基于構件的點火控制軟件設計*

楊振，馬鵬飛，趙偉忠

?測試、發射技術?

基于構件的點火控制軟件設計*

楊振，馬鵬飛，趙偉忠

（上海機電工程研究所，上海 201109）

針對飛行器點火控制軟件不宜購買商用構件且需要個性化定制的需求，對飛行器點火控制原理進行了研究，并對多種飛行器的點火控制流程進行了抽象，設計了一種基于參數和動作的點火控制軟件構件。該構件通過各個子構件之間的配合，利用對點火流程抽象得到的裝訂參數，可以適應多種不同飛行器的點火控制需求，實現點火控制軟件的核心功能。將該構件應用于點火控制軟件應用簇的研制，可以降低軟件開發成本，有效地提升點火控制軟件產品的質量。

點火控制；軟件復用；構件；結構；參數；抽象

0　引言

為了提高開發效率，軟件復用越來越受到軟件企業的重視。軟件復用是指在不同的軟件開發過程中重復使用相同或相近軟件元素的過程，軟件元素包括程序代碼、測試用例、設計文檔、設計過程、需求分析文檔甚至領域知識［1］。與軟件復用技術密切相關的概念是構件。構件是指語義完整、語法正確和有可重用價值的單位軟件，是軟件復用過程中可以明確辨識的系統；結構上，它是語義描述、通訊接口和實現代碼的復合體［2］。通過購買商用構件并遵循其開發標準來進行應用開發，是提高應用軟件開發效率的常見選擇。當前，主流的商用構件標準規范包括OMG（object management group）的CORBA、Sun公司的J2EE和Microsoft的DNA等［3］。

除購買商用構件外，軟件企業也會自行開發構件。在開發若干相關的應用軟件時，會首先界定這一組“應用簇”的共同特性，并以此建立模型，按照復用的要求將模型分解成恰當規模和結構的構件，對這些構件進行設計、實現、編寫文檔、打包，形成可復用構件，并用于支持該應用簇的各個應用軟件的開發工作［4］。飛行器發射時的點火控制軟件一般需要按照點火場景進行定制化開發，由于限價設計以及技術保密性等原因，購買商用構件往往也難于實施。本文以飛行器點火控制軟件為背景，對多種飛行器點火場景的需求進行了研究和抽象，設計了一套可復用構件，可以通過配置參數以及子構件之間的配合，實現多樣化的飛行器點火控制功能，并廣泛應用于點火控制軟件應用簇的開發之中，提高了點火控制軟件的研制效率和產品質量。

1　點火控制原理簡介

目前點火控制系統一般采用二級分布式計算機控制方式，如圖1所示。管理組合（上級計算機）一般采用高性能的計算機，負責整個系統的協調、管理、分配等功能；控制組合（下級計算機）一般采用DSP，負責具體點火控制操作［5］。管理組合和控制組合進行點對點的應答式通訊。點火控制軟件運行在控制組合中，接收管理組合的控制指令，通過IO端口輸出的電平驅動執行組合上的繼電器動作，將電源接通到火工品電路上，從而實現被控目標的加電、點火，并采集點火執行結果的返回信號。本文設計的可復用構件主要應用于點火控制軟件的開發當中。

圖1 　點火控制系統組成

為了快速定位故障，控制組合需要檢測點火步驟的2種信號：已執行信號和返回好信號。已執行信號取自繼電器的后端，當繼電器正常吸合，電源接入到被控目標時，已執行信號正常；返回好信號取自火工品電路的后端，如果火工品成功點燃，返回好信號正常。管理組合根據控制組合回告的點火結果，決定發出下一個控制指令或者進入故障處理流程。不同的飛行器，其點火流程相差很大，因此各項目的點火控制軟件一般都需要個性化定制。

