автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.14, диссертация на тему:Автоматизация разработки программного обеспечения логики функционирования космических аппаратов

На правах рукописи Для служебного пользования

•» К

Экз. №

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛОГИКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

05.13.14 Системы обработки информации и управления

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

КРАСНОЯРСК -1995

Работа выполнена в Красноярском государственном техническом университете!

Научным руководитель: доктор технических наук , профессор,

Заслуженныйдеятель науки и техники РФ Соустин Б.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор.

Заслуженный деятель науки и техники РФ Краев М.В:

кандидат технических наук, доцент Вейсов Е.А.

Ведущее предприятие: Научно-производственное объединение

прикладной механики, г. Красноярск-26.

Защита состоится "29" декабря 1995 г. в аудитории Д-438 в "¡4" час. "00" мин, на заседании диссертационного Совета Д.064.54.01 Красноярского Государственного технического университета по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "2'Г ^¿¿¿ц " 1995 г.

Ученый секретарь а у- -^¿рюктор технических наук,

диссертационного Совета,. ,, /^профессор В.Н. Тимофеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Разработка п Эксплуатация современных космических аппаратов (КЛ) непосредственно связана с разработан про-граммпого обеспечения (ПО), которое функционирует как н бортовых комплексах управлении (БКУ). выполненных па основе бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ), так в наземных контурах управления (НКУ). В настоящее время а разработке и эксплуатации космических аппаратов используется сочетание серийных методов с индивидуальным производством, которое характери ;уется с одной стороны высокой степенью унификации 6л ювых программных элементов, методов и методик их разработки, с другой - применением уникального ПО даже в КА одного типа. В процессе эксплуатации КЛ возможно изменение характеристик КЛ и режимов его функционирования, вследствие технических неисправностей или ишенении в программах целевой работы, что отражается на составе и алгоритмах управляющего ПО. В случае выведения КЛ ш нештатных состоянии время разработки управляющего ПО определяет вероятность успешного завершения этой операции и размер ущерба. Поэтому среди множества требований к качеству ПО, методам и методикам его разработки и сопровождения таких как: надежность, эффективность, быстродействие и т.д. можно выделить дополнительные требования: скорость н -эффективность разработки, средства тестирования и анализа, доступность методов и инструментальных средств широкому кругу специалистов. Эти дополнительные требования могут быть достигнуты путем авто-, матизации разработки ПО и применения специальных методов построения управляющего ПО.

Среди методов построения управляющего ПО, направленных на достижение указанных требований, существуют такие, которые ориентированы на создание в ПО БКУ программных машин (ПМ), которые работают в терминах ключевых абстракций и механизмов проблемной области н способны обеспечить заданные требования к качеству управления КА. Большой круг задач, решаемый этими ПМ, обеспечивается адекватностью их структуры и способа функционирования требованиям проблемной области. Реализуются ПМ н виде набора программ бортового ПО, которые в процессе функционирования, путем интерпретации заданных программ, реализуют процесс управления. Будем называть программы для ПМ программным обеспечением логики функционирования (ЛФ) КА.

Эффективность применения ГГМ для управления КА; снижает отсутствие инструментальной и методологической поддержки процесса разработки ПО ЛФ, как единого комплекса средств, что снижает скорость разработки, надежность, эффективность, приводит к нерацио-

пильному использованию человеческих "и материальных ресурсом. Вследствие этого, задача автоматизации разработки ПО ЛФ КА является актуальной.

Нс:и. » залами исследовании. Цепью диссертационной работы является апшмнгнзацил формирования ПО ЛФ за счет создания методов и ал гори т.моп функционирования инструментальных средств автоматизации и методик ах применения: создания алгоритмов и методик разработ ки «нарумзпалышх средств (ИС) автоматизации.

Для дон ижепии намеченной цели были поставлены следующие задачи:

1. Р.иработать формальный способ представления ЛФ, позволяющий осуществлягь раз-рабо'.ку ПО ЛФ в терминах проектировщиков иод-снск'м КА и обеенешваюишн применение автоматизированных методов преобразования в бортовые структуры данных а методов анализа и тестировании с заданными показателями качества.

2. Разработан, алгоритмы функционирования и методики применении ] 1С формирована;! Сортовых структур данных ПО ЛФ с учетом организационных. технических и технологических требований к форме представления выходной информации.

3. Ра ¡работа ¡ь алгоритмы функционирования н .методики применения ПС интерпретации телеметрической информации (ТМИ) а терминах ЛФ.

4. Разработать алгоритмы функционирования и методики применения 11С анализа и тестирования ПО Л ср.

5. Разработать методики и алгоритмы построения ИС автоматизации формирования ПО ЛФ для различных версий ГШ бортового ПО.

Мешдм исследовании. В диссертационно]'! работе использованы методы теории синтаксического анализа ¡1 компиляции. Графой, сетей Петри.

