現(xiàn)有的軟件系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)開發(fā)方法且只針對某個具體應用開發(fā)，軟件與設備及軟件內部各模塊間耦合緊密，軟件可復用性低、可擴展性差。
    基于構件的軟件開發(fā)方法[1]，其思想是使軟件能夠像硬件那樣，通過各部分的動態(tài)組裝完成整個應用系統(tǒng)的功能。基于構件的軟件工程CBSE(Component Based Software Engineering)逐漸成為軟件開發(fā)的主流模式[2]，已成為近幾年學術界和產(chǎn)業(yè)界共同關注和研究的熱點。
1 構件模型
    相對于傳統(tǒng)對象而言，構件將抽象程度提到一個更高的層次，整個構件隱藏了具體的實現(xiàn)，只用接口提供服務。這樣，構件可以將底層的多個邏輯組合成高層次上的粒度更大的新構件，甚至直接封裝到一個系統(tǒng)中，使模塊的重用從代碼級、對象級、架構級到系統(tǒng)級都可能實現(xiàn)[3-5]。
1.1 構件模型
    為了在后期使用構件時能夠快速檢索到需要的構件，必須對構件進行分類。構件可以使用多種分類方法。本系統(tǒng)先將構件分為原子構件Ca和復合構件Cc兩大類，原子構件是不能再分的構件，復合構件是由原子構件或復合構件組成的構件。
    原子構件可表示為Ca=(IDa，Na，Ta，Ia，Oa，Ma，Da)，其中，IDa為原子構件唯一標識；Na為原子構件名稱；Ta為原子構件類型集合（包括子類型集合），父類型和子類型用樹形結構表示；Ia為原子構件輸入接口集合（包括各接口的名稱、參數(shù)、參數(shù)類型）；Oa為原子構件輸出接口集合（包括各接口的名稱、參數(shù)、參數(shù)類型）；Ma為原子構件消息集合；Da為原子構件描述信息(包括構件存儲路徑、索引關鍵字、功能描述、編寫語言、作者、制作日期、版本）。
    復合構件可表示為Cc=(IDc，Nc，Tc，Ic，Oc，Mc，Dc，IDas，Ras)，其中，IDc為復合構件唯一標識；Nc為復合構件名稱；Tc為復合構件類型集合(包括子類型集合)，父類型和子類用樹形結構表示；Ic為復合構件輸入接口指針集合，該指針指向組成復合構件的原子構件對應輸入接口；Oc為復合構件輸出接口指針集合，該指針指向組成復合構件的原子構件對應輸出接口；Mc為復合構件消息集合；Dc為復合構件描述信息（包括構件存儲路徑、索引關鍵字、功能描述、編寫語言、作者、制作日期、版本）；IDas為組成復合構件的原子構件IDa集合；Ras為組成復合構件的原子構件的連接關系。
    原子構件和復合構件又可以根據(jù)功能劃分為界面構件、通信構件、數(shù)據(jù)庫構件、業(yè)務構件等。其中，每一類構件又可細分為很多子類。構件粒度越小，復用度越高，構件耦合度越低，但構件庫中構件的數(shù)量也會隨著粒度的變小而劇增，這會給構件的檢索帶來不便。因此，應根據(jù)具體需求，把握好構件的粒度。可參考式(1)[6]：
 
1.2 基于構件的軟件開發(fā)過程
    面向構件的軟件開發(fā)過程如圖1所示。具體描述如下：

    (1)總體設計者對業(yè)務系統(tǒng)進行需求分析后得到功能需求和框架需求。
    (2)構件分析者根據(jù)功能需求進行構件需求分析后得到構件需求；同時框架實現(xiàn)者根據(jù)框架需求對系統(tǒng)框架進行實現(xiàn)。
    (3)構件實現(xiàn)者根據(jù)構件需求對構件進行實現(xiàn)，并經(jīng)過嚴格測試和修改后得到合格的構件。
    (4)構件庫管理者可以將新制作的構件注冊入庫，為了能快速檢索到構件，構件入庫時必須對其信息進行精確全面的描述。本文使用XML描述構件信息，并使用XML Schema對構件描述文檔進行合法性檢驗，只有描述合法的構件才可以入庫，從而確保構件描述信息的一致性和完整性。構件庫管理者可以對構件庫中的構件進行刪除、注銷、檢索等操作。
    (5)構件組裝者根據(jù)具體需要從構件庫中檢索需要的構件，并在系統(tǒng)框架下進行組裝后形成應用系統(tǒng)，構件組裝者還負責對應用系統(tǒng)的測試與維護。
    (6)應用系統(tǒng)交付用戶使用并提出修改意見與建議，構件組裝者再根據(jù)用戶需求進行修改。
