CC BY
23CALS-система разработки бортовых управляющих
программ
Калентьев А.А., Трусов В.С. (vitalyt@bee-s.com), Тюгашев А.А.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Концепция CALS - Computer-aided Acquisition and Logistic Support -компьютерная поддержка процессов поставок и логистики, зародилась в 80-х годах в военном ведомстве США как подход к повышению эффективности управления и планирования госзаказов с целью сокращения затрат на организацию информационного взаимодействия государственных учреждений с частными фирмами при формализации требований, заказа, поставок и эксплуатации военной техники. Доказав свою эффективность, концепция прошла путь последовательного совершенствования и, сохранив аббревиатуру CALS, получила более широкую смысловую трактовку - Continuous Acqusition and Life cycle Support - непрерывные поставки и поддержка жизненного цикла продукции.
В нашей стране также проводится разработка и внедрение CALS систем. Их заказчиками являются крупные предприятия оборонной промышленности и близких к ней отраслей, таких как космическая, авиационная /3/. В данной статье предлагается CALS-система разработки управляющих программ для летательных аппаратов.
Современные летательные аппараты являются классическим примером сложных технических систем, состоящих из большого числа различных подсистем, приборов и датчиков. Для синхронизации работы и эффективного управления всеми приборами и агрегатами аппарата все его управляющие функции сосредоточены в бортовом вычислительном комплексе /2/.
Бортовой вычислительный комплекс должен обеспечивать синхронную и бесперебойную работу всего комплекса бортовой аппаратуры с целью выполнения программы полета и решения целевых задач, возникающих на разных этапах полета. Все эти функции реализуются управляющей программой, загруженной в память бортового вычислительного комплекса. Обычно выделяют несколько управляющих программ, предназначенных для координации действий бортовой аппаратуры в одном из режимов функционирования летательного аппарата. Такие алгоритмы называются алгоритмами режима.
Современные управляющие алгоритмы режимов состоят из сотен тысяч строк кода. Разработка таких алгоритмов - сложная и трудоемкая задача, в связи с этим актуальной остается задача простого и удобного их описания и автоматизации их создания на всех этапах жизненного цикла алгоритма.
Согласно ЕСПД, жизненный цикл управляющего алгоритма режима можно представить в следующем виде.
Рис. 1 - Этапы жизненного цикла управляющего алгоритма
В настоящее время создание управляющих алгоритмов режима происходит по следующей схеме. На начальном этапе выдвигаются некоторые требования к режиму и особенностям функционирования летательного аппарата в этом режиме. Затем инженер-конструктор проектирует алгоритм, описывая требования к нему на естественном языке. При этом он руководствуется, в основном, логикой управления бортовой аппаратурой при решении той или иной задачи в рамках режима. Основными при этом являются логические связки согласования по времени выполнения отдельных частей алгоритма.
Готовое описание алгоритма передается непосредственным разработчикам, которые на его базе должны создать текст программы на языке ассемблера, а также составить программную документацию на алгоритм, включающую временную диаграмму и блок-схему. Затем программа, реализующая алгоритм, отлаживается на эмуляторах и, если необходимо, дорабатывается. На последней стадии программа должны быть загружена в ПЗУ бортового вычислительного комплекса и протестирована.
Учитывая большое число приборов и подсистем, нуждающихся в синхронизации и управлении, становится очевидной сложность управляющего алгоритма. Требования к алгоритмам режима, составляемые на начальном этапе разработки, нередко занимают более трех десятков страниц текста. При этом крайне высока цена ошибок в алгоритме, ведь даже небольшое нарушение в синхронизации может повлечь потерю летательного аппарата.
Естественно, разработка алгоритмов режима является достаточно трудоемкой задачей, требующей автоматизации. При этом, учитывая большое количество людей, занятых в проектировании и разработке алгоритмов режима, становится очевидной необходимость создания интегрированной информационной среды, позволяющей охватить все стадии жизненного цикла алгоритмов режима. Таким средством является СДЬБ-система ГРАФКОНТ, разрабатываемая и внедряемая сотрудниками Самарского государственного аэрокосмического университета.
