一種基于重用和快速開發(fā)的系統(tǒng)控制軟件架構(gòu)設(shè)計

李俊 孫潔晶

摘要：隨著裝備的發(fā)展，系統(tǒng)控制軟件規(guī)模越來越大，研制周期變短，多平臺并存，要求系統(tǒng)控制軟件能充分繼承重用已有項目成果，快速完成軟件研制。

關(guān)鍵詞：軟件架構(gòu)；集成框架；組件；插件

1原有系統(tǒng)控制架構(gòu)

原有系統(tǒng)控制架構(gòu)通過集成模塊完成其它應(yīng)用模塊的加載/卸載和集成，模塊間通過WINDOWS消息、回調(diào)、函數(shù)調(diào)用和共享內(nèi)存交換等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

原系統(tǒng)控制架構(gòu)在軟件重用、研制效率以及平臺適應(yīng)方面存在以下不足：

（1）信息交互方式不統(tǒng)一。通過WINDOWS消息、回調(diào)、函數(shù)調(diào)用和共享內(nèi)存交換等多種方式進(jìn)行模塊間的信息交互，無統(tǒng)一的信息交互方式。降低了軟件模塊的重用效率。

（2）模塊化程度不夠。單個軟件模塊雖可以分解成更多子模塊，但子模塊的集成完全依賴代碼實現(xiàn)，集成效率低。為提高集成效率，原系統(tǒng)控制架構(gòu)的軟件模塊劃分粒度較大。這種大粒度的模塊難以在后續(xù)項目中復(fù)用。

（3）平臺適應(yīng)性單一。只支持X86和WINDOWS操作系統(tǒng)，不支持國產(chǎn)化硬件平臺和操作系統(tǒng)，不具備跨平臺運行能力。在這種架構(gòu)下，原有軟件模塊只能應(yīng)用于WINDOWS操作系統(tǒng)，而后續(xù)很多裝備都要求采用國產(chǎn)化操作系統(tǒng)，原有軟件模塊的復(fù)用度越來越低。

2 系統(tǒng)控制軟件架構(gòu)設(shè)計

2.1 架構(gòu)需求

為實現(xiàn)系統(tǒng)控制軟件模塊高效重用和快速開發(fā)，系統(tǒng)控制軟件架構(gòu)需具備以下特征：

（1）信息交互方式統(tǒng)一。信息交互方式主要指軟件模塊信息輸入輸出的方式，統(tǒng)一的信息交互方式可以將軟件模塊外部接口方式標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化接口便于軟件模塊直接復(fù)用集成。

（2）模塊層次化。系統(tǒng)控制軟件需實現(xiàn)軟件模塊不同粒度的復(fù)用，需構(gòu)建多層次、不同粒度的軟件模塊/子模塊。同時，這種模塊構(gòu)建方式便于將一個軟件模塊分解為多個子模塊，由多人并行開發(fā)并直接集成，支持快速開發(fā)。

（3）跨平臺適應(yīng)能力。同時適應(yīng)X86和國產(chǎn)化硬件平臺，以及WINDOWS和國產(chǎn)化操作系統(tǒng)，即軟件架構(gòu)能同時運行在兩種硬件平臺和操作系統(tǒng)中。跨平臺適應(yīng)能力將大幅提高軟件的重用率。

2.2軟件架構(gòu)設(shè)計

基于系統(tǒng)控制架構(gòu)需求，采用“集成框架&組件/插件”體制，設(shè)計了一種基于重用和快速開發(fā)的系統(tǒng)控制軟件架構(gòu)，如圖1所示

整個系統(tǒng)控制軟件架構(gòu)由跨平臺軟件集成框架、基礎(chǔ)層、核心層和應(yīng)用層組成。

跨平臺軟件集成框架：提供一組框架目錄、執(zhí)行程序、動態(tài)庫、配置文件和接口文件，能夠?qū)⒒诖丝蚣荛_發(fā)的“軟件模塊”通過配置文件快速集成為可執(zhí)行程序，并能夠通過配置文件靈活配置界面布局。