2 基于構件的軟件框架
    面向構件的軟件開發(fā)過程中，構件組裝和運行需要特殊的環(huán)境，這種特殊的運行環(huán)境稱為框架。一個框架由一些規(guī)則、建議和習慣組成，它們從構件的角度定義了一個系統(tǒng)結構，并定義了系統(tǒng)的各組成部分之間是如何通信和實現(xiàn)互操作的。因此，設計框架時，必須自己定義構件及框架的規(guī)范，使用者只有遵循這些規(guī)范，才能將構件集成到框架中。本系統(tǒng)框架包括構件組裝框架和構件運行框架兩部分，這兩個框架由系統(tǒng)框架管理器管理，以確保系統(tǒng)在某一時刻，只能處于其中一個框架下。系統(tǒng)處于構件組裝框架時，可實現(xiàn)構件組裝、功能模塊組裝、應用系統(tǒng)集成、應用系統(tǒng)修改、應用系統(tǒng)功能擴展等功能。系統(tǒng)處于運行框架時，能夠完成相應的業(yè)務處理功能，但不能對其進行配置。基于構件的軟件框架結構如圖2所示。
2.1 構件組裝框架
     傳統(tǒng)的構件組裝大多使用代碼方式調用構件接口，此方式比較復雜。本框架提供一種圖形化的構件組裝界面，開發(fā)者可以輕松高效地集成新的應用系統(tǒng)或對已有系統(tǒng)進行擴展。
    如圖2所示，構件組裝框架主要包括構件制作工具、構件測試工具、構件庫管理工具、構件組裝工具、模塊管理工具、模塊組裝工具。其中，制作工具、構件測試工具只提供簡單的構件制作和測試功能，構件實現(xiàn)者可以選擇市場上其他工具進行構件制作及測試；構件庫管理工具具有構件注冊、注銷、刪除、檢索等功能，模塊管理工具具有模塊注冊、修改、刪除、檢索等功能，這兩個工具實現(xiàn)起來相對簡單；構件組裝和模塊組裝時生成對應的XML配置文檔，通過這些XML配置文檔將構件粘合成應用系統(tǒng)。本文使用的XML配置文檔主要包括：(1)構件描述文檔：對構件信息進行描述，以便使用構件時能方便獲取構件信息；(2)構件適配文檔：對構件接口連接關系進行描述；(3)模塊適配文檔：對模塊之間以及構件和模塊之間連接關系的描述；(4)菜單適配文檔：將菜單與對應業(yè)務模塊綁定，以便用戶點擊對應的菜單時，觸發(fā)該功能模塊運行。組裝時，通過這些XML配置文檔，將構件組裝成子模塊、功能模塊直至整個綜合測試系統(tǒng)，需要時查找模型中相應的標簽位置并靈活插入，這樣在對系統(tǒng)修改時，只需要修改相應的構件，其他部分不受影響。此方法支持系統(tǒng)的快速開發(fā)和修改，具有較高的靈活性和較好的可擴展性，達到了令人滿意的伸縮性。

    在組裝時，構件組裝者根據(jù)應用系統(tǒng)的需求檢索相關構件，如果構件庫中無此構件，則必須制作相關構件并放入構件庫中，再將檢索到的構件通過構件組裝工具進行組裝。為了不使應用系統(tǒng)在組裝過程中太復雜，先將構件組裝成業(yè)務構件，再將業(yè)務構件組裝成功能模塊，最后將功能模塊組裝成應用系統(tǒng)。
2.1.1 構件組裝
    構件組裝工具的核心是解決構件適配問題。大多數(shù)情況下，使用不同語言制作的構件都需要做某種方式的修改以便與其他構件相匹配，這個過程稱為構件適配，適配方法有白盒法、黑盒法和灰盒法。文獻[7]對三種方法的技術、特點和實現(xiàn)的難易程度進行了分析，結論是采用灰盒法既可以實現(xiàn)構件組裝的靈活性，又不至于使適配技術過于復雜。本文在對各種灰盒法的適配技術進行比較后，采用基于連接器的適配技術。此方法將構件功能的實現(xiàn)與其交互作用的實現(xiàn)相分離，從而增加構件組裝的可配置性，在現(xiàn)有技術條件下，它是實現(xiàn)構件動態(tài)組裝的有效途徑之一。
    構件連接器可以表示為CL=(IDcl，Ncl，Rcls)，其中，IDcl為連接器唯一標識；Ncl為連接器名稱；Rcls為連接關系集合，包含有多個接口連接關系，每個連接關系Rcl可表示為Rcl=(IDsc，IDdc，DTc，Dc，MSc)，其中，IDsc表示源構件唯一標識，IDdc表示目標構件唯一標識，DTc表示數(shù)據(jù)類型，Dc為數(shù)據(jù)的值，MSc表示消息。
2.1.2 模塊組裝
    通過模塊組裝工具可以將業(yè)務模塊組裝成功能模塊。本文使用類似連接器的方法設計模塊連接器。