Па защиту пьнюептен следующие основные положения.

1. Способ представления ЛФ в виде программ на языке формирований ЛФ позволяет ее формализовать ц нести разработку на высоко:,! уровне абстракции, доступной широкому крупу разработчиков систем КА. , ** ■ .•

2. Алгоритмы функционирования и-методики применения ИС формирования бортовых структур данных позволяют осуществлять разработку ПО ЛФ с заданными показателями качества.

3. Алгоритмы функционирования и методики применения ИС интерпретации ТМИ позволяют представлять телеметрическую информацию в виде доступном для анализа разработчикам подсистем КА, путем интерпретации содержания ТМИ и ЛФ. ; .

4. Алгоритмы функционирования н методики применения ИС анализа и тестирования позволяют осуществлять анализ заданных характе-

рнстпк ПО ЛФ и проводить огдел1.ныс этапи тестирования ЛФ без привлечения средств наземного отладочного комплекса (НСЖ). 5. Методики и алгоритмы разработки ПС автоматизации формирования ¡1С) ЛФ позволяют создать инструментальные средства для раз-Л!1'!!!!,[X ВСрСНИ борТОПОГО ПО.

{Гаучнпя поп«»»:». Для целен автомат»»знин ргорабшкн ПО ЛФ КА предложен комплексный подход в рамка?; которого разработаны:

1.Способ формализации ЛФ КА в виде программ па языке представления ЛФ. позволяющий разрабатывать, ПО Л<1> широкому кругу проектировщиков подсистем КА.

2. Алгоритмы трансляции и компоновки ПО ЛФ в бортовые структуры данных.

3. Алгоритмы интерпретации ТМИ в терминах ЛФ, па основе синтаксически управляемого перевода ТМИ и программ на языке представления ЛФ в предложения языка представления Г.\П 1.

4. Алгоритмы преобразования ЛФ в сети Петри и их анализа для оценки Характеристик ПО ЛФ: алгоритмы тестирования ПО ЛФ на основе эмуляции сортовой вычислительной среды.

5. Алюрнтмы и методики построения ПС автоматизации формирования ПО ЛФ, на основе их описания в виде атрибутных транслирующих грамматик.

Практическая ценность. Разработанные в диссертации алгоритмы и методик!! автоматизируют разработку ПО ЛФ КА путем создания НС и методик их применения. Применение систем автоматизации формирования ПО ЛФ сокращает сроки и снижает стоимость разработки, увеличивает надежность и улучшает сопровождение ПО. Применение спаем автоматизации упрощает организационно-технологическую схему разработки ПО"нулем исключения промежуточных этапов формализации и кодирования, при этом разработка осуществляется силами специалистов по подсистемам, которые непосредственно формулируют задачи по управлению КА. Системы автоматизации формирования ПО ЛФ позволяют решать новые задачи по тестированию, быстрому восстановлению КА после нештатных ситуации, что стало возможно благодаря сжатым срокам разработки и новым формам представления ПО ЛФ, которые позволяют закладывать его непосредственно в ОЗУ Б1ДВМ средствами НКУ. минуя НОК.

Практическая реализация. 1\1;ггсриал диссертации использован при разработке ряда систем, внедренных в НПО ПМ, с помощью которых создано ПО ЛФ КА ретрансляции, и связи типа "Экспресс" и "Галс", которые эксплуатируются с 1992 г.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на VI Всесоюзной научно-техническая конференции "Опыт создания специального программного обеспечения АСУТГГ в г. Черновцы в 1988 г., на 2-м Всесоюзном совещании по ав-

тома ¡тированному проектированию ПО систем управления движущимися объектами В I'. ХарЬКС'Ке в 1989 г., ни областной научно-технической конференции "Молодые ученые л специалисты-народному хочийсшу" г. 1. Оренбурге 1989 г.. на учредительно!! конференции международной ассоциации но нетрадиционным методам оптимизации в г. Красноярск в 1992 г., на краевой научно-технической конференции "Устройства и системы автоматики автономных объектов" в г. Красноярске в 1987 г.

11хГиШ>1У1!А]Ь_ По теме диссертации опубликовано 8 работ отражающих ее основное содержание.

Диссертация состоит п) введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и четырех приложений. Работа содержит 142 стр. машинописного текста, 15 рисунков и список использованной литературы из 101 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

введении кратко анализируется проблема, обосновывает си актуальность работы р. ее цель, дается перечень вопросов, выносищнчси на защиту.

Г> первгш г.тапс- рассмотрены проблемы управления космическими аппаратами, методы автономного управления и их программная реагипация. Приведен анализ существующих методов и технологий разработки сюрчозого программного обеспечения и поставлена задача исследований.