2　構件參數設計

2.1　建立構件模型

控制組合核心功能是在管理組合的控制下，通過驅動執行組合來完成點火流程。點火流程是由若干步驟依次執行完成的，而每一個步驟都可以抽象為以下的固定時序控制：①控制組合接收到管理組合發送的控制命令；②控制組合輸出IO控制信號給執行組合；③執行組合上的繼電器吸合，實施點火實際動作；④控制組合檢測已執行結果和返回好結果，并回告管理組合；⑤控制組合判斷執行結果，等待下一控制命令或者進入故障處理。可見，點火流程的時序動作是固定的，但是時序動作中的每個步驟會因為系統的不同而有細節上的差別。比如，不同系統選用的繼電器類型不一致，對于已執行結果檢測的時間會有不同。如果能夠用一組參數來描述時序動作的每一個步驟的執行細節，當控制組合接收到某一控制命令時，首先檢索到執行該步驟的參數，然后再根據這些參數去執行點火動作，即采用“參數（可變）+動作（不變）”的構件結構，就可以適應不同系統的點火需求［6］。

2.2　描述單步動作的參數

單步動作是點火流程中的基本動作，至少應該包含控制一個IO端口輸出有效電平，以驅動繼電器吸合；檢測一個已執行IO端口和一個返回好IO端口，以確認本步動作的執行結果。通過各系統點火需求的分析，對于一個單步動作，各配置2組輸出端口、已執行檢測端口、返回好檢測端口。輸出端口除了明確端口號外，還需要設置時間屬性——維持一段固定的時間、持續輸出、或是在檢測到返回好信號后將輸出切掉。已執行和返回好檢測端口除了明確端口號外，還需要明確開始檢測的時間和檢測截止的時間，這是由繼電器的吸合時間以及火工品電路的反應時間決定的。對于返回好信號的檢測，有的系統并不是以“規定時間內檢測到返回好信號有效”為依據，而可能有更為復雜的判據。例如，某系統中就是以“該點火動作的返回好信號在規定時間內持續有效”為判據。因此，對于返回好信號的判別可以分為一般判定和特殊判定，如果為特殊判定還需要指明特殊判定的類型。已執行和返回好信號出現異常時，并不是都要判定為故障。例如，點火步驟“打開保險開關”，由于此時流程已經不可逆轉，即使沒有成功也要繼續執行點火流程。所以，需要對單步動作已執行和返回好信號異常是否判定為故障進行設置。

點火操作對于安全性的要求很高，因此單步動作執行前必須進行合法性判斷。一般情況下，流程都是順序進行的，如果前一步驟沒有完成，不能夠執行下一步驟；另一方面，點火流程由于受到系統反應時間的限制，有時會要求某一步驟執行完之后，一定時間之內必須要開始執行下一步驟。為了實現安全性判據，需要對單步動作設置前序動作和后序動作。前序動作未完成，收到新的控制命令即判斷為命令非法；本步執行完畢后，在給定的時間內沒有接到后序動作的控制命令，即判斷為命令超時。以上2種情況都視為故障，應上報管理組合、終止點火流程并進行安全處理。

點火控制軟件還需要具有點火時序結果采集功能。時序結果是某一單步動作相對于點火起始時間的相對時間，點火起始時間即為某一特定單步動作的開始時間。因此，需要對單步動作是否為點火起始點進行設置。單步動作參數的結構如表1所示。

表1 　單步動作參數

2.3　描述連續動作的參數

連續動作可以看作是幾個單步動作的組合。對于連續動作里面的單步動作，需要按照參數的設置自行執行。因此，對于一個連續動作，需要明確的信息主要有：每一個單步動作的標識和每個單步動作之間的間隔時間?？紤]到現有點火流程的復雜度，每個連續動作最多包含4個單步動作，且僅需實現“單步動作2，3，4與單步動作1同時執行”，以及“在單步動作1執行后，單步動作2，3，4各自延遲不同的時間執行”這2種情況。連續動作參數結構如表2所示。

表2 　連續動作參數

3　構件結構設計

3.1　單步動作構件

單步動作構件結構如圖2所示。該構件的內部有以下7個子構件：獲取單步動作參數、端口輸出、已執行結果檢測、返回好結果檢測、時序獲取、單步動作收尾、命令合法性判別。每個子構件都與該單步動作的參數直接相關。

