一种基于模式的集中控制软件架构的设计

能也是不相同的; ( 2)数据处理层: 该层所完成 的功能主要取决
于物理层的实现。不同的通信机制在物理层中完成 的功能是不相同的。例如 RS232, 在数据处理层中 需要完成对这些数据的成帧、拆帧以及数据的校验 等功能。而以太网, 可以提供给用户已经组成帧的 数据, 并且完成了数据的校验, 这时就不再需要这一 层了;
根据整个系统的数据流程, 按照自底向上的顺 序逐层进行软件架构的设计。
2. 1 物理层的设计
集中控制系统中主控端与各个被控制的子系统 或者被控的子系统内部通常有可能以不同的协议方 式进行通信, 如以太网、串口、1553B等。
当物理层收到数据后如何及时通知设备处理层 及应用层, 即当下层对象的状态发生改变时, 所有依 赖于它的上层对象应该如何得到通 知并被自动更 新。为解决此问题, 采用了 Observer模式。Observer 模式的意图就是定义对象间的一种一对多的依赖关 系, 当一个对象的状态发生改变时, 所有依赖于它的 对象都得到通知并被自动更新。
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图 8 中介者模式的交互图
2. 4 可适应变化的设计 随着集中控制系统的不断发展, 软件的需求也
会发生很多变化。下面分析目前的软件架构将如何 适应系统需求的改变。
( 1) 恢复系统在某个时候的状态 在对系统进行正常的设置和控制时, 由于操作 人员的失误, 或者操作人员想撤销上一步的操作, 使 系统回到这次操作之前的状态进行工作。这种需求 是非常有必要的, 相信之后的架构一定会考虑增加 这个需求。 对于目前的软件架构来说, 增加这个需求, 并不 需要做很多的改变。因为在软件架构中所使用的备
我们设计一个中介者来完成流程的管理, 各个 设备组合只需要将命令发送给中介者, 而由中介者 来负责和组织与各个设备之间的交互。这样做便可 实现自动化流程的管理。图 7是该模式的具体结构 图, 图 8是该模式的交互图。
图 5 Bu ilder模式的结构图
图 6说明了 BuilderUn ionDev ice和 U serIn terface 是如何与一个客户协作的。
图 2 Obse rver模式的结构类图
2. 2 设备处理层的设计 设备处理层主要包括接口控制数据类和设备控
图 4 S ing leton模式的结构图
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图 7 中介者模式的结构图
图 6 Bu ilder模式的协作图
2. 3. 2 自动化流程的设计 在对系统中各个设备组合的控制中, 应该能够
实现各个设备组合的自动化控制。每一个设备组合 都是由多种设备组成的, 因此设备组合的工作流程 也是很复杂的。当需 要设备组合完 成某一个功能 时, 都会对组成它的每一个设备进行设置, 并且这些 设置都有严格的工作时序, 如果每一次对设备组合 工作状态的调整都必须对它的每一个设备进行工作 状态的调整, 那将是非常复杂和容易出现错误的过 程。因此应该把对设备组合的控制实现为自动化的
[ 3] 设计模式解析 [M ]. 徐言声, 等, 译. 北京: 人 民邮电出 版社, 2006.
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忘录模式可以很好地解决这个问题。使用备忘录模 式主要目的就是可以记录系统在某 一个时刻的情 况。所以不需要改变整个架构, 只是在使用该模式 的时候增加对系统需要记录的类就可以了。其结构 如图 9所示。
( 3)设备处理层: 主要功能是 针对不同类型的 设备, 将接收到的数据帧转换成系统所需要使用的 相应参数, 同时也可以把参数转换成数据帧;
( 4)链路协议处理层: 主要完 成由各种设备所 组成的各通信链路的各种功能, 它包含了这个系统 的各种逻辑和策略;
( 5)应用层: 主要是完成各种界面, 以实现对系 统的各种操作功能。
Abstract: T o keep up w ith the deve lopm ent of contrl and m agage system, the paper researchs and designs softw are architecture of the integrated control system based on patterns. In pract ice, the design perform s w e ll on ab ility of reuse and ex tendib ility. Key w ord s: av ionics; integrated contro l system; softw are arch itecture; design pattern
其架构如图 1所示。
* 收稿日期: 2008- 04- 02; 修回日期: 2008- 04- 29 # 108#
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制类。下面分别描述接口控制数据类和设备控制类 的具体设计。 2. 2. 1 接口控制数据类的设计
图 9 新需求的 M em ento模 式结构图
( 2) 增加两个系统和设备之间的通信功能 在目前的整个软件架构中, 所有的被控设备和 系统之间都不具有相互通信功能。随着系统的复杂 和需求的改进, 应该会要求以后的系统具有这个功 能。按照通常的架构方式, 因为这个功能主要是在 每个需要通信的设备来自百度文库之间增加相应的交互, 因此 增加这个功能无形当中会使整个系统变得复杂, 对 整个系统造成很多的改变, 使得整个架构变得高耦 合, 进一步降低整个系统的可复用性。 对于目前的软件架构来说, 由于在系统架构的 链路协议层中使用了中介者模式, 由中介者模式实 现底层与各个设备的交互, 因此同样可以在不改变 系统架构的基础上实现设备之间的通信, 不会影响 整个系统的可复用性。其结构如 10所示。
(中国西南电子技术研 究所, 成都 610036)
摘 要: 为适应各种控制管理类系统的发展, 传统的软件设计开发方式已不能满足需求。为此, 研究 并设计了一种基于模式的集中控制系统软件架构。实际应用结果表明, 该软件架构具有较强的可复 用性和扩展性。 关键词: 航空电子; 集中控制系统; 软件架构; 软件设计模式 中图分类号: TP 311. 5 文献标识码: A
Design of Integrated Control Software Architecture Based on Patterns
X IAO Ya- bin, CH EN Dan- dan, LUO N ing - juan, WANG B ei, YI Sheng - lan
( Southw est China Inst itute o f E lectron ic T echno logy, Chengdu 610036, Ch ina)
经过多年运行验证, 其基于设计模式的软件架 构设计方法能适应频繁的软件需求变化, 大大提高 了软件的快速应变能力、可复用性和可维护性。
参考文献:
[ 1] 设计 模式 [ M ]. 李 英 军, 等, 译. 北京: 机 械工 业 出版 社, 2000.
