第三周_各种构架结构的应用(A-7E案例分析)

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1、1. A-7E项目背景简介项目背景简介2. A-7E项目的构架商业周期项目的构架商业周期3. A-7E项目的构架项目的构架3.1 分解结构分解结构3.2 使用结构使用结构3.3 进程结构进程结构 A-7E项目是美国海军研究实验室的降低软件成本项目是美国海军研究实验室的降低软件成本项目（项目（Software Cost Reduction)，由美国海由美国海军支持军支持 该项目开发人员想通过该软件的开发实际验证软件该项目开发人员想通过该软件的开发实际验证软件工程原理（比如信息隐藏）适用于高性能嵌入式实工程原理（比如信息隐藏）适用于高性能嵌入式实时系统，实际上该项目是一个飞机航空电子系统设时系统，

2、实际上该项目是一个飞机航空电子系统设计项目计项目 该项目于该项目于1977年开始，年开始，1987年终止，历时年终止，历时10年年 A-7E是一种单座、舰载攻击机，于是一种单座、舰载攻击机，于20世纪世纪60、70至至80年代服役于美国海军年代服役于美国海军A-7E海盗海盗II型攻击机型攻击机A-7C（A-7E的前身）是世界上最早正的前身）是世界上最早正式生产并装备了计算机以辅助导航和投式生产并装备了计算机以辅助导航和投弹的机型之一弹的机型之一A-7E是一种航空母舰舰载机是一种航空母舰舰载机某种战斗机驾驶舱某种战斗机驾驶舱通常而言，飞机上的计算机都采用专用的计算通常而言，飞机上的计算机都采用专

3、用的计算机设备机设备A-7E装备的是装备的是IBM生产的专用计算机生产的专用计算机战斗机投弹瞄准装置战斗机投弹瞄准装置航空电子设备航空电子设备 Parnas的目的的目的：通过该项目的开发证实其：通过该项目的开发证实其理论研究成果适用于需求灵活、内存占用理论研究成果适用于需求灵活、内存占用少、开发时间短的实时软件系统少、开发时间短的实时软件系统 项目指导思想项目指导思想：留下一个完整的工程模型，：留下一个完整的工程模型，把相关的文档、设计方案、代码、方法和把相关的文档、设计方案、代码、方法和原则都公之于众，供相关人员模仿使用原则都公之于众，供相关人员模仿使用1. 获得了一个完整的获得了一个完整的

4、需求文档需求文档，该文档在今，该文档在今天的实时、嵌入式软件系统的开发中仍然天的实时、嵌入式软件系统的开发中仍然是适用的是适用的2. 该项目在当时该项目在当时已经开创性地采用了很多先已经开创性地采用了很多先进的计算机软件工程方法进的计算机软件工程方法，包括面向对象，包括面向对象的设计方法（信息隐藏），使用域模型来的设计方法（信息隐藏），使用域模型来处理系统未来变化的适应性，以及创建了处理系统未来变化的适应性，以及创建了一个标准的、可重用的参考构架一个标准的、可重用的参考构架1. 信息隐藏信息隐藏是软件开发中可行的和明智的设是软件开发中可行的和明智的设计准则计准则2. 从实现系统质量指标的角度看

5、，从实现系统质量指标的角度看，认真设计认真设计构架层次上的各种结构可以达到事半功倍构架层次上的各种结构可以达到事半功倍的效果的效果A-7E航空电子系统的构架商业周期航空电子系统的构架商业周期最终用户最终用户 海军飞行员海军飞行员开发组织开发组织 美国美国 海军研究实验室海军研究实验室设计师经验设计师经验 学术的学术的 对其它系统地了解对其它系统地了解技术环境技术环境 信息隐藏信息隐藏 协同顺序进程协同顺序进程设计师所受的影响设计师所受的影响需求需求（质量属性）（质量属性）可修改性可修改性 性能（实时性能（实时）设计师（小组）设计师（小组）构架构架 模块结构模块结构使用结构使用结构进程结构进程结