Система ГРАФКОНТ представляет собой комплекс программ, предназначенных для разных стадий разработки и обменивающихся друг с другом данными в соответствии с ЕСПД. Все данные об алгоритме на каждом
шаге хранятся и передаются в виде информационных объектов. Основные модели и структуры данных системы ГРАФКОНТ представлены на рисунке 2.
Рис. 2 - Структура системы ГРАФКОНТ
С помощью модулей системы ГРАФКОНТ инженер конструктор уже на начальном этапе может формализовать требования к алгоритму и представить их в виде термального описания. Термальное описание алгоритма строится на базе формальной теории разработанной А.А. Калентьевым и описанной в /1/.
Такое описание позволяет представить алгоритм режима в виде индуктивной последовательности термов, построенных на базе элементарных программ (функциональных задач), которыми оперирует алгоритм.
На основе термального описания инженер-конструктор может построить многовариантную и многовходовую модели управляющего алгоритма. Эти модели описывают структуру алгоритма соответственно в логическом и временном пространствах, что позволяет легче отслеживать вероятные ошибки, такие как потеря логической ветви.
Многовходовая модель управляющего алгоритма служит основой для построения временной диаграммы. При этом с помощью входящего в систему визуального конструктора пользователь может как открыть имеющуюся многовходовую модель, так и сконструировать временную диаграмму алгоритма «с нуля», используя описание алгоритма. Для построения диаграмм в визуальном конструкторе служит специально разработанный графический язык, позволяющий пользователю оперировать элементарными объектами временной диаграммы.
На последнем этапе разработки по временной диаграмме управляющего алгоритма генерируется блок-схема программы, реализующей алгоритм. Затем с помощью генератора ассемблерного текста строится текст программы, который отлаживается на эмуляторе. Для того чтобы удостовериться, что ни одна логическая ветвь алгоритма не потеряна и выполняется правильно, предназначен модуль генератора отладочных заданий, который позволяет получить все варианты работы алгоритма, загружаемые затем в эмулятор.
Таким образом, в ходе своего жизненного цикла управляющий алгоритм режима представлен различными наборами данных, позволяющими получить всю конструкторскую документацию на алгоритм, как в электронном виде, так и на бумажном носителе. Основными видами документов на алгоритм являются временная диаграмма и блок-схема. Пример временной диаграммы управляющего алгоритма, построенной в визуальном конструкторе системы ГРАФКОНТ, показан на рисунке 3.
Рис. 3 - Пример временной диаграммы управляющего алгоритма в визуальном
конструкторе
Визуальный конструктор позволяет пользователю уже на этапе проектирования видеть расположение временной диаграммы алгоритма на чертежных листах и быстро и удобно получать бумажные копии документов. Кроме того, для обеспечения совместимости с другими графическими редакторами и редакторами блок-схем в визуальном конструкторе реализована возможность экспорта построенной временной диаграммы в файлы обмена чертежами dxf.
Таким образом, программный комплекс ГРАФКОНТ реализует СДЬБ-технологию для автоматизации процесса разработки управляющих алгоритмов режима и позволяет.
• Координировать действия разных людей, взаимодействующих в процессе разработки.
• Объединить весь процесс разработки алгоритмов режима в единую информационную среду.
• Сократить трудоемкость разработки алгоритмов управления, благодаря использованию визуальных средств проектирования.
• Отслеживать ошибки в алгоритме уже на ранних стадиях разработки.
• Хранить алгоритм в виде электронных таблиц, что позволяет легко редактировать уже разработанные ранее алгоритмы и повторно их использовать
В данный момент программный комплекс ГРАФКОНТ находится на этапе тестовой эксплуатации в ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс» и уже получил положительные отзывы ведущих инженеров-конструкторов этого предприятия.
Список использованных источников
1 Калентьев А.А. Автоматизированный синтез алгоритмов асинхронного управления техническими системами с множеством дискретных состояний. — Самара: СГАУ, 1998г. - 204 с.
2 Космические аппараты систем зондирования поверхности Земли / Под ред. Д.И. Козлова - Москва: Машиностроение, 1993 - 367 с.
3 Борисов В.В., Бычков И.А., Дементьев А.В. Компьютерная поддержка сложных организационно-технических систем - М.: Горячая линия -Телеком, 2002. 154 с.
