Диссертация (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 13

Сам процесс разработки и отработки описан много раз и, несмотряна это, остается трудоемким и для больших комплексов слабо наблюдаемым.84Рисунок 2.7. Структурная схема БКУ КА «Спектр-Р»Описание программного обеспечения, согласно ГОСТам, руководящимдокументам и учебным пособиям, производится несколькими способами: блоксхемамиалгоритмастаблицамииспользуемыхпеременных,текстовымописанием и текстом программы на используемом языке [5], [153].

Такой способописания в первую очередь направлен на документирование ПО и обеспечениеработы разработчика ПО. Существующие методы документирования ПО уделяютповышенное внимание к вопросам программирования, при этом мало описываяархитектуру ПО и общую логику работы системы.Однако, даже при достаточно полном документировании ПО, для большихкомплексов ПО зачастую, наступает момент, когда уже и разработчикам ПОсложно разобраться в существующем ПО, восстановить связи внутри ПО ипровести необходимые корректировки.В настоящее время наблюдается расширение области задач разработкипрограммного обеспечения, в которых применяются графические средства85разработки ПО, в том числе и для применения в БКУ КА [122], [123]. Одним изметодов улучшения процессов, связанных с разработкой и отработкой ПО,является применение современных графических средств системного анализа[124], [125], [126], [127].2.5.1.ОСОБЕННОСТИПРОЦЕССАРАЗРАБОТКИБОРТОВОГОПРОГРАММНОГООБЕСПЕЧЕНИЯПрограммное обеспечение бортовых комплексов управления космическимиаппаратами является сложным и многосвязанным продуктом [5], [7], [8].Стандартных методов описания ПО недостаточно для исчерпывающего инаглядного документирования функционирования ПО.Основными официально признанными методы описания программногообеспечения являются тексты программ, текстовое описание программ и блоксхемы алгоритмов.

Очевидно, что перечисленные методы описания обладаютусловием необходимости, но условием достаточности нет. О недостаточностиописания говорит хотя бы тот факт, что каждый раз при разработке, доработке иотладки любого программного обеспечения уходит большое количество времении ресурсов на изучение функций, переходов и взаимодействия между отдельнымичастями кода.Актуальность задачи отслеживания взаимодействия и переходов междуотдельнымичастямипрограммногообеспечениявызванаповсеместнымприменением модульного принципа во всех сферах техники, особенно вразработке ПО [5], [7], [8], [129], [136].Состав алгоритмов БПО существенно зависит от целевого назначения КА,особенностей конструкции, бортовой аппаратуры [7], [8]. Среди возможныхнаправлений исследований можно выделить задачи унификации алгоритмовсистем управления и автоматизации их разработки.

Решение этих задач приводитк созданию эффективных методов проектирования архитектуры универсальногоБПО БКУ.86На каждом этапе разработки архитектуры БПО производится выпусксоответствующейдокументации:протоколыинформационно-логическоговзаимодействия, различные перечни и др. документы, чаше всего в текстовом илитабличном виде, реже в виде схем, например, структурных. При этом известно,что для человеческого восприятия более понятным является именно графическоепредставление информации (особенно в случае сложных многокомпонентныхсистем) [122], [123], [129], [136].

Однако используемые графические средства содной стороны должны быть понятны для всех, т.е. стандартизированы, а сдругой отражать специфику задачи и быть наглядны и удобны, что часто входит впротиворечие. Так, например, наиболее часто используемые блок-схемыалгоритмов ЕСПД слабо приспособлены для рассматриваемой задачи.Одним из методов улучшения процессов, связанных с разработкой иотработкой ПО, является применение современных графических средствсистемного анализа [122], [123], [124], [125], [126], [127]. В настоящее времянаблюдается расширение области задач разработки программного обеспечения, вкоторых применяются графические средства разработки ПО, в том числе и дляприменения в БКУ КА [5], [6].Целью разработки метода являлась адаптация существующих графическихсредствописаниясложныхграфического описанияиерархическихи документированиясистемПОдлядополнительногоБКУ для обеспечениянаблюдаемости структуры, допустимых состояний и режимов работы, связеймежду подсистемами и соответствующего упрощения отладки системы.2.5.2.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕСОВРЕМЕННЫХ ГРАФИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СИСТЕМНОГОАНАЛИЗАНаиболее подходящим для рассматриваемой задачи можно считать языкSystem Modeling Language (SysML), развиваемый как расширение UML в целяхразработки, анализа и верификации сложных динамических систем. SysML87является графическим языком моделирования, который реализует анализ,спецификацию, разработку и проверку сложных систем [125], [126].Язык SysML представляет собой набор из диаграмм различного назначения,объединенные в группы по назначению: структурные, поведенческие (диаграммыдеятельности,последовательности,состояния,вариантовиспользования),диаграммы требований.Простейший пример диаграммы состояний изображен на Рисунке 2.8.Данная диаграмма отражает работу светофора, состояния, в которых находитсясветофор, и переходы между состояниями.По результатам анализа стандарта можно сделать вывод о том, что этидиаграммы практически полностью соответствуют по назначению сложившимсяэтапам разработки архитектуры ПО, хотя и имеют определенные отличия, как,впрочем, и любое новшество [127].Рисунок 2.8.