6、构A-7E 航航空电子空电子系统系统A-7E项目的项目的主要功能需求主要功能需求：1. 读取各种传感器的数据读取各种传感器的数据2. 更新座舱中显示设备的显示内容更新座舱中显示设备的显示内容3. 辅助飞行员导航和正确投弹辅助飞行员导航和正确投弹A-7E项目的项目的主要质量需求主要质量需求1. 实时性能实时性能2. 针对期望变更的可修改性针对期望变更的可修改性3. 可靠性可靠性1. 采用采用IBM公司生产的小型专用计算机，公司生产的小型专用计算机，内存大小为内存大小为64K，没有编译器，使用汇编没有编译器，使用汇编语言编写程序语言编写程序2. 计算机将与飞机上装备的近计算机将与飞机上装备的近24

7、种航空电种航空电子设备进行通信，这些航空电子设备有可子设备进行通信，这些航空电子设备有可能更改能更改1. 用于测量气压和风速的飞行探针用于测量气压和风速的飞行探针2. 可按方位角和仰角调整的前视雷达。该雷达能可按方位角和仰角调整的前视雷达。该雷达能够计算飞机与目标之间的直线距离够计算飞机与目标之间的直线距离3. 报告对地速度和偏航角的多普勒雷达报告对地速度和偏航角的多普勒雷达4. 惯性测量设备（惯性测量设备（IMS），该设备报告沿，该设备报告沿3个直个直角坐标的加速度角坐标的加速度5. 能够报告机翼下能够报告机翼下6个炸弹托架的载弹情况的传感个炸弹托架的载弹情况的传感器器6. 能够测量距离地面

8、高度的雷达高度计能够测量距离地面高度的雷达高度计1. 地图显示设备地图显示设备2. 正面显示器正面显示器3. 小键盘和小键盘和3个小型的字母数字显示窗口个小型的字母数字显示窗口4. 各种指示灯、仪表盘和声音信号各种指示灯、仪表盘和声音信号1. 软件在正面显示器上显示导航信息和操作软件在正面显示器上显示导航信息和操作指导、指引飞机飞向指定的方位指导、指引飞机飞向指定的方位2. 系统提供系统提供20多种导航模式供飞行员选择多种导航模式供飞行员选择3. 该软件至少有该软件至少有5种不同的方法计算飞机的种不同的方法计算飞机的飞行高度，有飞行高度，有20多种实时（多种实时（40ms）计计算的投弹方式算的

9、投弹方式关键数据的可靠性实施策略关键数据的可靠性实施策略A-7E软件所满足的质量目标包括：软件所满足的质量目标包括：1. 实时性实时性 软件系统每秒钟显示内容的更新次数软件系统每秒钟显示内容的更新次数和武器投放的计算速度和武器投放的计算速度2. 针对期望更改的针对期望更改的可修改性可修改性 对武器、平台、显示屏上符号的变更，对武器、平台、显示屏上符号的变更，以及通过键盘输入新的内容容易更改以及通过键盘输入新的内容容易更改 一个系统的构架一个系统的构架由一个或多个结构构成由一个或多个结构构成 为了实现为了实现A-7E系统的功能及质量目标，系系统的功能及质量目标，系统确定了构架层次上的统确定了构架

10、层次上的3个主要结构个主要结构A-7E软件构架软件构架分解结构分解结构使用结构使用结构进程结构进程结构 在构架中，每个在构架中，每个结构由元素及元素之间的关系结构由元素及元素之间的关系构成构成 A-7E项目的三种结构及其元素项目的三种结构及其元素结构结构元素元素元素间的关系元素间的关系影响对象影响对象分解结构分解结构模块模块是一个子模块是一个子模块更改容易程度更改容易程度使用结构使用结构过程过程要求正确出现要求正确出现实现子集和增量式实现子集和增量式开发的能力开发的能力进程结构进程结构进程，进程，线程线程同步、互斥，共同步、互斥，共享享CPU可调度性；可并行可调度性；可并行实现性能目标实现性能

11、目标 分解结构分解结构将系统的功能划分为可以独立实现将系统的功能划分为可以独立实现的模块的模块 一个模块可能是一个整体，也可能包括若干一个模块可能是一个整体，也可能包括若干个子模块，直到每个模块容易实现个子模块，直到每个模块容易实现 信息隐藏信息隐藏的原则要求各个模块仅通过某个确的原则要求各个模块仅通过某个确定的公共参数集合进行通信，每个模块提供定的公共参数集合进行通信，每个模块提供了一组可以由系统中其他模块调用的访问过了一组可以由系统中其他模块调用的访问过程程1. 每个模块结构应足够简单，能够被充分理解每个模块结构应足够简单，能够被充分理解2. 应该能够在无需了解其他模块的具体实现，应该能够