基于通用数字声纳平台的软件备份技术研究

摘 要：按照软件工程的思想，运用读取代码、验证代码、备份代码的方法备份系统软件，通过对专用存贮芯片的代码重写，解决专用存贮介质上软件备份的难题，实现通用与专用存贮介质的软件备份，达到通用数字声纳平台软件备份研究的目的。为数字声纳装备的软件维护，特别是军用声纳装备的战场快速保障提供了借鉴参考，具有重要的现实意义。该文从软硬件两方面解决了专用存贮介质上声纳软件备份的难题；实现了多种文件系统及不同存贮格式上的系统软件备份；在软件备份研究中汲取了软件工程的思想。

关键词：数字声纳;软件备份;存贮介质；存贮芯片

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2008)1808703

Research of Software Backup on a General Digital Sonar Platform

ZHU Yan1,JI Chenjie2,LIU Wangsuo1

(1.College of Electronic Engineering,Naval University of Engineering,Wuhan,430033,China;2.Army 91774 of Navy,Shanghai,200083,China)

Abstract：According to an idea of software engineering,system software backup is accomplished by the reading of codes,writing of codes and backup of codes.In order to settle the problem of special storage medium backup,by rewritting the codes of chips,research of software backup on a general digital sonar platform of general and special storage mediums is achieved.It offers references for software maintenance of digital sonar,especially fast safeguard of military sonar in a battlefield.The innovation points of this article include:settle the problem of special storage medium backup from software and hardware,achieve system software backup on multifile systems and different storage format,derive software engineering idea for research software backup.

Keywords：digital sonar;software backup;storage medium;storage chip

目前，我国声纳装备基本实现数字化，电路以数字电路为主，各种控制关系、计算、显示、检测等均由软件实现。尽管数字式电子产品的可靠性要比模拟器件高，但计算机控制系统作为电子产品，容易受到外界的影响，外界温度、湿度、电压波动、电磁干扰都有可能使系统受到破坏，直接影响系统的正常使用，从而，软件备份已成为提高系统可靠性的必要手段。近年来，软件密集型声纳不断涌现，系统软件备份技术已成为声纳装备保障所面临的一项重要课题。

1 软件备份的内涵及特点

软件备份是指软件交付用户后，为预防软件出错而进行的一种预防性维护。软件维护的一般过程是：首先分析系统的软硬件组成，选择合适可行的备份方法，接着维护人员按照该方法读出软件代码、验证、加载、测试、完成后再交给用户使用。

软件备份包括4种不同的方式：纠错性备份、适应性备份、完善性备份或增强、以及预防性备份。软件备份是软件产品的重要质量保障，不仅有利于保证系统软件的运行，而且有助于及时发现软件设计缺陷，同时对软件备份技术的研究还可以作为更改设计或维护安排的依据，指导软件维护性的分析与设计。

2 数字声纳软件备份技术的现状

软件工程要求：运用系统的、规范的和可定量的方法开发、运行和维护软件。但是，数字声

纳系统软件的开发、运行和维护并未严格遵循这个要求。目前我国舰艇声纳系统软件备份工作中存在的主要问题包括以下3个方面：

（1） 软件配置不全，备份工作量大。好多声纳系统软件由于在研制阶段未严格按照软件工程的要求进行，软件工程过程中配置项不全。对于这样软件的备份，要付出很大的代价。

（2） 软件的技术水平低、备份工具少。在声纳软件备份领域，关于技术和管理的研究非常匮乏，导致实际备份活动中既没有方法学的指导，又缺乏自动工具的支持。

（3） 软件备份过程缺乏严格的管理。声纳系统软件备份工作缺乏一套行之有效且能严格执行的管理制度，与软件开发阶段的工程层次严重不匹配，给软件质量带来了隐患。

3 基于通用数字声纳平台下系统软件的备份途径

要保证软件备份技术应用于各型号数字声纳，应充分考虑各类系统软件的存储介质、接口类型以及文件格式等。下面从基于通用存贮介质与基于专用存贮介质2方面按照软件工程的思想进行分析，确保该软件备份技术的通用性。