Особенностями современных и перспективных космических аппаратов ретрансляции и связи с точки зрения целевой работы являются:

* возможность организации одним изделием существенного количестве! каналов связи, в том числе работающих одновременно и в различных режимах;

• возможность проведения'сеансов связи между большим количеством абонентов, в том числе подвижных;

» наличие сложных систем, обеспечивающих проведение сеансов связи, конфигурация которых определяется конкретным сеансом связи п требует реализации достаточно громоздких диаграмм управления элементами систем; ® широкое^использование в средствах, обеспечивающих проведение

сеансов связи , иена груженного резервирования; » наличие в системах, обеспечивающих проведение сеансов связи, значительного числа элементов, участвующих в организации нескольких каналов связи, т.е. элементов общего пользования для нескольких каналов.

Управление конфигурацией аппаратных и программных средств, обеспечивающих проведение сеансов связи с заданными

абонентами п в указанных режимах, поддержание систем КЛ в штатных состояниях является достаточно сложной и реалшуегея программным» алгоритмами с помощью БЦВМ. Известны методы командного, программно-временного и коордипатио-времеиного управления КЛ. Одним из самых современных методой автономного управления является сеансио-временнон метод разработанный В.В. Хартовым н реализованный в системах управления КЛ ретрансляции н связи. Его использование позволяет повысить вероятность автономного функционирования в течение заданного интервала времени и уменьшить интервал подготовки к автономному функционированию. Эти реп-льтаты достигаются путем применения бортовых программ управления, реализованных в виде продукционных систем реального времени, работающих п режиме интерпретации, которые управляют логикой функционирования КА.

Основная существующая методика и технология разработки ПО ЛФ предполагает его кодирование на ассемблере в виде массивов чисел. Организационно-технологическая схема разработки включает лапы: разработка требовании к алгоритмам управления; формализация требований в терминах ЛФ: кодирование: отладка и тестирование на НОК. Каждый этап сопровождается выпуском документации и осуществляется разными группами специалистов. Существующие системы автоматизации малоэффективны из-за табличной формы входной информации, которая неадекватна семантике ЛФ к которые не позволяют осуществлять комплексную автоматшацию. Для перспективных КА сложность и объем ПО ЛФ должны повыситься на порядок и существующие технологии неспособны обеспечить его разработку

Поставленная задача исследовании, предполагает создание комплексного подхода к автоматизации разработки ПО ЛФ, который должен включать способы представления ЛФ. инструментальные средства разработки и методики их применения, а так-же принципы и методики построения инструментальных средств. Среди основных требований которым должны удовлетворять составляющие этого полхода следующие: сокращение числа этапов разработки путем передачи основного обьема работ специалистам по системам; повышение качества а надежности ПО ЛФ; сокращение срока и стоимости разработки; уменьшение степени использования дорогостоящих ресурсов НОК; улучшение н автоматизация документирования; возможность решения новых задач по управлению КА, повышение культуры разработки.

Во второй главе рассматривается формализация ЛФ в виде программ на языке представления^!П) ЛФ, структура и алгоритмы работы транслятора с ЯП ЛФ, методика разработки транслятора с использованием системы построения трансляторов (СПТ), структура и алгоритмы функционирования СПТ.

На основе анализа специфики и маета ПО ЛФ в БПО, технических, ¡ехпологических и организационных особенностей процесса его разработки делается вывод о предпочтительности языковых методов формализации ЛФ. Определяются общие требования к ЯП ЛФ.

Для формализации синтаксиса п семантики .ЯП ЛФ используются атрпб'ушые транслирующие грамматики (А'1 :'). Семантика описывается сбалансированной атрибутной грамматикой. Атрибуты символов грамматики разделены по тинам на синтезируемые, наследуемые, глобальные. локальные и структурные. Атрибутная индукция проводится по статическому методу. На вид семантических правил налагаются ограничения. которые приводят грамматику к Ь типу, что позволяет получать корректно заданные АТГ и применять однопроходные методы синтаксического анализа.

Сншакенческнй анализатор транслятора г> процессе работы осуществляет построение дерева разбора сверху вниз, при просмотре программы слева направо. Для этого синтаксис АТГ приводится к ЬЬ(1) типу. Приводятся ограничения па вид грамматических правил, при которых грамматика принадлежит к ЬЦ1) типу. Предложено применение метода рекурсивного спуска для реализации синтаксического анализа. Описаны правила проведения атрибутной индукции, генерации кода н синтаксического анализа. Предложен способ нейтрализации сиптт'сч-ческих*! семантических ошибок, основанный ка динамическом форми-ройаннп .множеств символов возобновления разбора. Приведена структура транслятора и принцип;,I его программной реализации.

