复杂嵌入式管控软件开放式架构

徐加彦

（中国电子科技集团公司第二十九研究所，成都610036）

面对新时期作战对象的要求，电子侦察系统越来越复杂。电子战的功能复杂，随之带来的是软件设计庞大，编码和维护也越发困难。同时随着雷达技术的快速发展，软件升级改造日益频繁，型号在服役没多久，功能便开始不断升级，这就要求现在的软件必须考虑模块化、开放式架构，为新技术的长期可插入式升级和后期可维护性提供方便[1]。

另一方面，型号研制周期的缩短，装备个性化需求越来越强，目前基于对象的软件开发模式很难应对。

目前的开放式软件架构研究主要为两方面：①航电系统可开放式架构，研究对象为不同软件系统集成的可开放式架构，如通信子系统、飞控子系统、导航子系统等系统集成的开放式架构[1]；②航电系统应用软件开发平台的开放架构，实现底层软件和上层应用软件的隔离。对直接面向电子侦察系统的应用层嵌入式软件的开放式架构缺乏研究。

本文提出的电子侦察系统智能嵌入式软件开放式架构，采用逻辑和物理上的解耦和隔离的设计思想，面对雷达数字接收机的个性化功能需求，可快速重构、快速迭代，极大地缩短研发周期和人力成本，大大提高了电子侦察系统嵌入式软件的全生命周期中可维护性和可移植性。

1 雷达数字接收机系统概述

雷达数字接收机主要功能是，截获雷达信号，测量其参数，形成雷达脉冲描述字，包含每个脉冲的频率、入射方向、脉冲宽度、脉冲幅度和到达时间等参数编码信息。图1所示为雷达数字接收机的原理框图。

图1 雷达数字接收机原理框图Fig.1 Schematic diagram of radar digital receiver

2 开放式架构软件设计

当前嵌入式功能软件和硬件绑定紧密，采用软硬件绑定式设计，耦合性高，一旦设计好，很难进行升级修改。软件重用性非常差，软件系统设计、开发、测试成本极高。

当前的嵌入式管控软件，针对系统的个性化功能需求，定制性开发。采用个性化开发软件成熟度低，出错概率高，难以保证系统的可靠性、安全性、鲁棒性，更为后续的功能升级带来挑战[2-4]。

因此嵌入式管控软件应该降低软件系统的开发难度和维护成本，提高嵌入式软件的可移植性、可重用性、可扩展性，为新技术的长期可插入式更新提供便利。

本文设计的嵌入式管控软件开放式设计架构，如图2所示，采用模块化开放式系统架构，由于共性软件被反复使用，不断迭代，成熟度和稳定性越来越高，鲁棒性也越来越高。

图2 嵌入式管控软件开放式设计架构Fig.2 Open design architecture of embedded control software

2.1 硬件资源的动态重构

图1所示为雷达数字接收机的原理框图，不同硬件模块挂在不同的总线上，模块间通过高速总线进行数据信息的传输，在不同的电子侦察系统，其物理系统也不同。

在图2中，通过可视化界面，标记电子侦察系统内物理模块挂在哪条总线上、系统内的模块编号，导出原理框图和蓝图配置文件，实现真实物理系统的映射。通过配置，可以实现不同的系统功能模块组合在真实物理系统当中的映射，控制系统的模块化集成，也就是说系统的功能需求，是由嵌入式软件通过系统配置来集成不同的应用模块完成的。

2.2 应用功能的模块化设计

如图3所示，针对设备共性需求采用抽象化、模块化、组件化设计。图4为日志记录功能，日志记录功能有管控软件和其他软件的通信记录，设备系统运行状态的记录，系统运行错误、异常监测的记录等，对外的接口可以发送到记录模块或者记录设备，也可以记录到本地Flash 文件系统。

图3 应用软件功能的模块化设计Fig.3 Modular design of application software functions

图4 应用软件日志记录功能Fig.4 Application software logging function

功能模块化设计，采用商用货架产品技术，以高内聚、低耦合方式，实现开放式架构，应具备如下特征：

（1）系统采用分层结构、保证各层的相对独立性，降低耦合性，可提高软件的可移植性和后期升级方便性。

（2）接口采用标准化设计，确保软件系统本身的开放性，可有效支持新技术的插入。

2.3 系统任务模式可配置

当前电子侦察系统的功能越来越复杂，雷达数字接收机不再满足于单一的任务模式，而是多种任务模式的切换。对嵌入式管控软件的需求，是能支持多种不同的任务模式。

通过实现逻辑系统和真实系统完全隔离。逻辑系统只是一种配置描述，通过映射的方法映射到真实的物理系统中。

用适当的硬件数为代价，处理同时到达多个信号的能力，阵列概念是其中一个。阵列概念是先用粗略的方式在宽的瞬时带宽上测量一些物理量，再把得到的信息用于引导一些窄带的测量系统，去获得输入信号的详细信息[5]。如图5为常用的电子侦察系统的功能架构。天线阵列可以是线性天线阵列、圆形天线阵列等布局[5]，通过控制天线收发开关，重构射频信号输入到不同的接收机。测向接收机可以做比幅测向、干涉仪测向、空域上的波束合成测向、时差测向等，取决于前端天线阵列的实时动态重构。通过可视化界面规划不同的侦察系统任务模式，形成可配置文件，实现逻辑系统任务模式和真实物理系统的映射，可以根据系统需求，实时动态重构电子侦察系统的功能架构。

图5 电子侦察系统常用功能架构Fig.5 Common functional architecture of electronic reconnaissance system

2.4 不同厂家硬件模块的统一封装

当前，同样的功能需求，不同厂家的硬件模块对外接口众多，控制方式不一。如图6所示，接收机有超外差接收机、信道化接收机、压缩采样接收机等，不同厂家的校正源也不同，为实现开放式架构，屏蔽接口和控制方式的差异，采用基类和派生类的方法，封装硬件模块差异的控制，实现对外的统一接口，基类为开放式架构统一控制流程和接口，不同的差异化模块通过派生类封装以组件的形式嵌入开放式架构中。

图6 不同数字接收机的接口Fig.6 Interfaces for different digital receivers

图7 不同厂家校正源的接口Fig.7 Interface for calibration sources from different manufacturers

3 结语

通过可视化界面编辑真实的物理系统，规划逻辑任务系统，形成管控软件开放式架构的蓝图配置文件。

开放式软件架构基于应用功能模块化设计，通过对不同厂家硬件模块的差异化接口封装，实现统一的对外接口，通过蓝图配置文件实现系统的个性化硬件资源重构、不同任务模式逻辑系统和物理系统的映射。

基于可视化界面的雷达数字接收机软件开放式架构可实现逻辑和物理上的解耦和隔离，面对个性化的设备功能需求，可快速重构、快速迭代，使得新技术的集成整合更容易、更快。

软件开放式架构，离不开软件架构标准化工作开展。同样功能的需求下，不同厂家的硬件模块对外接口和控制方式的标准化，任务系统软件对外接口的标准化，不用软件运行载体的接口标准化，都可以推动软件开放式架构的发展。