РАЗРАБОТКА НОВОЙ АРХИТЕКТУРЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМИТАТОРОВ АППАРАТНОЙ СРЕДЫ

DEVELOPMENT OF A NEW ARCHITECTURE OF SOFTWARE WITH USING IMITATORS OF HARDWARE ENVIRONMENT

Natalia Pakshina

supervisor of studies, candidate of technical sciences, associate professor of Arzamas Polytechnical Institute,

Russia, Arzamas

Anastasiia Vasileva

4-year student of Applied Mathematics Department of Arzamas Polytechnical Institute,

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена изучению нового подхода в разработке программного обеспечения систем реального времени с использованием имитаторов аппаратной среды. Решение создать новый подход в разработке программного обеспечения, было обусловлено потребностью облегчить поиск и устранение ошибок в программе. Была поставлена и решена задача обеспечить изоляцию логики работы имитаторов друг от друга.

ABSTRACT

The article is devoted to the study of a new method in the development of software of real-time systems with using imitators of hardware environment. The decision to make a new method in the development of software was stipulated by the requirement to improve the search and the removal of errors in the programme. The task to ensure the isolation of the logic of imitator's work was achieved.

Ключевые слова: программное обеспечение; система реального времени; имитатор; комплекс имитационного моделирования.

Keywords: software; real-time system; imitator; complex of simulation modeling.

В наши дни разнообразные технические задачи решаются при помощи систем реального времени, которые представляют собой совокупность программно-аппаратных средств. В них существенную роль играет программное обеспечение, которое зачастую, особенно в интеллектуальных системах, имеет функциональную нагрузку большую, чем аппаратные ресурсы [4].

Значительная функциональная нагрузка и повышенные требования надежности делают разработку программного обеспечения систем реального времени непростой задачей.

Одним из важнейших факторов отладки программ во время разработки и поддержания работоспособности системы при внесении правок является использование программных имитаторов.

К имитаторам прибегают в тех случаях, когда:

• дорого или невозможно экспериментировать на реальном объекте;
• оказывается, сложным поддержание одних и тех же рабочих условий;
• нельзя решить задачу аналитическим способом с помощью физического эксперимента;
• необходимо сымитировать поведение системы во времени.

Возможность написания таких имитаторов должна быть обусловлена удобной архитектурой, обеспечивающей обмен данными между модулями программного обеспечения в реальном и модульном времени [1, с. 536].

Перед авторами стояла задача изменить архитектуру программного обеспечения в части анализа формирования данных информационного обмена. Другими словами, было необходимо обеспечить изоляцию логики работы имитаторов друг от друга [3, с. 19].

Актуальность создания нового подхода в разработке программного обеспечения обусловлена потребностью облегчить поиск и устранение ошибок в программе.

Из-за больших межмодульных связей изменение какой-либо части кода приводило к непредсказуемому изменению логики работы других частей программы. Для решения данной проблемы был найден вполне логичный выход – разбить имитационную среду на отдельные имитаторы подсистем, логика работы которых будет независима друг от друга.

Изоляция логики работы имитаторов друг от друга привела к созданию измененной архитектуры программного обеспечения, которая обладает рядом достоинств по сравнению с исходной архитектурой.

Программный код был разбит на отдельные модули, каждый из которых компилировался отдельно от остальных. Такая модификация позволила значительно уменьшить время перекомпиляции программы при изменениях, вносимых лишь в небольшое количество исходных модулей, и упростила групповую разработку. Также появилась возможность обновления отдельного модуля, без необходимости изменения остальной системы.

Вероятность появления ошибок в результате вносимых изменений в программу сводится к минимуму. В случае их возникновения пользователю не составит труда найти необходимый программный модуль и исправить его.

С точки зрения архитектуры изначально было два компьютера. Один из них использовался в качестве имитационной среды. Второй являлся лишь регистрирующим компьютером и выполнял только функции мониторинга системы.

Для того чтобы уменьшить время работы программного обеспечения за такт и, тем самым, предоставить программе дополнительное время для вычислений, один из интерфейсных модулей был размещен на регистрирующем компьютере. Следующий шаг заключался в том, чтобы связать эти два компьютера между собой. Для выполнения данной задачи был выбран канал Ethernet.

Для того чтобы обеспечить обмен данными между компьютерами по каналу, необходимо в каждый из них поставить дополнительный интерфейсный модуль.

Проблема заключается в том, что стандартные драйверы для сетевых модулей под ОС Windows не обеспечивают детерминированного обмена по каналу. Время передачи пакетов может быть в несколько раз больше необходимого времени. Из-за этого задержки могут доходить до 10 мс. Для рассматриваемого программного обеспечения такие задержки неприемлемы. Поэтому для устранения проблемы использовались драйверы RTX для конкретных интерфейсных модулей и TCP/IP стек реального времени RTX.

Разместив один из интерфейсных модулей на регистрирующем компьютере, мы разделили имитационную среду на два компьютера. Это помогло не только уменьшить время работы программного обеспечения за такт, но и помогло предоставить программе дополнительное время для вычислений.

В будущем при использовании данного подхода в разработке программного обеспечения для выполнения этих действий будет затрачиваться меньше усилий.

Программное обеспечение было реализовано в интегрированной среде программирования C++ Builder 6, поскольку именно это программное обеспечение предоставляет наибольшие возможности в реализации вышепоставленных задач [2, с. 27].

Данный подход в разработке программного обеспечения систем реального времени был успешно применен в разработке программного обеспечения конкретного комплекса имитационного моделирования.

Его рекомендуется использовать на предприятиях, осуществляющих работы и испытания с помощью имитаторов, а также комплексов имитационного моделирования.

Список литературы:

1. Аверилл М. Лоу В. Дэвид Кельтон. Имитационное моделирование. 3-е издание - Изд-во Питер, Издат.группа BHV, 2004. - 848 с.
2. Архангельский А.Я. Программирование в C++ Builder. 7-е издание - Изд-во Бином-Пресс, 2010. - 1034 с.
3. Зыль С.Н. Проектирование, разработка и анализ программного обеспечения систем реального времени – СПб.: БХВ-Петербург, 2010.
4. Кондрашов К.С., Жураковский В.Н., Силин С.И. Инженерный вестник. Принципы проектирования встраиваемых систем на основе программных средств. 2014.