专利名称：在嵌入式平台上实现软件通信架构的方法
技术领域：
本发明是关于在嵌入式平台上实现软件通信架构(SCA)的方法，涉及SCA规范、基 于构件化的软件开发、对象请求代理结构(CORBA)中间件、可扩展描述语言(XML)的描述解 析及嵌入式系统下软件开发技术。(嵌入式系统是指完全嵌入受控器件内部，为特定应用而 设计的专用计算机系统，如"威力"芯片(PowerPC)和数字信号处理器(DSP)都属于嵌入 式范畴)。
背景技术：
传统的通信系统往往是根据特定的用途而设计的功能比较单一的特定通信系统， 不具备可重构性。有些通信系统基本结构相似，而信号特征差异很大，例如，工作的频段不 同，调制方式不同，波形结构不同，通信协议不同，数字信息的编码方式、加密方式不同，这 些差异极大地限制了不同通信系统之间的互连互通。由于不同频段的通信系统，只能满足 某些特定的要求。传统通信系统开发过程中软硬件耦合性很高，开发软件的人员需要对底 层的硬件很熟悉，这样对开发人员的要求很高，且开发周期长。高度综合集成通信系统在未来数十年内，对硬件而言，硬件系统及其开发环境多 种多样，很难采用统一的、固定的硬件完成系统的所有实现；对软件而言，软件的更新、升 级、添加层出不穷，很难由固定的、不变的软件完成系统的所有功能。近年来为了解决互通 性、重构性和可升级性问题，提出了 SCA的概念。SCA是美国国防部为了推动联合战术无线 电系统(JTRS)计划，开发一种适用于所有军种要求的电台系列，解决现代军事通信中三军 之间和多国联军之间的互通性问题，使电台实现多种新的先进波形，覆盖2MHz 3GHz频 段，通过多波段、多模式方式实现各种信号传输，同时兼容传统系统而提出的，该SCA规范 是在实施JTRS计划的过程中发展和成熟起来的一个标准。SCA为设计者提供了一种与实现 无关的开放式的软件架构的规范和约定。在非军事领域，该规范被国际软件无线电论坛推 崇为软件无线电的标准。SCA的中心思想是构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种 功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件实现，以研制出 具有高度灵活性、开放性的新一代通信系统。其具体的技术方案是采用面向对象方法描述 硬件，表征硬件类，所有潜在的系统实现都包含在一个框架内。采用对象模型描述方法描述 软件对象，核心框架通过属性(如接口及行为)描述系统软件构成的抽象；核心框架采用具 有分布式处理功能的通用CORBA提供的与平台无关的接口定义语言(IDL)，对软件对象的 接口及结构进行定义，使软件具备良好的移植性和互操作性；核心框架采用XML作为信息 表达的中间件，从而保证系统描述的可扩展性。以上几种先进技术的综合运用将为系统的 重构、升级、扩展奠定坚实的技术基础。目前国内的电台系统均采用传统的架构进行开发，且国内外对于SCA技术的研究 多在PC机平台，而真正的电台系统开发是在PowerPC和DSP嵌入式平台上，尚未见到在 PowerPC平台和DSP平台上采用SCA架构实现电台通信系统的公开报道。与传统的开发方式相比，采用SCA架构开发的系统有更好的互通性、可重构性和可升级性。
发明内容
本发明的任务是提出一种在PowerPC和DSP嵌入式平台上实现软件通信架构的方 法，软件通过灵活的配置，能够实现各种无线通信系统的互联互通。本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。本发明提出一种在嵌入式平台上实 现软件通信架构的方法，其特征在于包括如下步骤(1)以CORBA中间件作为软件总线，以XML文件作为信息中间件，构建一个具有基 本应用程序接口、框架控制接口、框架服务接口的核心框架；根据波形的数据处理过程、软 件运行需要的硬件情况和软件在硬件上的部署情况，使用组件引擎(CE)辅助SCA开发的工 具，对系统进行软件建模和硬件建模；(2)实现核心框架采用CORBA产品提供的与平台无关的IDL语言定义核心框架 的基本应用程序接口、框架控制接口和框架服务接口，然后使用CORBA编译器编译核心框 架的IDL代码，生成接口的桩文件和框架文件；根据SCA规范对接口功能的定义，实现接口 对象的伺服类；(3)生成XML域描述文件，通过CE软件的域文件自动化工具为系统的应用模型生 成软件组件描述(SCD)、软件包描述(SPD)和软件组装描述(SAD)XML文件，为系统的平台 模型生成软件组件描述(S⑶)、SPD、设备配置描述(D⑶)和域管理器配置描述(DMD) XML文 件；(4)实现构件和设备的伺服类首先对CE的代码生成器进行改进扩展，根据操作 系统和CORBA产品运行环境，编写设备和构件程序框架的代码模板，使支持生成PowerPC和 DSP平台的设备框架代码和构件框架代码；使用代码生成器为构件模型生成框架代码，在 框架代码内添加功能算法如调制、解调；使用代码生成器为设备模型生成框架代码，在框架 代码内完成设备初始化工作；(5)测试波形功能选择要运行的应用及部署用到的平台，设定应用构件在平台 设备上的部署关系，在不同节点上运行上述的域管理器、设备管理器、各个波形应用构件程 序及设备程序，测试波形功能的正确性。