В 1-СА различного типа, а зачастую 11 среди КА одного типа, БПО содержит различные версии программ, реализующих ЛФ. Это обстоятельство делает актуальной задачу автоматизации построения ИС разработки ПО ЛФ. Для решения этой задачи была разработана СПТ, позволяющая по АТГ строить трансляторы описанного типа.

Входной язык СПТ на котором формализуется АТГ языка представления ЛФ позволяет описать типы атрибутов, множество символов алфавита грамматики и их атрибуты, множество грамматических и семантических правил с описанием множества синтаксических ошибок , используемые библиотеки и начальный символ грамматики. В состав СПТ, входит транслятор с языка представления АТГ, таблицы внутреннего представления АТГ, анализатор грамматики, матрицы анализа грамматики и синтезатор транслятора. Построение транслятора производится в три этапа. На первом выполняется трансляция АТГ языка представления ЛФ и заполнение таблиц внутреннего представления АТГ.

На втором этапе производится вычисление матриц анализа грамматики и проверка корректности АТГ. При заполнении матриц анализа грамматики, производится вычисление следующих отношений между символами алфавита грамматики и их рефлексивно-

транзитивные замыканий' выводимости пустых строк, непосредственного предшествования, предшествования, следования и непосредственного следования, завершения н непосредственного завершения. При проверке корректности. производится анализ принадлежности ЛУГ класс>' LL(!) и анализ корректности атрибутных схем. Диализ принадлежности грамматики классу 1.1.(1) прои (водится путем проверки на непустоту пересечения множеств символов выбора правил грамматики с одинаковой левой частью, для чего используется матрица множеств символов выбора правил. Проверка корректности атрибутных схем для локальных атрибутов проводится на проверку ограничений для ATT L -типа. Необходимее условие корректности применения глобального атрибута а семантическом лр;шилс проверяется с использованием отношения выводимости символов алфавита грамматики, которое строится по AT Г.

Третий этап выполняется в случае успешного завершения первого и второго и заключается в синтез программы-транслятора для языка представления ЛФ. Сннтешрованнын транслятор представлен в виде программы на языке Borland Pascal. В процессе синтеза генерируются последовательно таблицы лексем, ссылки на библиотеки, типы данных атрибутов символов ¡раммапшп, глобальные атрибуты символов, синтаксические процедуры, осуществляющие синтаксический анализ и атрибутную индукцию и тело программы. В списке библиотек описываются те библиотеки..которые содержат набор общих для всех трансляторов утилит и структур данных, таких как', .лексический анализатор, таблица идентификаторов, процедура обработки ошибок, генератор листинга н т.д. В указанных библиотеках должны присутствовать процедуры генерации кода которые сопоставлены терминальным символам действий алфавита грамматики.

Описана методика ра«работки транслятора ятя ЯП ЛФ с использованием С'ПТ. На нервом этапе разработки принимаются решения о внешнем виде языка и формализуют их в виде грамматики LL(1) типа. Семантические правила и символы действия на этом этапе в грамматику не включаются. Производится отладка грамматики с применением известных правил эквивалентных преобразований и прогонкой ее через СГ1Т до получения корректности по признаку LL(1). Этап заканчивается проверкой эквивалентности грамматики проектируемому языку. Для этого строится транслятор, содержащий только синтаксический анализатор, который используется для трансляции набора синтаксически правильных, н неправильных программ на ЯП ЛФ. Правильные программы допускаются, реакция на неправильные должна быть соответствующей ошибке.

На втором этапе в АТГ включается атрибутная индукция и генерация кода. При эгом процедуры генерации кода разрабатываются вручную на Borland Pascal с учетом заданных соглашений. Произво-

дится отладка грамматики, разработка процедур генерации кода, затем интеграции, отладка и тестирование полученного транслятора па наборе тестовых программ.

На трегьем этапе производится комплексная проверка транслятора в составе системы автоматизации разработки ПО ЛФ па НОК, по .методиках! принятым для испытания ПО Ь>\У.

Третья глава посвящена решению задачи интерпретации телеметрической информации в терминах ЛФ КА, для чего разработана схема синтаксически управляемого перевода, принципы ее программной реализации. I! методика разработки программы интерпретации ТМИ.

ТМИ, принимаемая с КА средствами ИКУ, представляет собой массивы двоичной информации, которые необходимо расшифровать и интерпретирован» чтобы она стала доступной для анализа н использования. Рассмотрены общие механизмы формирования ТМИ в БКУ, связь ТМИ с бортовыми программами реализации ЛФ н с ПО ЛФ. Сделан вывод о необходимости применения языковых средств представления для интерпретации семантики ТМИ. Интерпретация ТМИ в предложенном подходе представлена как процесс перевода цепочек символов ЯП ЛФ в цепочки символов языка интерпретации (Я И) ТМИ. управляемый цепочками символов ТМИ. Для формализации механизма интерпретации использовались методы синтаксически управляемого перевода.