    模塊連接器可以表示為：ML=(IDml，Nml，Rmls)，其中，IDml為模塊連接器唯一標識；Nml為模塊連接器名稱；Rmls為連接關系集合，包含有多個模塊接口連接關系，每個連接關系Rml可表示為Rml=(IDsm，IDdm，DTm，Dm，MSm),其中，IDsm表示源模塊唯一標識，IDdm表示目標模塊唯一標識，DTm表示數(shù)據(jù)類型，Dm為數(shù)據(jù)的值，MSm表示消息。
    模塊連接器信息用XML適配文檔進行描述，其XML schema源碼如下：
<?xml version="1.0"?>
<xsd:schema xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XML
Schema">
<xsd:element name=" IDml " type="xsd:string"/>
<xsd:element name=" Nml ">
<xsd:complexType>
<xsd:sequence maxOccurs="unbounded">
   <xsd:element name="Rml"type="xsd:string" maxOccurs=
"unbounded"/>
</xsd:sequence>
</xsd:complexType>
</xsd:element>
</xsd:schema>
2.1.3 菜單配置
    菜單描述工具的主要功能是將菜單與對應功能的模塊進行綁定，生成菜單適配文檔。本系統(tǒng)菜單嵌套最多為三級，菜單適配文檔可表示為FL=(IDm，IDf1，IDf2，IDf3)，其中IDm表示功能模塊ID，IDfi為第i級菜單ID，i=1，2，3。其源碼可參考前文給出的模塊適配文檔XML schema源碼。
2.2 構件運行框架
    構件運行框架主要包括：構件調度器、構件實例化工具以及各種XML配置文檔解析器。其中，配置文檔解析器的功能是解析對應的XML配置文檔，其實現(xiàn)相對簡單，在此不作介紹。下面重點介紹構件調度器和構件實例化工具。
2.2.1 基于工作流控制的構件調度模型
    構件調度是一個動態(tài)過程，調度之前難以知道構件運行所需要的全部信息，因此很難一次性建立構件調度模型。即使建立了模型，隨著構件調度的執(zhí)行，各種因素發(fā)生變化，也會使模型不能反應信息的動態(tài)變化而導致構件調度失敗。
    工作流技術[7，8]最初被廣泛應用于解決企業(yè)的項目調度問題，現(xiàn)已逐漸擴展到許多領域。工作流技術可以全面描述過程的信息，在運行時能夠動態(tài)監(jiān)視業(yè)務過程的執(zhí)行情況，因此可得到過程執(zhí)行的實時信息，如：過程執(zhí)行、資源利用、時間計劃情況等，并能根據(jù)這些信息生成新的調度方案。因此，工作流技術可以應用于解決構件調度問題。
    本文提出一種基于工作流技術的構件調度模型，模塊包括：過程控制模型、公共資源服務模型、消息處理模型、工作流數(shù)據(jù)模型。各模型之間的調用關系如圖3所示。

    過程控制模型是構件調度模型的核心和骨架，定義應用系統(tǒng)所有構件的處理流程，描述構件調度問題的約束，包括模塊之間以及組成模塊的構件之間的邏輯關系、詳細描述(執(zhí)行所需的信息、資源)等。這些信息可以在構件調度過程中通過各種XML配置文檔解析器解析對應的XML配置文檔獲取。利用這些信息可以預測并找出工作流所管理的全部過程實例之間存在的資源沖突情況。通過把產(chǎn)生資源沖突的過程實例按照一定的規(guī)則抽取出來就可以得到項目調度的動態(tài)模型。由于過程實例的執(zhí)行情況不斷變化，如某些過程實例執(zhí)行結束、某些實例被終止、某些活動被掛起、某些異常出現(xiàn)等，因此按照一定的周期動態(tài)地從這些過程實例中所得到的過程模型也會隨之不斷更新，得到&ldquo;最新&rdquo;的調度模型，這解決了調度模型不能反映信息動態(tài)變化的問題。
    公共資源服務模型定義構件調度過程中需要的公共服務資源，如數(shù)據(jù)庫服務、打印服務等。
    消息處理模型定義構件調度過程中的事件屬性，它是一個構件向另一個構件發(fā)出的某種通知。
    工作流數(shù)據(jù)模型定義了與構件調度模型執(zhí)行密切相關的數(shù)據(jù)。從某種意義上講，它確定構件執(zhí)行過程狀態(tài)轉換的條件。