Диаграмма состояний светофора в описании ГССА882.5.3.ПРИМЕРЫПРИМЕНЕНИЯДИАГРАММСОСТОЯНИЙВРАЗРАБОТКЕПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМАППАРАТОМДополнительным методом описания функционирования ПО БКУ КА,предлагаемым автором, может быть описание через диаграммы состояний, чтопозволяет наглядно описывать структуру ПО, состояния ПО и определениепереходов между этими состояниями.

Предлагаемый метод позволяет наглядноописывать ключевые стадии и режимы работы ПО, адекватно отражатьвозможные переходы между режимами и значительно улучшает как разработкупрограмм и методик испытаний, так и отработку ПО.Представим несколько примеров применения предлагаемого метода. Методзаключается в выделении в программном обеспечении бортового комплексауправления отдельных состояний на разных уровнях функционирования иописании взаимодействия между этими уровнями и состояниями средствами иописаниями языка SysML.На высоком уровне при существовании операционного и специальногопрограммного обеспечения (ОПО и СПО соответственно) взаимодействие междуними внутри такта вычислительной машины может быть описано диаграммой,представленной на Рисунке 2.9.Рисунок 2.9. Диаграмма взаимодействия ОПО и СПО89Представленная на Рисунке 2.9 диаграмма отражает взаимодействие междуОПО и СПО и информационные потоки между ними.

Каждый отдельнаяинформационнаясвязьвыражаетсяинформационнымпротоколомвзаимодействия.Опускаясь на уровень ниже, метод применяется уже для описаниясостояний либо ОПО, либо СПО. На Рисунках 2.10 и 2.11 представленыдиаграммысостоянияверхнегоуровняСПО,накоторомописываетсявзаимодействие между группами модулей, отвечающих за режимы работызвездного прибора (ЗП).Рисунок 2.10. Диаграмма режимов работы типового ЗПДиаграмма, представленная на Рисунке 2.10, демонстрирует набор режимовфункционирования типового ЗП и допустимые переходы между указаннымирежимами.

Так же на диаграмме приведен пример раскрытия сложного состояния:автономный режим работы представлен как совокупность режима определенияориентации и отслеживания ориентации и соответствующего взаимодействиямежду ними. Все обозначенные переходы по сути являются условнымипереходами, описываемые протоколами информационного взаимодействия.90На Рисунке 2.11 представлена частная диаграмма переходов междурежимами ЗП.

На диаграмме представлено взаимодействие между режимоможиданияиавтономнымрежимомработы.Переходыпредставленыопределенными условиями: переход из режима ожидания возможен только покоманде. В случае возникновения нештатной ситуации, вызывающей срывслежения или определения, реализуются обратные переходы из режима слежениявплоть до возврата в режим ожидания.РежиможиданияКоманда напереход врежимОшибкаопределенияориентацииРежимопределенияориентацииУспешноеопределениеориентацииОшибкаотслеживанияориентацииРежимслеженияАвтономный режим работыРисунок 2.11.

Частная диаграмма перехода между режимами ЗППримеры, представленные на Рисунках 2.10 и 2.11, демонстрируютприменение ГССА для описания взаимодействия сложных состояний, режимовработы, приборов и программных комплексов.Инымнаполнениемсостоянияможетбытьвекторпризнаков,определяющих работу функционально связанных групп алгоритмов. На высокомуровне таким примером служит диаграмма взаимодействия ОПО и СПО,представленная на Рисунке 2.9.91Нанизкихуровняхсостояниямогутотвечатьзадемонстрациюрезервирования системы и применения резервов.

К примеру, на космическомаппарате установлено два типа звездных приборов. Количество звездныхприборов первого типа равно 2, второго типа равно 1. Звездные приборыработают в режимах комплексирования информации с гироскопическимидатчиками угловых скоростей (ДУС). Режимы комплексирования ДУСов с ЗПразного типа отличаются между собой из-за различий в работе приборов. Описатьпереходымеждуэтимирежимамиможноприпомощидиаграммы,представленной на Рисунке 2.12.Рисунок 2.12. Диаграмма переходов между режимами использованиязвездных приборов в составе БКУ КАДиаграмма,представленнаянаРисунке2.12,отображаетработупрограммного комплекса, в который входят алгоритмы управления ЗП,алгоритмыуправленияДУС,алгоритмыфункциональногоконтроляизмерительной информации и алгоритмы комплексирования информации.Пример описания применения резервов ЗП трех типов представлен наРисунке 2.13.92Рисунок 2.13. Диаграмма переходов при задействовании резервов ЗПДиаграмма, представленная на Рисунке 2.13, отображает состояниеалгоритмов управления звездными приборами в зависимости от применяемоготипа звездных приборов.