多視窗多任務(wù)遙測系統(tǒng)實時監(jiān)控軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

黃瑞雪

（貴州航天林泉電機有限公司，貴州 貴陽 550081）

1 任務(wù)需求

軟件系統(tǒng)主要需求如下：

（1）試驗信息入庫管理，主要包括PCM 幀格式定義、異步嵌入數(shù)據(jù)流定義、參數(shù)格柵定義、參數(shù)校準信息定義、用戶算法定義、二次推導(dǎo)參數(shù)定義、監(jiān)控畫面定義等；

（2）遙測信號接收狀態(tài)的實時監(jiān)控，包括信號強度、中頻頻譜、同步狀態(tài)等；

（3）實時接收遙測數(shù)據(jù)并完成原始數(shù)據(jù)存盤；

（4）實時原始遙測數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)；

（5）實時數(shù)據(jù)接收丟幀統(tǒng)計；

（6）實時參數(shù)挑路及工程量轉(zhuǎn)換處理；

（7）實時挑路后參數(shù)工程量數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)組播轉(zhuǎn)發(fā)功能；

（8）原始存盤數(shù)據(jù)的回放，實現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)；

（9）遙測任務(wù)統(tǒng)一集中管理。

2 軟件開發(fā)環(huán)境

2.1 操作系統(tǒng)

Windows XP 及以上版本操作系統(tǒng)。

2.2 軟件開發(fā)工具

VC++6.0 及以上版本。

2.3 計算機配置

總線為CPCI；CPU 為雙核、主頻2.0 GHz 及以上；內(nèi)存為DDR2、不小于2 GB；硬盤為不小于320 GB；網(wǎng)絡(luò)接口為1 000 M。

3 軟件設(shè)計

3.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計思路

遙測實時監(jiān)控軟件系統(tǒng)采用模塊化軟件設(shè)計的總體設(shè)計思路，將該軟件系統(tǒng)劃分為如下軟件子系統(tǒng)：試驗參數(shù)管理子系統(tǒng)、接收機遠程監(jiān)控子系統(tǒng)、前端綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、終端顯示控制子系統(tǒng)。

這些軟件子系統(tǒng)，均為最頂層的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)編寫成一個獨立的軟件，各個子系統(tǒng)下按功能再劃分為多個不同的功能模塊，各功能模塊間以可靠、高效的原則協(xié)同工作，以實現(xiàn)各子系統(tǒng)的功能。

在設(shè)計原則上，各子系統(tǒng)間除必需的監(jiān)控和數(shù)據(jù)接口外，應(yīng)互相獨立、透明的工作。在子系統(tǒng)內(nèi)部的各功能模塊之間，盡量以動態(tài)鏈接庫或接口的形式進行調(diào)用，在確保子系統(tǒng)工作可靠和效率的同時，盡可能地做到模塊間設(shè)計高內(nèi)聚低耦合。

3.2 軟件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

遙測實時監(jiān)控軟件系統(tǒng)由試驗參數(shù)管理軟件、接收機遠程監(jiān)控軟件、前端綜合數(shù)據(jù)處理軟件、終端顯示控制軟件組成，其軟件組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)通信擴展至多個監(jiān)控中心使用。

3.3 軟件體系結(jié)構(gòu)

遙測實時監(jiān)控軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)按層次劃分，可分為平臺管理層（硬件接口層）、數(shù)據(jù)處理層（業(yè)務(wù)層）、參數(shù)管理層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層四個層次。

圖1 軟件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

平臺管理層，又可叫硬件接口層，主要負責與底層硬件進行交互，以達到讀取和寫入硬件配置信息，控制硬件正常運行的目的。其中包括配置讀取、配置寫入、中斷事件讀取、數(shù)據(jù)塊提取、硬件狀態(tài)信息讀取等。出于對用戶底層硬件模塊的兼容性，平臺管理層的硬件接口驅(qū)動部分采用動態(tài)鏈接庫來進行硬件監(jiān)控接口的適配，這些接口適配器對上層用戶應(yīng)用是透明的，如此一來，用戶在今后的硬件選型的過程中只需考慮重新編寫一個硬件驅(qū)動接口適配的動態(tài)鏈接庫即可。