本发明相比于现有技术具有如下有益效果。本发明提出的在嵌入式平台上实现软件通信架构的方法，通过开放式的分层结构 将核心应用程序和非核心应用程序从底层硬件独立出来，各层的开发人员只需关注负责的 部分，可以极大的提高开发效率；采用构件化的开发模式，将问题域的物质抽象为对象进行 描述，将对象进行组合，并采用接口进行封装，从而使软件具备可重用性；通过CORBA提供 了一种分布式处理环境，通信接口使用与平台无关的IDL语言定义，使软件应用程序的具 备良好的移植性和互操作性；采用XML作为信息表达的中间件，从而保证系统描述的可扩 展性。以CORBA中间件作为软件总线，以XML文件作为信息中间件，在PowerPC和DSP嵌 入式平台上构建一个框架软件；使用CE软件，对系统进行软件建模和硬件建模；使用CORBA 编译器编译核心框架的IDL代码，生成接口的桩文件和框架文件，实现接口对象的伺服类； 使用CE软件为系统的应用模型和平台模型生成XML域描述文件；对CE的代码生成器进行改进扩展，编写设备和构件程序框架的代码模板，实现构件程序及设备程序，在不同节点上 运行应用构件程序及设备程序，测试波形功能的正确性。基于SCA的软件无线通信系统可以通过灵活的应变能力，提高通信业务的质量， 同时简化硬件的组成，提供快速适应新标准的管理方式。利用本发明架构开发的通信系统 软件具备可互通性、可重构性、可升级性、可重用性和可移植性优点，能保证基于SCA规范 的各种无线通信系统实现互连、互通和互操作，能大大减少无线电台的种类，同时，它还为 不同的SCA波形应用提供了可移植的平台，并通过充分采用货架商品(COTS)技术减少了开 发成本，通过软件重用技术减少了新波形的开发周期。所以采用SCA的软件无线通信系统 具有现行无线通信体制所不具备的许多优点，它有着广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
为了更清楚地理解本发明，现将通过本发明实施方式，同时参照附图，来描述本发 明，其中图1是本发明的在嵌入式平台上实现软件通信架构的工作流程图。图2是本发明的SCA系统的示意图。图3是本发明的核心框架节点初始化的流程图。图4是本发明的核心框架应用动态部署的流程图。图5是本发明的构件程序和设备程序的开发流程图。
具体实施例方式参阅图1。图1描述的是在嵌入式平台上实现软件通信架构的工作流程。在步骤1，使用CE软件，对系统进行软件建模和硬件建模；首先根据波形的数据 处理过程，将整个波形划分为若干功能模块，分析各个模块间的数据传输过程，确定连接关 系和数据处理类型、方式，将功能模块对象抽象为构件模型，使用IDL定义构件间的通信接 口，将具备特定连接关系的若干构件模型的集合抽象为应用模型；本发明涉及PowerPC和 DSP两种平台，将PowerPC和DSP处理器均抽象为可执行设备模型，根据波形的数据处理 过程需要的硬件情况，将若干个可执行设备的集合抽象为节点模型，每个节点至少有一个 PowerPC类型的可执行设备，将若干个节点的集合抽象为平台模型，且域管理器和设备管理 器只部署在PowerPC上；在步骤2，根据SCA规范，以CORBA中间件作为软件总线，以XML文件作为信息中间 件，构建一个具有基本应用程序接口、框架控制接口、框架服务接口的核心框架；核心框架 比较重要的接口包括域管理器、设备管理器、设备、应用工厂等，采用CORBA产品提供的与 平台无关的IDL定义核心框架的18个接口，使用CORBA编译器编译核心框架的IDL代码， 生成接口的桩文件和框架文件；核心框架整个工作过程是由接口的伺服类之间的数据交互 完成，接口的伺服类的实现过程就是核心框架工作的过程。核心框架工作流程是，首先初始 化核心框架节点，按照设定的部署情况将应用1加载运行到平台上，应用1运行结束后，将 其从平台上卸载。