Массив ТМИ состоит из набора элементарных корз-ежеп. Генерация каждого кортежа происходит в процессе функционирования КА, при интерпретации некоторого множества функциональных объектов ЛФ. Этому множеству объектов соответствует некоторое множество предложений программы на ЯП ЛФ. При известных алгоритмах работы БПО, по программе на ЯП ЛФ можно определить множество типов кортежей, которые способно сгенерировать ПО БКУ. В разработанной схеме перевода принято, что некоторому предложению аеЛ(О) ЯП ЛФ, заданного АТГ в, может соответствовать множество предложений Я И ТМИ, причем необходимость осуществления перевода

определяется присутствием в ТМИ кортежей заданных типов и их параметрами. Для реализации схемы алфавит АТГ ЯП ЛФ расширяется терминальными символами действий (ТСД) "СОПОСТАВИТЬ", "ВЫДАТЬ", "ПРЕОБРАЗОВАТЬ". "ВСТАВИТЬ" с набором атрибутов. Транслятор ЯП ЛФ построенный по расширенной грамматике в процессе разбора некоторого предложения а на языке описания ЛФ А(С'), заданного расширенной АТГ С, осуществляет параллельный перевод из а в множество /3-. Каждая ¡}. начинается ТСД

"СОПОСТАВИТЬ" и продолжается кортежем ТСД типа "ВЫДАТЬ", "ПРЕОБРАЗОВАТЬ". "ВСТАВИТЬ".

В программной реализации ТСД "СОПОСТАВИТЬ" соответствует вызову процедуры поиска в ТМИ кортежа, тип I которого задан наследуемым атрибутом "тип" этого ТСД. В случае успешного поиска для Р- открывается поток вывода, который возвращается в синтезируемом атрибуте "поток". Конкретная информация, которая будет помещена в текст интерпретированной ТМИ, определяется значениями атрибута "строка" ТСД "ВЫДАТЬ". Атрибут "поток" ТСД "ВЫДАТЬ" определяет поток вывода информации. Если поток не открыт, то реальная выдача не производится и таким образом отсекается ненужный перевод. Процедура, связанная с ТСД "ПРЕОБРАЗОВАТЬ", осуществляет преобразование параметров кортежа ТМИ в заданную форму. Атрибут "поток" этого ТСД играет роль флага необходимости преобразования, наследуемый атрубут "адрес" указывает на кортеж ТМИ. Процедура связанная с ТСД "ВСТАВИТЬ" предназначена для вставки в текущую [>/ некоторой другой у ^ е Л?. которая может быть

переподом цепочки хеЛ(С),

Программа интерпретатора ТМИ, реализующего разработанную схему интерпретации, построена на основе транслятора с ЯП ЛФ. Ведущий алгоритм интерпретации на первом этапе расшифровывает массив ТМИ, выделяя кортежи. Для каждого кортежа формируется заявка на интерпретацию. В процессе интерпретации каждое выполнение процедуры связанной с "ВСТАВИТЬ" формирует новую заявку, которая вставляется в граф заявок. После завершения интерпретации заявки она удаляется из графа. Поскольку, в общем случае, за одни проход по тексту программы завершить интерпретацию нельзя, ведущий алгоритм интерпретации циклически запускает транслятор до тех пор, пока все заявки не будут выполнены или будет обнаружена невозможность их выполнения. Число проходов зависит от С и конкретной ТМИ. Для реализованных систем число проходов не превышает 3.

Рассмотрена методика построения интерпретатора ТМИ, основанная на методике разработки транслятора для ЯП ЛФ с использованием СПТ. В качестве основы используется АТГ ЯП ЛФ из которой удаляются все семантически^ правила и ТСД генерации кода, которые не являются необходимыми для процесса интерпретации. Производится разработка процедур связанных с пзеденнымн ТСД, процедуры ведущего алгоритма интерпретации и расшифровки ТМИ. Полученный после комплексироваиия интерпретатор ТМИ отлаживают н тестируют на тестовых программах и массивах ТМИ. Последним этапом является отладка н тестирование на НОК.

В четвертой главе рассматривается анализ и тестирование ПО ЛФ, при решении которой разрабатывается методология построения модели ПО ЛФ в виде интерпретированных сетей Пег^и. ставятся в терминах этой модели содержательные задачи исследования, приво-

дятся способы их решения и разрабатывается структура и алгоритмы функционирования программы анализа и тестирования (ПАТ).

На основе анализа технических, технологических и организационных моментов процесса разработки ПО ЛФ делается вывод о необходимости предварительного анализа и тестирования ПО ЛФ ия этапе разработки текстов программ до начала этапов компоновки, комплексной отладки и тестирования на НОК и летно-космнческих испытании. Определяется набор параметров которые необходимо оценивать в процессе разработки, к которым относятся: время выполнения и объем памяти функциональных элементов ПО ЛФ, структура их функциональных зависимостей. Определяются требования к процедуре тестирования ПО ЛФ, которые возможно выполнить без привлечения ресурсов НОК.