[ 2] 刘润东. UM L 对象设计 与编程 [M ]. 北 京: 北 京希望电 子出版社, 2001.
在整个集中控制系统中, 每一种设备都定义有 特定的接口控制文件, 文件中会定义接口数据的取 值范围以及数据的表示方式。根据各个设备的接口 控制文件设计各个设备的 ICD 类, 类中定义接口数 据属性进而对数据进行相 互转换和相互比 较等操 作。具体设计如图 3所示。
图 1 集中控制软件架构图
2 集中控制软件的架构设计
2. 3 链路协议处理层的设计
2. 3. 1 可定制设备的设计 在本系统中, 需要多种设备协作完成某一条通
路的通信, 而我们又要求完成通信的设备组合应该 是可以定制的, 以满足系统变化的需要。
采用 Bu ilder模式能满足上述要求。在创建设 备组合的基类中定义了为创建一个设备组合对象的 各个部件指定抽象接口, 而在它的子类中具体的实 现各个设备组合。这样就可以轻松地创建任何设备 组合, 而不用增加大量的代码。其结构描述如图 5 所示。
集中控制软件主要完成对集中控制系统中各种 设备的控制管理, 以完成各种复杂功能。随着系统 的发展, 集中控制软件 的需求也会随 之发生变化。 传统的软件设计方式通常会因适应变化需要而增加 软件架构的复杂度, 增加各个对象之间的相互耦合, 以至于降低整个架构的可复用性和灵活性, 无法满 足系统将来发展的需要。因此, 本文提出了一种基 于模式的集中控制软件架构。
在这个模式的结构中定义了观察者容器类, 这 个类的主要功能是将所有的观察者放入, 而我们的 目标只知道这个容器的存在, 这样就阻断了目标和 观察者之间的直接联系, 松散了耦合关系。模式的 结构描述如图 2所示。
图 3 设备数据定义图
将设备数据的定义设计为独立的类, 有助于对 这些设备数据定义的可复用性、易修改性, 更重要的 是使得整个系统具有可扩展性。 2. 2. 2 设备控制类的设计
信息集成技术, 满足系统各个平台之间不同信息系 统的交互和监控, 支持系统中各设备以及系统之间 快速、高效的通信及相互配合, 以完成系统更多更复 杂功能。而系统集成平台将为整个系统提供一个统 一的信息集成环境和相应的集成服务。通过集成平 台, 可以使分散的、独立的各个系统通过一个单一的 公共平台, 以可管理、可监控、可重复的过程实现集 成。
设备控制类中定义了设备的属性和操作, 包括 向设备发送参数, 取得当前系统收到的设备上报的 状态等等。
由于很多设备在整个系统中是唯一的, 所以在 软件中也必须保持其设备控制类的唯一性, 即在整 个软件的运行当中只能被创建一个实例。
为了解决这个问题, 我们可以采用强制性的对 象单一机制, 也就是在初始化程序的时候就只创建 一个对象的实例, 然后使用该实例。但是这样做的 代价很大, 应该避免这样的机制。一个更好的办法 是, 让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以 保证没有其它实例可以被创建 (通过截取创建新对 象的请求 ) , 并且它可以提供一个 访问该实例的方 法。这就是 S ingleton 模式。使用该 模式能够 保证 一个类仅有一个实例, 并提供一个访问它的全局访 问点。图 4为 S ingleton模式的物理结构。
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文章编号: 1001- 893X ( 2008) 05- 0108- 04
一种基于模式的集中控制软件架构的设计*
肖雅濒, 陈丹丹, 罗宁娟, 王 蓓, 易胜蓝
控制, 使得系统的控制具有可靠性和安全性。 其次控制端与被控制端, 以及被控制端之间的
通信协议流程是非常复杂的, 每个对象的工作都可 能会彼此依赖于其它对象, 设计时同样要使它们之 间的耦合松散以达到提高系统的可扩展性以及降低 系统的复杂性。
使用 M ed iator 设计 模式 能 解决 上 面的 问 题。 M ediator设计模式是用一个中介对象来封装一系列 的对象交互。中介者使各对象不需要显示的互相引 用, 从而使其耦合松散, 而且可以独立地改变它们之 间的交互。
1 集中控制软件的基本结构
在该系统的控制软件设计中, 引入了基于模式 的软件架构设计思路, 根据集中控制系统软件的功 能和特点, 将软件主要分为:
( 1) 物理层: 是该软件架构中直接和硬件联系 的一层, 主要功能是根据硬件所提供数据的输入和 输出端口来进行数据的收发。因为该层的实现完全 依赖于硬件所提供的功能, 所以物理层所完成的功