復雜嵌入式管控軟件開放式架構

徐加彥

（中國電子科技集團公司第二十九研究所，成都610036）

面對新時期作戰對象的要求，電子偵察系統越來越復雜。電子戰的功能復雜，隨之帶來的是軟件設計龐大，編碼和維護也越發困難。同時隨著雷達技術的快速發展，軟件升級改造日益頻繁，型號在服役沒多久，功能便開始不斷升級，這就要求現在的軟件必須考慮模塊化、開放式架構，為新技術的長期可插入式升級和后期可維護性提供方便[1]。

另一方面，型號研制周期的縮短，裝備個性化需求越來越強，目前基于對象的軟件開發模式很難應對。

目前的開放式軟件架構研究主要為兩方面：①航電系統可開放式架構，研究對象為不同軟件系統集成的可開放式架構，如通信子系統、飛控子系統、導航子系統等系統集成的開放式架構[1]；②航電系統應用軟件開發平臺的開放架構，實現底層軟件和上層應用軟件的隔離。對直接面向電子偵察系統的應用層嵌入式軟件的開放式架構缺乏研究。

本文提出的電子偵察系統智能嵌入式軟件開放式架構，采用邏輯和物理上的解耦和隔離的設計思想，面對雷達數字接收機的個性化功能需求，可快速重構、快速迭代，極大地縮短研發周期和人力成本，大大提高了電子偵察系統嵌入式軟件的全生命周期中可維護性和可移植性。

1 雷達數字接收機系統概述

雷達數字接收機主要功能是，截獲雷達信號，測量其參數，形成雷達脈沖描述字，包含每個脈沖的頻率、入射方向、脈沖寬度、脈沖幅度和到達時間等參數編碼信息。圖1所示為雷達數字接收機的原理框圖。

圖1 雷達數字接收機原理框圖Fig.1 Schematic diagram of radar digital receiver

2 開放式架構軟件設計

當前嵌入式功能軟件和硬件綁定緊密，采用軟硬件綁定式設計，耦合性高，一旦設計好，很難進行升級修改。軟件重用性非常差，軟件系統設計、開發、測試成本極高。

當前的嵌入式管控軟件，針對系統的個性化功能需求，定制性開發。采用個性化開發軟件成熟度低，出錯概率高，難以保證系統的可靠性、安全性、魯棒性，更為后續的功能升級帶來挑戰[2-4]。

因此嵌入式管控軟件應該降低軟件系統的開發難度和維護成本，提高嵌入式軟件的可移植性、可重用性、可擴展性，為新技術的長期可插入式更新提供便利。

本文設計的嵌入式管控軟件開放式設計架構，如圖2所示，采用模塊化開放式系統架構，由于共性軟件被反復使用，不斷迭代，成熟度和穩定性越來越高，魯棒性也越來越高。

圖2 嵌入式管控軟件開放式設計架構Fig.2 Open design architecture of embedded control software

2.1 硬件資源的動態重構

圖1所示為雷達數字接收機的原理框圖，不同硬件模塊掛在不同的總線上，模塊間通過高速總線進行數據信息的傳輸，在不同的電子偵察系統，其物理系統也不同。

在圖2中，通過可視化界面，標記電子偵察系統內物理模塊掛在哪條總線上、系統內的模塊編號，導出原理框圖和藍圖配置文件，實現真實物理系統的映射。通過配置，可以實現不同的系統功能模塊組合在真實物理系統當中的映射，控制系統的模塊化集成，也就是說系統的功能需求，是由嵌入式軟件通過系統配置來集成不同的應用模塊完成的。

2.2 應用功能的模塊化設計

如圖3所示，針對設備共性需求采用抽象化、模塊化、組件化設計。圖4為日志記錄功能，日志記錄功能有管控軟件和其他軟件的通信記錄，設備系統運行狀態的記錄，系統運行錯誤、異常監測的記錄等，對外的接口可以發送到記錄模塊或者記錄設備，也可以記錄到本地Flash 文件系統。

圖3 應用軟件功能的模塊化設計Fig.3 Modular design of application software functions

圖4 應用軟件日志記錄功能Fig.4 Application software logging function

功能模塊化設計，采用商用貨架產品技術，以高內聚、低耦合方式，實現開放式架構，應具備如下特征：

（1）系統采用分層結構、保證各層的相對獨立性，降低耦合性，可提高軟件的可移植性和后期升級方便性。

（2）接口采用標準化設計，確保軟件系統本身的開放性，可有效支持新技術的插入。

2.3 系統任務模式可配置

當前電子偵察系統的功能越來越復雜，雷達數字接收機不再滿足于單一的任務模式，而是多種任務模式的切換。對嵌入式管控軟件的需求，是能支持多種不同的任務模式。

通過實現邏輯系統和真實系統完全隔離。邏輯系統只是一種配置描述，通過映射的方法映射到真實的物理系統中。

用適當的硬件數為代價，處理同時到達多個信號的能力，陣列概念是其中一個。陣列概念是先用粗略的方式在寬的瞬時帶寬上測量一些物理量，再把得到的信息用于引導一些窄帶的測量系統，去獲得輸入信號的詳細信息[5]。如圖5為常用的電子偵察系統的功能架構。天線陣列可以是線性天線陣列、圓形天線陣列等布局[5]，通過控制天線收發開關，重構射頻信號輸入到不同的接收機。測向接收機可以做比幅測向、干涉儀測向、空域上的波束合成測向、時差測向等，取決于前端天線陣列的實時動態重構。通過可視化界面規劃不同的偵察系統任務模式，形成可配置文件，實現邏輯系統任務模式和真實物理系統的映射，可以根據系統需求，實時動態重構電子偵察系統的功能架構。

圖5 電子偵察系統常用功能架構Fig.5 Common functional architecture of electronic reconnaissance system

2.4 不同廠家硬件模塊的統一封裝

當前，同樣的功能需求，不同廠家的硬件模塊對外接口眾多，控制方式不一。如圖6所示，接收機有超外差接收機、信道化接收機、壓縮采樣接收機等，不同廠家的校正源也不同，為實現開放式架構，屏蔽接口和控制方式的差異，采用基類和派生類的方法，封裝硬件模塊差異的控制，實現對外的統一接口，基類為開放式架構統一控制流程和接口，不同的差異化模塊通過派生類封裝以組件的形式嵌入開放式架構中。

圖6 不同數字接收機的接口Fig.6 Interfaces for different digital receivers

圖7 不同廠家校正源的接口Fig.7 Interface for calibration sources from different manufacturers

3 結語

通過可視化界面編輯真實的物理系統，規劃邏輯任務系統，形成管控軟件開放式架構的藍圖配置文件。

開放式軟件架構基于應用功能模塊化設計，通過對不同廠家硬件模塊的差異化接口封裝，實現統一的對外接口，通過藍圖配置文件實現系統的個性化硬件資源重構、不同任務模式邏輯系統和物理系統的映射。

基于可視化界面的雷達數字接收機軟件開放式架構可實現邏輯和物理上的解耦和隔離，面對個性化的設備功能需求，可快速重構、快速迭代，使得新技術的集成整合更容易、更快。

軟件開放式架構，離不開軟件架構標準化工作開展。同樣功能的需求下，不同廠家的硬件模塊對外接口和控制方式的標準化，任務系統軟件對外接口的標準化，不用軟件運行載體的接口標準化，都可以推動軟件開放式架構的發展。