Предлагается модель ПО ЛФ в виде интерпретированных сете!! Петри. Множество позиции сети, моделирующей ПО ЛФ, определяет пространство состоянии ПМ ПО БКУ, множество переходов позволяет определить множество событий, возможных в ПМ. Для учета временных параметров процессов управления применены временные переходы, для реализации причинно-следственных связей применены предикатные переходы. Процесс выполнения ПО ЛФ моделируется срабатыванием переходов и изменением разметки модели. .

Для, определения объема памяти, который занимает некоторый фрагмент ПО ЛФ, каждому переходу модели сопоставляется значение, соответствующее размеру того фрагмента кода программы ЛФ, который обрабатывает это событие. Объем памяти некоторого фрагмента или модуля ПО ЛФ определяется суммированием этих значений для всех переходов, соответствующего фрагмента сети. Время выполнения участков программы, при ее выполнении по заданной трассе, определяется суммированием времен срабатывания всех временных переходов входящих в такую последовательности запусков, которая соответствует этой трассе.

При исследовании структуры функциональных зависимостей, проводится анализ необходимых условии возникновения тупиков и блокировок при реализации параллельных, асинхронных и взаимодействующих процессов управления. Проверяется выполнимость заданных алгоритмов при заданных состояниях бортевой'вычислительной среды. Этот анализ сведен к соответствующим задачам определения активности н достижимости сетей Петри, которые решаются путем построения дерева достижимости.

Тестирование ПО ЛФ позволяет определить ошибки в логике программы. При этом тестируется только само ПО ЛФ, учет функционирования объектов управления и возмущающих воздействий на них производится через входные и выходные параметры управления, в терминах ЛФ. Тестирование группы параллельно выполняющихся

процессов управления производится путем трассировки срабатываний переходов соответствующих фрагментов сети, и проверки соответствия этой трассы проектируемым алгоритмам.

Разработаны структура ПАТ, которая показана на рис. 1. Программа построена в объектно-ориентированном стиле и реализует элементы модели г. виде объектов. Каждом! позиции модели сопоставлен обвект - позиция, который имеет список объектов-переходов которые связаны с ним в модели. Аналогично реализуются переходы присутствующие в модели. Активизация переходов и движение меток по модели реализуется путем посылки сообщении между обгектами. Диспетчер выполнения сети управляет модельным временем, активизацией временных переходов и последовательностью запусков переходов.В методической части объектов реализованы функции обмена информацией с диалоговым интерфейсом, процедурами анализа и процедурой формирования отчета. Модель, автоматически строится по программе па >1П ЛФ, с помощью транслятора, который входит в состав программы анализа и тестирования.

(Программа из ЯП ЛФ 1

Диспетчер аил:

ССТ1!

Управление модельным

Транслятор

Дналоговьи интерфейс

пользовате*

ркт1

акт!

' (Протокол аналнУа*!! компоновки )

Рис. Г. Структура программы анализа и тестирования

Методика построения ПАТ включает разработку транслятора с ЯП в модель ПО ЛФ, с применением ОПТ. Разрабатывается модель бортовых программ реализации ЛФ, которая учитывает различные моменты, которые зависят от параметров компоновки ПО ЛФ, таких как приоритет процессов и характеристики ПМ БКУ. Разрабатываются классы для реализации объектов-позиций и объектов-переходов, разрабатываются прочие программные утилиты и проводится отладка и тестирование. Привлечения средств НО К для тестирования ПАТ не требуется, однако необходима проверка адекватности результатов работы ПАТ. бортовым аналогам.

В пятой глине приводится описание разработанной автором системы автоматизации разработки ПО ЛФ для КА типа "Экспресс" (система РЕАЛ), при этом приводится описание бортовых программ реализации ЛФ, описывается ЯП ЛФ, рассматривается состав и структура системы и методика разработки ПО ЛФ с ее помощью.

В состав борто.вых программы реализации ЛФ входят программы СЕАНС. ДЕЖУРНЫЙ КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА, ИСПОЛНЕНИЕ КОМАНД и ПРОГРАММА ВРЕМЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ. Комплекс этих программ, составляющих программную машину, решает задачи управления и диагностики. Система команд что» ПМ позволяет разрабатывать алгоритмы управления и диагностики в виде множества параллельных, асинхронных и взаимодействующих процессов. Функционирование ПМ производится в терминах состоянии. событии и действии. ПО ЛФ для управления и диагностики можно представить в виде множества продукции, активизация которых может осуществляться явно или неявно с использованием различных временных и причинно-следственных механизмов.

