)軟件包（主要是驅(qū)動(dòng)與協(xié)議包）和98個(gè)函數(shù)（3371行）。復(fù)用構(gòu)件庫(kù)G語(yǔ)言形成了界面顯示、軟件架構(gòu)、數(shù)據(jù)處理、通信和文件處理五大類型12個(gè)構(gòu)件。

3．軟件研制支撐平臺(tái)建設(shè)

研究所基于優(yōu)化的軟件研制流程建立了軟件研制支撐平臺(tái)（見圖1），建設(shè)了軟件編碼測(cè)試環(huán)境和通用確認(rèn)測(cè)試軟件驗(yàn)證環(huán)境，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)仿真軟件，因而不再需要依賴硬件進(jìn)行軟件確認(rèn)測(cè)試和系統(tǒng)聯(lián)試。現(xiàn)階段，開發(fā)測(cè)試試驗(yàn)室的源程序和可執(zhí)行程序能直接通過試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆囼?yàn)室進(jìn)行確認(rèn)測(cè)試和系統(tǒng)聯(lián)試。

二、實(shí)踐效果

目前，隨著各項(xiàng)工作的并行開展和深入，軟件復(fù)用構(gòu)件庫(kù)已在軟件研制能力的提升上取得了明顯效果，通過復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)和復(fù)用產(chǎn)品體系建設(shè)相結(jié)合的方式提升了軟件研制專業(yè)化水平、研制能力，提高了軟件開發(fā)效率、縮短了研制時(shí)間、保證了軟件質(zhì)量。同時(shí)也使軟件研制模式由“面向代碼從無到有”向“基于復(fù)用模塊”的開發(fā)方式轉(zhuǎn)換，使配置項(xiàng)研制由依靠“單人方式”向依靠“多人組成專業(yè)組”的方式轉(zhuǎn)換。

在某大型軟件A的研制中，驅(qū)動(dòng)層和協(xié)議層完全使用復(fù)用構(gòu)件庫(kù)中軟件包4個(gè)，應(yīng)用層完全使用復(fù)用構(gòu)件庫(kù)中的復(fù)用函數(shù)49個(gè)；主控軟件總代碼共計(jì)37,455行，復(fù)用代碼共計(jì)29,551行，復(fù)用率達(dá)到78.9%。

在某大型軟件B的研制中，在控制流程對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加大了應(yīng)用層的復(fù)用深度，除驅(qū)動(dòng)層和協(xié)議層使用復(fù)用構(gòu)件庫(kù)中的軟件包外，應(yīng)用層軟件大部分繼承某大型軟件A的代碼（復(fù)用代碼共計(jì)8274行），應(yīng)用層總代碼為10,423行，應(yīng)用層復(fù)用率也達(dá)到79.4%。

根據(jù)《復(fù)用構(gòu)件庫(kù)知識(shí)管理激勵(lì)辦法》以及復(fù)用構(gòu)件庫(kù)建設(shè)情況，北京航天發(fā)射技術(shù)研究所對(duì)復(fù)用構(gòu)件的提供者、測(cè)試者和軟件復(fù)用者進(jìn)行了獎(jiǎng)勵(lì)，形成了復(fù)用構(gòu)件提煉、入庫(kù)、使用、完善、激勵(lì)的復(fù)用構(gòu)件建設(shè)閉環(huán)機(jī)制。?

圖1 軟件研制支撐平臺(tái)流程