2.2.2 構件實例化
    構件是動態(tài)調用的，即應用系統(tǒng)運行前構件都沒有實例化，只有在執(zhí)行過程中調用時才實例化。可以借助反射機制實現(xiàn)構件動態(tài)實例化。本文的構件實例化工具是在.NET平臺下用C#語言實現(xiàn)，其關鍵代碼如下：
private void CreateInstanceAndInvoke()
{
    ParseXML()；//解析相關XML文檔
    SourceComXMLPath=COMSchedule()；//構件調度器
    Assembly curAssm=Assembly.LoadFile(SourceComXMLPath)；
    Type[] types=curAssm.GetTypes()；
    if (isInterface)
    {
        foreach (Type type in types)
        {
            MethodInfo[] methodInfos=type.GetMethods()；
            foreach (MethodInfo methodInfo in methodInfos)
            {
                ParameterInfo[] paras=
methodInfo.GetParameters();
                object[] objSourceParas=
new object[paras.Length];
                object[] objTargetParas;
                if (methodInfo.Name==strSourceComInter-
faceName)
                {
objTargetParas=methodInfo.Invoke(curAssm.CreateInstance
(type.FullName),
out objSourceParas);
                    InvokeTarget()；//調用目標構件的接口
                }
            }
        }
    }
    else
    {
        &hellip;&hellip;
    }
    &hellip;
}
3 應用實例
    本文設計的基于工作流控制的構件化軟件框架已經(jīng)在某型設備接口測試系統(tǒng)中得到應用。某型設備有多種待測接口，下面以其A/D接口測試為例說明本系統(tǒng)的有效性。
    圖4為對某型設備A/D、D/A接口構件劃分結果圖。構件通過構件連接器組裝成業(yè)務模塊，業(yè)務模塊通過模塊連接器組裝成功能模塊。組裝后的某型設備接口測試系統(tǒng)對A/D接口測試結果如圖5所示。測試中，A/D接口的通道13測試誤差大于設定誤差的最大值，未通過測試；其他接口各通道的測試誤差均小于其最大誤差要求，通過測試。

    實踐應用證明，該軟件框架可以實現(xiàn)基于構件的應用系統(tǒng)的插座式組裝，使其能從原子構件集成子模塊、功能模塊直至整個應用系統(tǒng)。此方法支持系統(tǒng)的快速開發(fā)和修改，具有較高的靈活性和較好的可擴展性，達到了令人滿意的伸縮性。
    針對目前大多數(shù)軟件模塊間耦合緊密、軟件可復用性低、可擴展性差等問題。將XML、工作流和構件技術相結合，設計了圖形化方式構件組裝框架和構件運行框架。用戶可以在構件組裝框架下集成應用系統(tǒng)，在構件運行框架下運行組裝的系統(tǒng)可以實現(xiàn)相應的業(yè)務功能。實踐證明，該軟件框架可以實現(xiàn)基于構件的應用系統(tǒng)的插座式組裝，使其能從原子構件集成子模塊、功能模塊直至整個應用系統(tǒng)。此方法支持系統(tǒng)的快速開發(fā)和修改，具有較高的靈活性和較好的可擴展性，避免了軟件的重復開發(fā)，節(jié)省了大量費用，達到了令人滿意的伸縮性效果。
參考文獻
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