Язык представления ЛФ для КА типа "Экспресс" - РЕАЛ, позволяет разрабатывать ПО ЛФ на нескольких уровнях абстракции. Нижний уровень, обеспечивающий программирование ассемблерного типа, позволяет непосредственно управлять ресурсами ПМ. На более высоких уровнях языковые конструкции позволяют скрыть детали реализации ПМ от разработчика.

К основным синтаксическим конструкциям можно отнести: « блок определения объектов в котором разработчик может определить переменные и типь; данных; • блок определения процесса, состоящий из определения множества предикатов и команд управления, В условной части предикатов производится определение состояния бортовой вычислительной среды, путем опроса программных и аппаратных каналов, в части вывода заявки команд реализации действий по управлению КА с различными временными задержками;

"» блок определения сектора технического состояния, с помощью которого реализуются диагностические алгоритмы для заданной подсистемы, который состоит из набора предикатов нормального и аномального состояния; » блок определения рекомендации позволяет описать алгоритм исправления аномальной ситуации обнаруженной в процессе диагностики;

• блок определения вектора сопутствующих параметров позволяет определить состав и алгоритмы формирования н передачи в НКУ ТМИ;

» блок определения дежурных параметров позволяет определить состав парлл!етров значения которых должны постоянно контролироваться программой ДЕЖУРНЫЙ КОНТРОЛЬ; » блок определения команды позволяет описать последовательность действий, с помощью которых ПМ воздействует на бортовую вычислительную среду, при заявке команды из НКУ пли ПО ЛФ.

. В состав системы РЕАЛ входят программы : транслятор, компоновщик, интерпретатор ТМИ и программа анализа и тестирования. Программа компоновки осуществляет формирование ПО ЛФ в бортовые структуры данных. Выходной код может быть представлен в виде текста программы на ассемблере ЕС ЭВМ или в виде массивов двоичной информации в формате абсолютной загрузки в ОЗУ БЦВМ по программно» радиолинии. Выход первого типа позволяет интегрировать ПО ЛФ в состав ПО БКУ типовыми средствами с использованием НОК. выход второго типа можно использовать для прямого управления КА средствами НКУ, милуя НОК.

Информационная структура системы позволяет использовать информацию о текущем состоянии ПО ЛФ КА для обеспечения корректности модификаций в процессе эксплуатации и поддержки процесса формирования конфигурации ПО ЛФ. В наборе файлов сохранения конфигурации сохраняется информация о ПО ЛФ, прошитом в ПЗУ, параметры компоновки. Связь с бортовым ПО, внешним по отношению к ПО ЛФ, осуществляется через файл определения глобальных символов. Для документирования ПО ЛФ используются в качестве основных документов тексты программ на РЕАЛе и протокол компоновки. В качестве дополннтельнительного - ПО ЛФ в виде ассемблерного текста.

Методика разработки и сопровождения ПО ЛФ с использованием системы РЕАЛ предполагает этапы разработки текстов программ, этап компоновки и комплексной отладки и этап сопровождения. Разработка текстов программ осуществляется специалистами по подсистемам и завершается предварительным анализом к тестированием ПО ЛФ с помощью программы анализа и тестирования.

i4

На этапе компоношси и комплексно]"! отладки производится конфигурирование ПО ЛФ и его отладка на НОК. Процесс конфигурирования проводится специалистами по ПО БКУ и включает, среди прочего, распределение блоков ПО ЛФ и памяти БЦВМ, распределение их между ОЗУ п ПЗУ и т.д. Для этого используются диалоговые средства компоновщика. Комплексная отладка па НОК проводится по методикам принятым для испытании подсистем.

Этап сопровождения включает операции модификации ПО ЛФ и интерпретации ТМИ. Модификация ПО Л<15 производится с учетом текущей конфигурации, что поддерживается средствами компоновщика.

Систем;', РЕАЛ работает на компьютере зила IBM PC в среде MS DOS. Общий объем программ входящих в систему 850 кб.

В приложение включены описание бортовых программ реализации ЛФ, синтаксис языка РЕАЛ для КА типа "Экспресс".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенных в работе исследований разработаны методы, модели, инженерные методик:: и структуры лежащие и основе практической реализации системы автоматизированного формирования программного обеспечения логики функционирования космическими аппаратами ретрансляции п связи, обеспечивающей разработку и сопровождение ПО ЛФ с заданными показателями качества i: с учетом существующих ресурсных ограничений. При этом . получены следующие основные научные и практические результаты работы:

1. Установлена необходимость построения систем автоматизирование' го формирования ПО логики функционирования космических аппаратов.