數(shù)據(jù)處理層，主要負責數(shù)據(jù)的實時處理，以達到根據(jù)用戶的參數(shù)定義將原始數(shù)據(jù)還原成用戶的真實工程量數(shù)據(jù)，其中包括實時數(shù)據(jù)挑路處理、異步串行流中參數(shù)提取處理、參數(shù)結(jié)位處理、參數(shù)工程量轉(zhuǎn)換處理、根據(jù)自定義算法進行的推導(dǎo)參數(shù)處理、仿真數(shù)據(jù)的處理以及工程量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理等。

參數(shù)管理層，主要負責用戶參數(shù)信息和參數(shù)校準算法的管理，該部分軟件提供接口供用戶對參數(shù)信息進行編輯、修改、刪除和導(dǎo)入，并允許用戶自定義算法并將算法應(yīng)用到推導(dǎo)參數(shù)的計算中。該數(shù)據(jù)層提供給用戶的接口會對用戶輸入的所有信息和算法進行合法性校驗，以防止用戶的錯誤操作，確保數(shù)據(jù)層中數(shù)據(jù)的完整性和合法性。

數(shù)據(jù)應(yīng)用層，主要負責將經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后的數(shù)據(jù)根據(jù)用戶的選擇，實時顯示參數(shù)工程量數(shù)據(jù)。

3.4 軟件工作流程

遙測實時監(jiān)控軟件系統(tǒng)工作流程按時間前后順序可以分為試驗前的參數(shù)信息管理，試驗過程中的實時遙測接收、實時處理和實時顯示，以及試驗后的事后數(shù)據(jù)處理及回放三大部分。軟件采用多任務(wù)工作模式，可以在運行中同時采集并處理、顯示數(shù)據(jù)，系統(tǒng)工作流程如圖2 所示。

3.5 軟件各子系統(tǒng)設(shè)計情況

3.5.1 試驗參數(shù)管理子系統(tǒng)

試驗參數(shù)管理子系統(tǒng)共分為10 部分：任務(wù)管理，異步串行流管理，幀格式管理，參數(shù)挑路、結(jié)位及校準信息管理，自定義算法管理，監(jiān)控畫面管理，采集器格柵自動導(dǎo)入，用戶權(quán)限管理，參數(shù)合法性檢查，綜合數(shù)據(jù)處理配置文件導(dǎo)出。每部分又由若干功能實現(xiàn)模塊和子模塊組成。

試驗參數(shù)管理子系統(tǒng)是一個類似樹形的組織結(jié)構(gòu)。其中，任務(wù)管理是試驗參數(shù)管理子系統(tǒng)的最上層，通過它來管理試驗中的每一個任務(wù)；幀格式管理用于管理遙測接收的幀格式信息，確保接收機工作正常，并能夠正確的接收數(shù)據(jù)；異步串行流管理是用于管理遙測數(shù)據(jù)流中異步嵌入的總線數(shù)據(jù)，如RS232 總線的GPS 異步數(shù)據(jù)流；參數(shù)挑路、結(jié)位及校準信息管理，自定義算法管理從原始數(shù)據(jù)流中得到各個參數(shù)的最終工程量的所有信息；用戶權(quán)限管理是為了保證該試驗參數(shù)管理子系統(tǒng)不被任意修改，只有特定有權(quán)限的人員才可以修改；參數(shù)合法性檢查和綜合數(shù)據(jù)處理配置文件導(dǎo)出是為了給終端綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)提供可靠、正確、詳細的參數(shù)信息，以進行數(shù)據(jù)的實時處理[1]。

3.5.2 接收機遠程監(jiān)控子系統(tǒng)

接收機遠程監(jiān)控子系統(tǒng)主要用于對接收機進行遠程監(jiān)控。該遠程監(jiān)控子系統(tǒng)需要在進行遠程控制時申請獲取遠程控制權(quán)，并需要在控制結(jié)束后釋放遠程控制權(quán)，以保證同一時刻只能有一個遠程控制端具有控制權(quán)，其他遠程客戶端只具有監(jiān)視權(quán)。