3.2　連續動作構件

連續動作構件結構如圖3所示。該構件是通過調用單步動作構件實現的，調用的方式與該連續動作的參數直接相關。

3.3　動作構件

動作構件結構如圖4所示。動作構件是通過調用單步動作構件和連續動作構件實現的。有的點火系統對于一些特定動作只要求輸出，不關心其執行結果，將這種動作識別為單步動作將造成資源的浪費。因此，在動作構件中增加“附加IO端口操作”子構件，對于不需要檢測執行結果的動作，按照從控制命令中解析出的附加IO端口號以及輸出需要維持的時間，直接完成輸出動作［7］。

本套點火控制構件的運行主要是通過對參數的檢索以及識別實現的。單步動作構件、連續動作構件首先都需要基于當前控制命令檢索到其對應的參數，將其載入到構件之中，并最終確定構件的行為。正是基于對點火過程的抽象，將業務流程轉化為參數數據，使這套構件具備了可復用的特性［8-9］。

3.4　點火控制構件的應用

首先通過分析被控目標的點火過程來確定單步動作參數、連續動作參數，并由管理組合將參數通過通訊報文的形式裝訂給控制組合，通訊方式根據不同的系統有所不同。以控制器局域網（controller area network，CAN）總線為例，管理組合與多個控制組合掛接在同一條CAN總線上，依次為每個控制組合裝訂參數：首先通過握手令通知某一控制組合開始裝訂，并以不同的幀頭區分單步動作參數和連續動作參數，控制組合接收完畢后進行校驗，若校驗通過，則回告裝訂成功，并將接收到的報文進行解析，填充至參數數據結構中，管理組合轉而為下一個控制組合裝訂參數［10］。裝訂完參數的控制組合即處于命令等待狀態。當收到管理組合的控制命令時，控制組合由命令等待狀態跳轉至命令執行狀態，并調用動作構件執行控制命令?？刂泼顖绦型戤?，如果結果正常，則跳轉至命令等待狀態，如果結果異常，則跳轉至安全處理狀態，如圖5所示。

圖2 　單步動作構件的內部構造

圖3 　連續動作構件的內部構造

圖4 　動作構件的內部構造

圖5 　點火控制軟件的狀態圖

4　結束語

隨著飛行器領域的不斷發展，飛行器點火控制系統的需求日新月異，對此類軟件研制能力的要求也越來越高。軟件復用作為提升軟件開發效率和產品質量的有效手段，正在業界中發揮著日益重要的作用［11］。本文設計的點火控制軟件構件，當點火流程變化或者需要適應其他系統的點火需求時，通過更新管理組合裝訂給控制組合的參數即可實現不同被控目標的點火控制功能。本構件的開發文檔、代碼齊套，已經應用到具體的項目中并已經通過了各種測試和系統聯試的驗證，后續有望在飛行器點火控制軟件應用簇的開發中，發揮重要的作用。

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Design of Ignition Control Software Based on Component

YANGZhen，MAPengfei，ZHAOWeizhong

（Shanghai Electro-Mechanical Engineering Institute， Shanghai 201109， China）

In view of the requirements that flight vehicle ignition control software is not suitable for purchasing commercial components and needs customized development， the ignition control principles of flight vehicles are studied. The ignition control processes of various flight vehicles are abstracted， and an ignition control software component based on parameters and actions is designed. These subcomponents can cooperate with each other， and the component needs parameters which reflect the characteristics of control process. This component can adapt to the ignition requirements of different systems and realizes the core function of ignition control software， which can reduce the software development cost and improve software quality efficiently in the meantime.

ignition control；software reuse；component；structre；parameter；abstract

10.3969/j.issn.1009-086x.2023.04.012

TJ765

A

1009-086X（2023）-04-0097-07

楊振, 馬鵬飛, 趙偉忠.基于構件的點火控制軟件設計[J].現代防御技術,2023,51(4):97-103.

YANG Zhen,MA Pengfei,ZHAO Weizhong.Design of Ignition Control Software Based on Component[J].Modern Defence Technology,2023,51(4):97-103.

2022 -05 -30 ;

2023 -03 -15

楊振(1985-)，男，黑龍江哈爾濱人。高工，碩士，研究方向為嵌入式系統軟件架構設計。

201109 上海市閔行區元江路3888號 E-mail：535069913@qq.com