2. Разработан способ формализации логики функционирования в виде программ па языке представления ЛФ, позноляющин улучшить технологию разработки при которой сокращается число этапов и основной объем работ выполняется специалистами по системам. Разработан способ описания синтаксиса а семантики языка представления ЛФ в виде атрибутной транслирующей грамматики, гюторый позволяет формализовать процесс разработки транслятора. Разработана типовая структура ц способ функционирования транслятора для языка представления ЛФ, которая обеспечивает построение трансляторов для широкого класса языков. Разработана система автоматизации построения трансляторов для Языков представления ЛФ и методика ее использования, обеспечивающая поддержку разработки трансляторов с высоким уровнем автоматизации.

3. Разработан способ интерпретации телеметрической информации в терминах ЛФ, который позволяет осуществлять ее анализ в доступном для обслуживающего персонала виде. Разработана структура и

атгорэтмм функиионнроааиня программы нтерирстатора TMII, кгорая реализует этот способ. Предложена методика построения интерпретатора, 'ивгома'пшрующая процесс его разрабопш, путем примспсшгл СПТ и меютика процесса интерпретации TMW. позволяющая coî.-pamrb время анализа и учитывающая организационные п телннческис особенности )правления КЛ. -I. Предложено для i,-;ci роенил модели ПО ЛФ иеиол!лоп!гп. сети Петри. чго позволяегОодсе ирссю проводин, а на, ни и чссгнроианпе ПО ЛФ. Пред'гожеи сиосоо р.-ирлботкн модели ПО ЛФ исиоямуя программу fia языке представления ЛФ..чго позиолило ироу>»днгь ее автоматическое и алскпатиос iiocrpocniic. Для решения задач по анализу и тести роъяишо ПО ЛФ разработаны соочастсгьукппие способы ашкш'а : ¡одели. Разработали структура, способ функционирования и мелодика построения программы диалогового анализа и тестирования. которая позволяет определять и устранят!) логические ошибки, '.оценивать качественные и количественные характеристики ПО ЛФ ICA до начала стендовых и летио-косм»песких испытаний без привлечения средств МОК. 5. Предложенный подход по автоматизации разработки ПО ЛФ реализован в системах РЕДЛ для КЛ типа "Экспресс" и "Галс". Ра »работа! ta методик? позволяющая с максимальной эффективностью использовать эти системы.

Разработанные методы, структуры и алгоритмы положены в основу систем автоматизированного формирования программного обеспечения логики функционирования используемых в НПО прикладной механики для разработки космических аппаратов связи и ретрансляции и прошли прзхтичгскую проверку на всех этапах испытаний и эксплуатации в штатных н нештатных ситуациях и показали свою высокую эффективность.

Результаты полученные в диссертации включены в рабочие проекты, отчеты по НИР л техническую документацию на системы автоматизации разработки ПО ЛФ К А типа "Экспресс" и "Галс". По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Драч В.В.,Ковалев. И.В. Оптимизация состава программ управления автономным 'обт.ектом./Юптнмштшя режимов .работы систем элек-троприподсв.Мегкпузспсглч! сборпшс.Краеноярск, 1992.- с.26-30

2. Драч В.В., Легаго?. Д.И., Хартоз З.В. Система для разработки программного обсспе';с:лдл »строенных ЭВМ//Молодые ученые и специалисты- народному хозяйстяу .Областная научно-техническая коиферен-ция.Ореибург,1939.-сЛ9-20. .

3. Драч В.В.,Легалов А.И.,Соустии»Б.П. Система программирования для разработки параллельных процессов управления.//Устройства и системы автоматики автономных объектов. Крас^я научно-техническая конференция. Красноярск.! 987,- с.55

4. Драч В.В. и др. Разработка и использование языка программирования автономных объектов//У1 Всесоюзная научно-техническая конференция "Опыт создания специального программного обеспечения АСУТП".Черновцы, 1988,-с. 11-12

5. Драч В.В.,Легалов А.И. Язык программирования встроенных ЭВМ//Тез. докл. 2-го Всесоюзного совещания по автоматизированному проектированию ПО систем управления движущимися объектами. Харьков, 1989. -с. 229

6. Драч В.В. Разработка ПО автономных объектов с использованием специализированного языка//Живучесть и реконфигурация информационно-вычислительных и управляющих систем. Тез. докл. 11 Всесоюзной научно-технической конференции -М.,1988 г.-Вып. I "Теоретические основы живучести информационно-вычислительных и управляющих систем"-с. 39.'

7. Антамошкин А., Драч В., Козлов А., Шелудько В., Ковалев И. Задача оптимизации программного обеспечения бортового комплекса' управления (англ.) //Труды учредительной конференции международной ассоциации по нетрадиционным методам оптимизации.- Красноярск: КИКТ, 1992,-с. 10-14.

8. Драч В., Ковалев И. Оптимизация состава модулей управляющего программного обеспечения. //Экстремальные задачи и их приложения.-Нижний Новгород : изд-во ННГУ, J992. с. 37.