在步骤3，通过CE软件的域文件自动化工具为系统的应用模型生成软件组件描述 (SCD)、软件包描述(SPD)和软件组装描述(SAD) XML文件，为系统的平台模型生成软件组件描述(S⑶)、SPD、设备配置描述(D⑶)和域管理器配置描述(DMD)XML文件，为系统的部署 模型生成部署(D^loyment)XML文件；在步骤4，首先对CE的代码生成器进行改进扩展，根据操作系统和CORBA产品等运 行环境，编写设备和构件程序框架的代码模板，使支持生成PowerPC和DSP平台的设备框架 代码和构件框架代码；使用代码生成器为构件模型生成框架代码，在框架代码内添加功能 算法如调制、解调来实现构件程序；使用代码生成器为设备模型生成框架代码，在框架代码 内完成设备初始化等工作来实现设备程序；在步骤5，选择要运行的应用及部署用到的平台，设定应用构件在平台设备上的部 署关系，在不同节点上运行上述的域管理器、设备管理器、各个波形应用构件程序及设备程 序，测试波形功能的正确性。具体实现步骤可以由图3所示的流程图来达到。参阅图2。图2描述的是本发明实现的SCA系统的示意图。符合SCA规范的系统必须有一个域管理器，用于控制和配置系统域，利用域描述 体的组件配置信息来启动、初始化和维护SCA兼容的系统中安装的应用程序，它直接管理 系统中的节点、设备、构件等资源，而且在本发明中域管理器只部署在PowerPC设备上。每 个域管理器有一个应用程序工厂，延用工厂设计模式，提供接口来请求创建域中特定类型 的应用程序；应用程序继承资源接口，由多个构件通过特定方式连接构成，为域中实例化的 应用程序提供控制、配置和状态接口 ；设备管理器管理用于管理一个节点上的一组逻辑设 备和服务，每个节点至少由一个PowerPC设备和若干个DSP设备组成，在本发明中设备管理 器只部署在PowerPC上。DSP设备上只部署必需的构件程序和设备程序，以便于其高速进行 信号处理。PowerPC设备除了可以部署域管理器和设备管理器外还可以部署构件程序和设 备程序。参阅图3。图3描述的是本发明的核心框架节点初始化的流程图。核心框架的各节点根据初始化参数，首先解析DMD文件，获取域的配置信息，启动 并初始化域管理器；然后启动并初始化设备管理器，解析DCD文件，获得域管理器的名称和 该节点的设备信息，根据名称获得域管理器的句柄，将设备管理器注册到域管理器，根据设 备信息加载运行设备程序，初始化设备，将设备注册到所在节点的设备管理器，将设备注册 到所在节点的域管理器，最后域管理器就获得了整个系统的资源信息。参阅图4。图4描述的是本发明的核心框架应用动态部署的流程图。应用工厂解析应用组装描述(SAD)和部署(D^loyment)XML文件，获得应用的构 件组成以及构件和设备的绑定关系，在域管理器的注册表中查找目标设备，再将构件程序 加载到运行设备上，初始化构件，建立构件间的端口连接，创建应用程序并启动运行。在应 用重构时，断开应用构件间的端口连接，卸载旧的构件程序，然后重复S41到S43步骤。参阅图5。图5描述的是本发明的构件程序和设备程序的开发流程图。CE软件的代码生成器不同的运行平台对应不同的代码模板(记录设备、构件实现 源码片段的*. xslt文件和Makefile文件)，为PowerPC和DSP平台编写设备和构件程序框 架的代码模板，设备框架代码模板要根据父类的类型，重载其加载、卸载、执行、中止操作； 构件框架代码模板要定义装配控制器成员，并重载父类的启动、停止等操作，每个构件都有 其特定的一些属性，因而需要定义相应的属性对象和访问接口 ；代码生成器在生成代码时，结合构件和设备模型，根据平台选择代码模板，将模板内的源码语句片段按照xslt语法规 定的格式写到*. cpp和*. h和Makefile文件里；用生成器生成构件的伺服类框架代码，在 框架中添加相应算法比如调制、解调等，用生成器生成设备的伺服类框架代码，在框架中添 加设备初始化。
权利要求
1.一种在嵌入式平台上实现软件通信架构的方法，其特征在于包括如下步骤(1)以CORBA中间件作为软件总线，以XML文件作为信息中间件，在PowerPC和DSP嵌 入式平台上构建一个框架软件，构建一个具有基本应用程序接口、框架控制接口、框架服务 接口的核心框架；根据波形的数据处理过程、软件运行需要的硬件情况和软件在硬件上的 部署情况，使用组件引擎(CE)辅助SCA开发的工具，对系统进行软件建模和硬件建模；(2)实现核心框架采用CORBA产品提供的与平台无关的IDL语言定义核心框架的基 本应用程序接口、框架控制接口和框架服务接口，然后使用CORBA编译器编译核心框架的 IDL代码，生成接口的桩文件和框架文件；根据SCA规范对接口功能的定义，实现框架接口 的伺服类；(3)生成XML域描述文件，使用CE软件为系统的应用模型和平台模型生成XML域描述 文件，通过CE软件的域文件自动化工具为系统的应用模型生成软件组件描述(SCD)、软件 