李國帥，范惠林，竹武林

（空軍航空大學，長春 130022）

為滿足某型飛機武器系統(tǒng)日常操作訓練和技術培訓的需要，解決實裝訓練中的矛盾，在充分考慮實際訓練需要的基礎上，運用計算機仿真等技術，開發(fā)了某型飛機武器模擬訓練系統(tǒng)，其中軟件系統(tǒng)的開發(fā)是武器模擬訓練系統(tǒng)研制的核心，而軟件系統(tǒng)的通信機制是連接軟件各模塊的紐帶，本文在模擬訓練系統(tǒng)硬件開發(fā)和軟件總體設計的基礎上，設計了軟件系統(tǒng)的通信機制。

1 軟件通信總體設計

在開發(fā)軟件系統(tǒng)過程中，為了便于開發(fā)和維護，充分采用了模塊化設計思想，針對模擬訓練系統(tǒng)各種功能單元和訓練科目，設計了主進程、導彈系統(tǒng)、轟炸系統(tǒng)、射擊系統(tǒng)、多制式、指揮儀等功能模塊，各模塊之間高內聚、低耦合，它們之間通過一定的通信機制完成數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)武器模擬訓練系統(tǒng)的訓練功能，設計的軟件系統(tǒng)通信關系如圖1所示。

軟件系統(tǒng)運行在主控機和從控機上，主控機上的導彈、轟炸和射擊程序完成武器系統(tǒng)模擬訓練的主要工作，主進程采集操作信號并將信號傳給導彈等程序和從控機，接收其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理結果并發(fā)出響應；從控機上主要運行導彈系統(tǒng)指揮儀和多制式轟炸模擬程序，運行過程中，接收主控機主進程的命令和數(shù)據(jù)信號進行相應的信號處理，一部分處理結果在從控機上完成人機交互，另一部分處理結果傳輸給主控機進行響應；從控機調用模塊、指揮儀和多制式各模塊間相互通信完成模塊間的調用，以配合主控機程序的運行，各程序內部的數(shù)據(jù)收發(fā)線程與數(shù)據(jù)處理線程之間進行通信完成各程序的實時運行。

圖1 軟件系統(tǒng)通信關系圖Fig.1 The communication relationship of the software

2 主控機和從控機之間的通信

系統(tǒng)運行時，主控機和從控機要進行實時通信完成數(shù)據(jù)的交換，從控機要從主控機接收的數(shù)據(jù)有：觀測角、瞄準角等20個模擬量，追趕手柄狀態(tài)等35個開關量和三個功能模塊調用指令，主控機接收從控機的數(shù)據(jù)有：投彈信號等17個開關量信號，瞄準具構成參數(shù)（模擬量）和 3個控制信號。

主控機和從控機之間通過基于Winsock的網(wǎng)絡通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，為簡化程序的開發(fā)，采用MFC對套接字API函數(shù)封裝得到的CSocket類進行編程，程序運行流程［1］圖如圖2所示。主控機作為客戶機，從控機作為服務器，當需要運行指揮儀或多制式程序時，主控機向調用模塊發(fā)出連接請求，從控機接收請求后，主控機再發(fā)出指令調用相應模塊，并不斷進行通信完成功能模塊運行期間的數(shù)據(jù)交換，雙方根據(jù)通信協(xié)議完成對交換數(shù)據(jù)的編碼和解碼。訓練完成之后功能模塊接收主控機的控制命令返回調用界面，等待下一次的程序調用。

圖2 主控機和從控機通信流程Fig.2 The communication flow between master PC and assistant PC

3 主系統(tǒng)與訓練子系統(tǒng)之間的通信

主系統(tǒng)與訓練子系統(tǒng)之間的通信主要存在于主控機中，主控機中導彈系統(tǒng)等四個功能模塊設計成了四個進程的形式，在通信過程中選用進程間通信機制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，進程間的通信機制包括管道、消息隊列、共享內存、郵槽［2］，結合實際需要和通信技術本身特點［3］，選擇消息隊列來實現(xiàn)四個功能模塊之間的通信。

利用消息實現(xiàn)進程間通信時，為保證數(shù)據(jù)交換的正常運行，制定了通信協(xié)議，主要包括兩個方面，一個是主線程對訓練子系統(tǒng)的信息格式，另一個是訓練子系統(tǒng)發(fā)往主線的信息格式兩種信息除了長度不同外，格式可以設為相同，格式如圖 3所示。

圖3 進程間通信協(xié)議Fig.3 The communication protocol between processes

信息標識字段占2個字節(jié)，在主進程向訓練子進程傳遞數(shù)據(jù)時可以設為無效，也可以按照需要進行相應的設置，訓練子系統(tǒng)和其他兩個系統(tǒng)向主進程傳遞數(shù)據(jù)時標識信息的來源，00代表數(shù)據(jù)來自導彈系統(tǒng)，01代表數(shù)據(jù)來自轟炸系統(tǒng)，10代表數(shù)據(jù)來自射擊系統(tǒng)。