3.1 系统软件备份的总体思路

软件维护中的可恢复性维护适合军用装备保障的要求。恢复性保障是在软件备份的基础上，当系统发生软件破坏性故障时采用安装程序对系统进行再安装，从而迅速恢复原始软件。目前，能够在短时间内完成恢复性保障的主要方法是将故障的器件用相同的器件替换。这种替换既包括系统软件的存储模块或芯片的替换，也包括这种存储模块或芯片中所存储内容的替换。

软件备份需要解决的主要问题有3方面：软件（代码）的读出、读出软件的验证、软件加载与功能测试。

（1） 软件的读出是一切工作的基础，软件的读出方法视不同的硬件系统而不同。

（2） 对于读出软件的有效性必须进行验证，验证的方法不可能是将其写回原系统，必须建立一个仿真环境进行验证。

（3） 对已通过验证的软件，还要解决一个软件加载的问题，对于采用了可读写存储器件的系统来说，可以直接写入；对于一次性的芯片或模块，则需要对新的芯片进行处理。

3.2 系统软件代码的读出方式

由于不同型号数字声纳装备分别采用了DOS，Windows XP 和Linux等不同的操作系统，导致文件系统也不相同。下面对各文件系统进行分析，选择满足通用数字声纳平台的代码读出方式。文件系统主要有以下几种格式：

(1) FAT16。FAT的全称是“File Allocation Table”（文件分配表系统），其可以被多种操作系统访问，如MSDOS，Windows所有系列和O1S/2等；

(2) FAT32。FAT32是FAT16文件系统的派生，比 FAT16 支持更小的簇和更大的分区；

(3) NTFS。NTFS（New Technology File System）是Microsoft Windows NT的标准文件系统，但Windows95/98/98SE和Me版都不能识别NTFS文件系统；

(4) Ext2。这是Linux中使用最多的一种文件系统。

由于数字声纳中多种文件系统的存在，导致簇与分区的格式有较大的区别，单一的操作系统无法识别所有分区，专用工具软件GHOST，DM，PARTMAGIC等不能完成电子盘的分区和数据备份。但电子盘的数据最小单元扇区是统一的，因此，采用扇区读写的方式可完成软件备份。具备外部接口的系统，可以通过连接PC机进行读写，可拔插的存储器件，如EPROM，FLASH、固态硬盘等，可以拔下来，采用通用的读卡设备读出存储器件中的内容，焊接在电路板上的采用在线可编程技术的芯片，读出其中的内容则必须通过专用的工具。

3.3 系统软件的代码验证

验证工作可分为开发环境验证和舰艇验证。

3.3.1 开发环境验证

在开发环境上，对软件进行有效性验证，主要分以下几个步骤：

（1） 搭建与原系统相同的软、硬件仿真平台；

（2） 明确原系统的声纳信息产生办法和误差特性，用于原系统和开发环境的运行结果进行比较；

（3） 在原系统上统计出目标运动要素解算精度，用于与读出软件的解算精度进行比较；

（4） 利用声纳模拟器对读出的软件进行目标运动要素解算，统计解算结果，与原系统的解算精度进行比较。

经过以上步骤后，可初步验证读出软件的有效性。

3.3.2 舰艇验证

（1） 通道正确性检查。检查读出的软件与声纳、导航、雷达、鱼雷及导弹等器件之间的信息、命令等是否正确；

（2） 软件有效性验证。用原系统声纳发送的信息，对读出的软件进行目标运动要素解算，统计解算结果，与原有软件的解算精度进行比较，从而可验证读出软件的有效性，保证读出软件的性能没有下降。

只有经过实验室验证和舰艇验证后，才能保证软件的有效性。

3.4 基于通用存贮介质的系统软件备份

针对基于通用存贮介质（CF卡和PCMCIA卡等）的软件，虽然具体介质不同，但可采用相同的软件备份方法：不同容量的通用存贮介质，采用通用读卡器可对其进行读写，但某些卡中采用了多种文件系统，单一操作系统或工具软件无法识别所有分区，通过专用软件并使用同容量的通用存贮介质可完成分区和数据备份。如果采用大容量的卡进行替代，须对其容量数据或系统自检参数进行修改。