包描述(SPD)和软件组装描述(SAD)XML文件，为系统的平台模型生成软件组件描述(SCD)、 SPD、设备配置描述(D⑶)和域管理器配置描述(DMD) XML文件；(4)实现构件和设备的伺服类首先对CE的代码生成器进行改进扩展，根据操作系统 和CORBA产品运行环境，编写设备和构件程序框架的代码模板，使支持生成PowerPC和DSP 平台的设备框架代码和构件框架代码；使用代码生成器为构件模型生成框架代码，在框架 代码内添加功能算法如调制、解调；使用代码生成器为设备模型生成框架代码，在框架代码 内完成设备初始化工作；(5)测试波形功能选择要运行的应用及部署用到的平台，设定应用构件在平台设备 上的部署关系，在不同节点上运行上述的域管理器、设备管理器、各个波形应用构件程序及 设备程序，测试波形功能的正确性。
2.如权利要求1所述的在嵌入式平台上实现软件通信架构的方法，其特征在于，所 述的核心框架接口对象的伺服类，其实现过程就是核心框架工作的过程，核心框架工作的 过程分为节点初始化和应用部署两个阶段；节点初始化阶段，各节点根据初始化参数启 动域管理器、设备管理器或设备，然后设备向设备管理器注册设备信息，最后设备管理器 向域管理器注册节点信息；应用部署阶段，是应用工厂解析应用组装描述(SAD)和部署 (Deployment)XML文件，获得构件和设备的绑定关系，在域管理器的注册表中查找目标设 备，再将构件程序加载到运行设备上。
3.如权利要求2所述的在嵌入式平台上实现软件通信架构的方法，其特征在于，所述 的应用部署，是应用工厂解析应用组装描述(SAD)和部署(Deployment)XML文件，获得构件 和设备的绑定关系，在域管理器的注册表中查找目标设备，再将构件程序加载到运行设备 上。
4.如权利要求1所述的在嵌入式平台上实现软件通信架构的方法，其特征在于，所述 的硬件建模，本发明涉及PowerPC和DSP两种平台，将PowerPC和DSP处理器均抽象为可执 行设备模型，根据波形的数据处理过程需要的硬件情况，将若干个可执行设备的集合抽象 为节点模型，每个节点至少有一个PowerPC类型的可执行设备，将若干个节点的集合抽象 为平台模型，且域管理器和设备管理器只部署在PowerPC上。
5.如权利要求1所述的在嵌入式平台上实现软件通信架构的方法，其特征在于，所述 的软件建模，波形是指为了实现信息的无线传输而对信息所采取的一系列变换，首先根据波形的数据处理过程，将整个波形划分为若干功能模块，分析各个模块间的数据传输过程， 确定连接关系和数据处理类型、方式，将功能模块对象抽象为构件模型，使用IDL定义构件 间的通信接口，将具备特定连接关系的若干构件模型的集合抽象为应用模型。
6.如权利要求1所述的在嵌入式平台上实现软件通信架构的方法，其特征在于，所述 的代码生成器，在生成代码时，不同的运行平台对应不同的代码模板，根据平台选择代码模 板，记录设备、构件实现源码片段的*. xslt文件和Makefile文件，将模板内的源码语句片 段按照xslt语法规定的格式写到*. cpp和*. h和Makefile文件里。
7.如权利要求1所述的在嵌入式平台上实现软件通信架构的方法，其特征在于，所述 的设备框架代码，是指根据父类的类型，重载其加载、卸载、执行、中止操作。
8.如权利要求1所述的在嵌入式平台上实现软件通信架构的方法，其特征在于，所述 的构件框架代码，是指定义装配控制器成员，并重载父类的启动、停止操作，每个构件都有 其特定的一些属性，因而需要定义相应的属性对象和访问接口。
全文摘要
本发明提出的一种在嵌入式平台上实现软件通信架构(SCA)的方法，以CORBA中间件作为软件总线，以XML文件作为信息中间件，在PowerPC和DSP嵌入式平台上构建一个框架软件；使用组件引擎(CE)辅助SCA开发的工具，对系统进行软件建模和硬件建模；使用CORBA编译器编译核心框架的IDL代码，生成接口的桩文件和框架文件，实现框架接口的伺服类；使用CE软件为系统的应用模型和平台模型生成XML域描述文件；对CE的代码生成器进行改进扩展，编写设备和构件程序框架的代码模板，实现构件程序及设备程序，在不同节点上运行应用构件程序及设备程序，测试波形功能的正确性。利用本发明架构开发的通信系统软件具备可互通性、可重构性、可升级性、可重用性和可移植性。
文档编号G06F15/173GK102081545SQ20111000262
公开日2011年6月1日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者赵蕾 申请人:中国电子科技集团公司第十研究所