控制數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)字段包含了通信中的有效信息，由主系統(tǒng)發(fā)至子系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)字段占187字節(jié)，用于存放操作過程中產(chǎn)生的各種控制信號，模擬數(shù)據(jù)字段占80字節(jié)，以字符的形式存放采集的模擬信號，每個模擬信號占4個字節(jié)，訓練子系統(tǒng)發(fā)至主系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，根據(jù)子系統(tǒng)的不同發(fā)送數(shù)據(jù)的大小也各異，控制數(shù)據(jù)字段，導彈系統(tǒng)占31字節(jié)，轟炸系統(tǒng)占24字節(jié)，射擊系統(tǒng)占5個字節(jié)，模擬數(shù)據(jù)字段導彈系統(tǒng)為0字節(jié)，轟炸系統(tǒng)占2字節(jié)，射擊系統(tǒng)占0字節(jié)。

校驗位占一個字節(jié)，對數(shù)據(jù)傳遞進行奇校驗，結束標識占一個字節(jié)，它標識一次傳遞數(shù)據(jù)的結束。

圖4 訓練系統(tǒng)進逞間通信流程Fig.4 The communication flow among processes of the training system

主系統(tǒng)與訓練子系統(tǒng)之間通信流程如圖 4所示。主進程中的數(shù)據(jù)收發(fā)線程首先采集操作者發(fā)出的各種控制信號，根據(jù)通信協(xié)議將這些信號進行封裝；然后主進程搜索接收數(shù)據(jù)的訓練子系統(tǒng)進程，若未找到則發(fā)出語音提示，接著進行下一次的搜索，直至找到指定的訓練子系統(tǒng)進程，將封裝好的數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)，向訓練子系統(tǒng)進程發(fā)出接收數(shù)據(jù)消息，訓練子系統(tǒng)在接到通知后，根據(jù)消息內指向緩沖區(qū)的指針等參數(shù)讀取數(shù)據(jù)［4］。對數(shù)據(jù)進行解析和處理，處理結果一方面通過自身實現(xiàn)人機交互，另一方面?zhèn)魉偷街鬟M程中，由主進程進行相應的響應，根據(jù)這一流程，主進程與其他進程不斷地進行通信，完成各進程間的數(shù)據(jù)交換。

4 各系統(tǒng)內部線程間通信

軟件系統(tǒng)是基于Windows非實時性操作系統(tǒng)開發(fā)的，為了實現(xiàn)模擬訓練的實時運行，軟件系統(tǒng)選用Windows操作系統(tǒng)提供的主要是多線程技術來滿足訓練系統(tǒng)的要求，主控機上的主進程和從控機上運行的指揮儀、多制式模塊創(chuàng)建兩個線程，一個用于收發(fā)數(shù)據(jù)，另一個用于運行訓練程序；在導彈系統(tǒng)等子訓練程序中多建一個線程用于聲音提示，根據(jù)數(shù)據(jù)交換需要采用全局變量法建立起線程間的通信機制。

線程是按操作系統(tǒng)分配的時間片運行的，同一進程的所有線程共享進程資源，在多線程程序中，每個線程都要對進程中的一些數(shù)據(jù)不斷地進行讀寫操作，線程之間的運行只按系統(tǒng)分配的時間片運行，當一個線程的運行時間到期，該線程暫停所有操作，另一個等待線程開始運行，如此不斷進行下去，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)得以持續(xù)地交換和處理。

圖5 線程間通信原理Fig.5 The communication schematic diagram between threads

線程間通信時，如果數(shù)據(jù)收發(fā)線程正在獲取某一信號時，該線程剛好用完此次運行的時間片，程序切換到數(shù)據(jù)處理線程運行，此線程讀取的信號可能是數(shù)據(jù)收發(fā)線程獲取信號過程中的不穩(wěn)定值，導致程序運行出錯。為了避免這種情況的發(fā)生，保證線程間通信的正確性，采用互斥對象技術實現(xiàn)線程間同步運行，互斥對象屬于系統(tǒng)內核對象，擁有互斥對象的線程能夠獨占某個系統(tǒng)資源，其他線程無法對這個系統(tǒng)資源進行訪問，可以避免多個線程同時訪問同一個全局變量的情況［5］。軟件系統(tǒng)的線程間通信流程原理如圖5所示。

5 結論

在某型飛機武器模擬訓練系統(tǒng)的研制過程中，軟件系統(tǒng)通信機制在各模塊之間和模塊內部線程之間起到橋梁作用。經(jīng)過實際調試，設計的通信機制可以保證軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換得以較好地實現(xiàn)，滿足了武器模擬訓練系統(tǒng)軟件對通信實時、可靠和高效的要求。

［1］朱輝生.VC中基于SOCKET的網(wǎng)絡編程［J］.計算機應用與軟件，2004，21（4）：118-119.

［2］郭克新.VisualC++代碼參考與技巧大全［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008：393-407.

［3］陸靜，胡明慶.幾種進程通信方法的研究和比較［J］.福建電腦，2007（2）：60-61.

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