3.5 基于专用存贮介质的系统软件备份

除了通用的可插拔存贮介质外，一些系统软件直接固化在专用存贮卡或元件上，一般是固化在ROM或FLASH ROM中。

3.5.1 专用存贮卡电路改动：

针对目前一些专用存贮卡较难用相同型号存贮卡进行替换的现状，可通过对通用存贮卡芯片进行电路改动，进而实现软件备份。现以E28F008SA存贮芯片为例，研究其电路设计并进行改动。通过对含处理器板在内的各信号进行分析，这里采用目前广泛应用的存贮芯片E28F016SA进行电路设计。28F016SA相对于28F008SA主要在以下方面存在不同：

28F016SA的工作电源可选择3.3 V和5 V，而28F008SA只能应用5 V电源；

28F016SA可选择数据位8位和16位，而28F008SA只能应用8位数据线；

28F016SA是1.2 mm×14 mm×20 mm 56Lead TSOP封装；

比较28F008SA和28F016SA的电特性以及其读写操作时序，28F016SA完全可以代替28F008SA，且硬件设计更灵活。

3.5.2 专用存贮卡软件备份

编程器采用FPGA集成电路作为地址发生器，根据计算机I/O控制信号生成控制逻辑，对存贮器进行读写；采用C++高级语言编程，对读写的二进制码进行转换、存盘和校验。如图1所示。

编程器信号流程（如图2所示）读卡器通电后2864迅速完成对FPGA 的配置；运行主控计算机里的读数据程序，程序产生相应的控制信号和地址信号，其中控制信号用完成对读卡器的初始化和控制读数据的规则，地址信号是对应于专用存贮卡上的E28F016SA和F28F016SA两种存贮芯片的地址；完成对存贮卡的操作后卡存贮芯片的数据由数据通道经接口单元传入XC3042，简单处理后传入主控计算机，计算机在相应位置显示获取到的数据，数据可由打印机输出或主控计算机自动存入数据库。

所有的信号，包括来自主控计算机和专用存贮卡的信号，均要经由FPGA协调处理后才发生作用。协调用的时钟信号可以由主控计算机控制或直接由读卡器的晶体振荡器发生，进而完成编译器的芯片改写。编程器的编程流程图如图2所示。

由此可见，基于专用存贮介质的系统软件可以通过其他专用存贮介质的芯片改写实现所存贮内容的备份，完成系统软件备份。

4 结 语

随着军事装备复杂化、体系化、高科技化趋势日益显著以及数字声纳的不断涌现，声纳装备软件将成为装备保障的重点，软件备份技术将越来越被重视。这里按照软件工程原理，总结出一套基于通用数字声纳平台的软件备份方法，提高了数字声纳在各种复杂环境下的可靠性，为解决数字声纳软件保障提供了参考依据。但新型装备的软件保障尚存在诸多复杂的技术问题亟待解决，必须进一步加强研究。

参 考 文 献

［1］\Leszek A.Macia.实用软件工程\.北京:机械工业出版社,2007.

［2］曾建潮.软件工程\.武汉: 武汉理工大学出版社,2003.

［3］\Shari Lawrence P.软件工程理论与实践\.北京: 清华大学出版社,2003.

［4］秦英孝.可靠性·维修性·保障性概论\.北京: 国防工业出版社,2002.

［5］宋太亮.装备保障性工程\.北京: 国防工业出版社,2002.

［6］高连华.装备系统设计与保障性\.北京: 国防工业出版社,1993.

作者简介 朱 岩 男,1980年出生，黑龙江大兴安岭人，硕士研究生。研究方向为声纳装备保障技术。

季陈杰 男，1982年出生，江苏南通人，硕士研究生。主要从事通信与信息系统软件开发。

刘旺锁 男，1964年出生，江苏连云港人，副教授。主要从事舰船电子装备保障研究工作。

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