基礎(chǔ)層：由界面配置文件、組件/插件配置文件和日志文件等組成。

a）界面配置文件：用于設(shè)置組件/插件窗口標(biāo)題、啟動界面名稱等顯示屬性，以及單實例控制和顯示方式等。

b）組件/插件配置文件：組件加載配置文件，包含了框架需要加載的各個組件的動態(tài)庫名稱、簡要信息、加載順序、目錄名稱和組件UI配置文件名稱；組件UI配置文件，用于配置菜單、工具欄、視圖等；插件配置文件，用于配置窗口主界面的布局組成，可分為主視圖、標(biāo)簽視圖、切分視圖等組成，布局為任意界面。

c）日志文件：包括調(diào)試日志信息和軟件運行日志信息等。

核心層：包括界面管理器和消息中心，界面管理器負(fù)責(zé)布局管理和事件響應(yīng)；布局管理負(fù)責(zé)菜單欄、狀態(tài)欄和主界面的初始化，主界面可由組件和插件布局完成；事件響應(yīng)用于處理菜單欄中各菜單項的響應(yīng)事件，負(fù)責(zé)分發(fā)到相應(yīng)的組件或插件中進(jìn)行處理。消息中心：包括注冊管理和消息分發(fā)兩部分，注冊管理記錄了被加載的各個軟件模塊，即插件和組件對應(yīng)ID到模塊指針的映射，便于根據(jù)ID索引；消息分發(fā)用于軟件模塊間的內(nèi)部通信，負(fù)責(zé)分發(fā)消息到指定模塊，完成信息交互功能。

應(yīng)用層：由組件和插件構(gòu)成，組件和插件的開發(fā)必須基于框架提供的接口類實現(xiàn)，才能夠被框架調(diào)用和集成，從而實現(xiàn)模塊間的信息傳遞，響應(yīng)菜單事件等。一個組件可以包括多個插件。

2.2.1 工作流程

系統(tǒng)控制軟件架構(gòu)工作流程如圖2所示。

a）配置文件讀取：軟件框架讀取基礎(chǔ)層的界面配置文件、組件/插件配置文件，獲取組件/插件標(biāo)題、名稱、加載順序和界面布局配置等信息。b）組件/插件加載：軟件框架按照配置文件的順序加載完成組件/插件。c）組件/插件初始化：組件/插件完成業(yè)務(wù)功能初始化。d）消息訂閱：組件/插件通過消息中心的注冊管理，完成消息訂閱。e）界面布局：軟件框架通過界面管理器的布局管理，完成組件/插件界面布局。f）數(shù)據(jù)交互：組件/插件間通過消息訂閱發(fā)布機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。g）事件響應(yīng)：組件/插件接收事件通知，響應(yīng)各種操作事件，觸發(fā)相應(yīng)處理。h）軟件退出：軟件框架反序卸載加載組件/插件。

2.2.2組件/插件實現(xiàn)機(jī)制

組件是一種“軟件模塊”的存在形式，以動態(tài)庫部署，可具有UI界面，也可只是后臺運行的動態(tài)庫。插件是一種“軟件模塊”的存在形式，以動態(tài)庫部署，是程序UI界面的劃分單元，可以僅僅是一個窗口，也可以是若干窗口的集合。組件和插件并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，都是被軟件框架調(diào)用集成的軟件模塊。唯一的區(qū)別可以描述為：組件比插件的功能模塊大一些，組件可以為純后臺運行動態(tài)庫，也可以是具有UI界面的動態(tài)庫，捕件只能是UI單元的動態(tài)庫，可以劃分成很小的粒度，當(dāng)然“組件”和“插件”粒度的劃分沒有絕對統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，基于的原則是軟件可復(fù)用度的考慮。

2.2.3跨平臺適應(yīng)機(jī)制

軟件框架和組件/插件采用QT開發(fā)庫進(jìn)行開發(fā)，QT開發(fā)庫對不同操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序接口進(jìn)行了封裝，具有跨平臺特性，同時支持WINDOWS和國產(chǎn)操作系統(tǒng)。

同時，由于國產(chǎn)化硬件平臺采用非X86指令集，為同時適應(yīng)X86和國產(chǎn)化硬件平臺，源代碼需在不同目標(biāo)機(jī)上重新編譯。

3 結(jié)束語

目前，系統(tǒng)控制軟件架構(gòu)具備統(tǒng)一的信息交互方式、多層次模塊構(gòu)建能力、跨平臺適應(yīng)能力、良好的外部框架適配能力、高效的模塊集成能力。已經(jīng)在多個課題中進(jìn)行了充分驗證，能夠?qū)崿F(xiàn)軟件級、組件級、插件級的多層次高效重用和快速開發(fā)，將在后續(xù)系統(tǒng)控制軟件中推廣使用。

（作者單位：南京擎天科技有限公司）