接收遠程監(jiān)控子系統(tǒng)是系統(tǒng)的平臺管理層和數(shù)據(jù)層，主要負責接收機設(shè)備的硬件管理及配置、接收機設(shè)備的工作狀態(tài)監(jiān)視以及從接收機設(shè)備的數(shù)據(jù)接口中收取原始數(shù)據(jù)，并實時以UDP 組播的方式或內(nèi)存映射共享的方式為前端綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和其他應(yīng)用提供PCM 原碼數(shù)據(jù)。

3.5.3 前端綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)

前端綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)是該遙測軟件系統(tǒng)中的核心部分。該子系統(tǒng)采用分布式綜合數(shù)據(jù)處理架構(gòu)，主要工作在軟件體系結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)處理層。該子系統(tǒng)從接收機子系統(tǒng)接收原始的測控數(shù)據(jù)，并根據(jù)試驗參數(shù)管理子系統(tǒng)導(dǎo)出的參數(shù)配置文件，對原始數(shù)據(jù)進行實時的參數(shù)挑路、結(jié)位、工程量轉(zhuǎn)換處理，并實時以UDP 組播網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的方式為終端顯示控制子系統(tǒng)和其他應(yīng)用提供工程量數(shù)據(jù)。該子系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)初始化程序和各種程序算法組成，其中包括“參數(shù)挑路算法”“參數(shù)結(jié)位算法”“參數(shù)校準算法”“用戶自定義算法”以及“工程量網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)模塊”等。

前端綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)按照功能模塊劃分，可分為如下功能模塊：數(shù)據(jù)處理初始化模塊、數(shù)據(jù)處理算法模塊、狀態(tài)信息監(jiān)視模塊、關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)視模塊、數(shù)據(jù)存盤歸檔模塊、工程量數(shù)據(jù)UDP 組播發(fā)送模塊及日志記錄模塊[2]。

3.5.4 終端顯示控制子系統(tǒng)

終端顯示控制子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)接口接收遙測前端實時處理軟件廣播傳輸來的全部遙測解調(diào)數(shù)據(jù)，根據(jù)任務(wù)規(guī)劃的遙測幀結(jié)構(gòu)和遙測參數(shù)數(shù)據(jù)庫配置的參數(shù)信息，一一解析遙測參數(shù)，解算出工程物理量并按用戶指定選擇一種或多種監(jiān)視模式。由此可見，遙測實時數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件是獨立于遙測接收解調(diào)硬件而存在的，故可以有多個安裝和應(yīng)用。

4 軟件主要模塊實現(xiàn)情況

軟件中接收機遠程監(jiān)控子系統(tǒng)主要負責對接收機的硬件平臺進行管理，這是整個軟件的核心部分，界面如圖3 所示，采用多視窗模式，在一個界面上可以同時顯示硬件參數(shù)設(shè)置情況、硬件工作運行情況以及數(shù)據(jù)記錄情況。界面上主要包括4 個部分：（1）平臺的硬件信息，主要包括板卡型號、通道數(shù)、板卡加載是否正常等；（2）平臺的工作模式，主要包括遙測解調(diào)體制及分集合成工作模式；（3）硬件參數(shù)設(shè)置，主要包括接收機的點頻、中頻帶寬、碼速率、位同步環(huán)路帶寬以及幀同步的幀格式設(shè)置等；（4）平臺狀態(tài)監(jiān)控，主要包括當前的射頻信號強度、中頻信號強度、信號Eb/N0、位同步狀態(tài)、幀同步狀態(tài)以及中頻頻譜顯示。

圖3 接收機遠程監(jiān)控子系統(tǒng)主界面

5 結(jié) 論

遙測實時監(jiān)控軟件系統(tǒng)最終產(chǎn)品包括：設(shè)備驅(qū)動程序、試驗參數(shù)管理軟件、接收機遠程監(jiān)控軟件、前端綜合數(shù)據(jù)處理軟件、終端顯示控制軟件以及軟件使用說明書。所有軟件的安裝不設(shè)密匙和安裝時間、次數(shù)限制，只要計算機硬件配置符合系統(tǒng)要求，即可隨意安裝使用。軟件系統(tǒng)經(jīng)過多次聯(lián)調(diào)、對接試驗，性能達到預(yù)期效果，滿足試驗使用要求。