Поэтапный процесс разработки программного обеспечения

Методика работы.

1) Определение требований Необходимые функциональные требования к программному обеспечению подробно описаны в Техническом задании к проекту.

• 2) Проектирование проекта разбивается на несколько частей:
• 1. Синхронизация работы сервера управления и рефлектометра.

Включает в себя следующие этапы:

• · Активация ActiveSync на рефлектометре в режиме работы по протоколу TCP/IP
• · Анализ IP-пакетов обмена данных
• 2. Разработка программного обеспечения для рефлектометра

Включает в себя следующие этапы:

• · Разработка программного обеспечения на языке MortScript
• · Загрузка и последующая настройка программного обеспечения на рефлектометре
• 3. Разработка программного обеспечения сервера управления

Включает в себя следующие этапы:

• · Разработка эмулятора ActiveSync на основе программного интерфейса Socket API
• · Передача IP-пакетов команд на рефлектометр с помощью Socket API
• · Объединение эмулятора ActiveSync и модуля отправки команд в единую многопоточную программу, используя потоки С++11
• · Ожидание команд с программы клиента
• 4. Разработка программного обеспечения сервера управления

Включает в себя следующие этапы:

• · Разработка программного обеспечения передающее на сервер управления команды управления используя возможности библиотеки Qt
• · Ожидание ответа с сервера, получение файла рефлектограммы
• 3) Конструирование

В процессе конструирования системы используются следующие инструментарии и языки программирования: MortScript, Qt 5, C++11 (ISO/IEC 14 882:2011).

4) Воплощение В процессе воплощения все программные модули интегрируются в единую программу. Процесс интеграции связан с тестированием программных модулей во время их совместной работы.

5) Тестирование и отладка Тестирования и отладка программного обеспечения подразумевает использование следующих программных комплексов:

QtCreator, WireShark.

Методике тестирования посвящена отдельная глава.

6) Инсталляция Поскольку программный комплекс является кроссплатформенным для реализации процесса установки потребуется две версии установщика: для Microsoft Windows и МСВС, Linux.

Операционная система МСВС построена на базе системы Red Hat, поэтому они могут использовать единый установщик.

Установку программ в среде операционных систем Red Hat в настоящее время удобно осуществлять с помощью менеджера пакетов RPM Package Manager. Программа позволяет устанавливать, удалять и обновлять программное обеспечение. RPM является основным форматом пакетов в LSB.

Установка программного комплекса в среде Windows, может быть произведена любой программой сборки инсталляторов. Из бесплатных систем сборки можно выделить Inno Setup Compiler, который имеет мощную функциональную базу для создания инсталлятора.

7) Поддержка Процесс сопровождения программного комплекса осуществляется на основе нормативных положений ГОСТ 34.601−90 АС. [14].

Подробное описание процесса разработки Синхронизация работы сервера управления и рефлектометра.

1) Активация ActiveSync

Настройка оборудования Для начала необходимо подготовить прибор для работы с ActiveSync по протоколу TCP/IP, для чего необходимо отредактировать системный реестр на рефлектометре, для выполнения этой задачи нужно выполнить следующие шаги:

1) Установить на компьютере, к которому будет подключен рефлектометр ActiveSync.

ПРИМИЧАНИЕ: Для тестирования связи по TCP/IP протоколу необходимо использовать ActiveSync версии 3.8, который может быть установлен на версию Windows не выше XP

• 2) Подключить рефлектометр к компьютеру при помощи USB-соединения и синхронизировать данные.
• 3) Настроить ActiveSync для работы в режиме TCP/IP.
• 4) С помощью программы CERegedit необходимо отредактировать ветку реестра на приборе «SOFTWAREMicrosoftWindows CE ServicesPartnersP1», заменить параметр «PName» на локальный IP-адрес компьютера, к которому проводится подключение.

После выполнения этих шагов нужно проверить связь прибора с компьютером через TCP/IP, для этого необходимо подключить витую пару к прибору (предварительно необходимо отключить от USB). После чего ActiveSync сообщит об успешном подключении.

Анализ IP-пакетов обмена данных.

В технической документации разработчиков к рефлектометру KIWI-7000, можно найти описание обмена данными между компьютером и подключенным к нему рефлектометром:

Прибор является клиентским устройством.

• 1. Соединение инициируется со стороны прибора на порт сервера TCP 5679.
• 2. После установления TCP соединения прибор осуществляет отправку по установленному соединению 4 байта «00 00 00 00». Затем строку данных с описанием модели и ее серийного номера. После этого по данному соединению посылаются только контрольные пакеты. Типичный интервал 5 секунд. Со стороны сервера посылается 4 байта «78 56 34 12». В ответ прибор отвечает аналогичной последовательностью.
• 3. Дополнительно может быть необходимо установить флаг синхронизации на приборе. Для этого сервер принимает соединение на порт TCP 999. После установления соединения прибор посылает 4 байта «01 00 00 00». В ответ сервер посылает 6 байт «02 00 01 00 00 00» и затем строку 26 байт:
• 0000 16 00 01 00 24 00 55 00 50 00 54 00 4f 00 44 00 …$.U.P.T.O.D.
• 0010 41 00 54 00 45 00 24 00 00 00 A.T.E.$…

Дальнейшего обмена не производится.

4. Далее устанавливается соединение на порт прибора TCP 990. Весь последующий обмен данными ведется именно по этому соединению.

Описание обмена данными между рефлектометром и сервером Выбор режима.

• 0x00 — 0×61 Фиксированная часть (команда)
• 0x62 — 0×69 Длина волны (8 байт Double)
• 1550 0x3EBA013305E6C9CF
• 1310 0x3EB5FA683B7DAF84
• 0x6A — 0×71 Длина трассы (Range) в метрах (8 байт Double)
• 625 0×4 083 880 000 000 000
• 650 0×4 084 500 000 000 000
• 1250 0×4 093 880 000 000 000
• 2500 0×40A3880000000000
• 5000 0×40B3880000000000
• 10 000 0×40C3880000000000
• 20 000 0×40D3880000000000
• 40 000 0×40E3880000000000
• 80 000 0×40F3880000000000
• 160 000 0×4 103 880 000 000 000
• 0x72 — 0×79 Длительность импульса (Pulse Width) в секундах (8 байт Double)
• 10ns 0x3E45798EE2308C3A
• 30ns 0x3E601B2B29A4692C
• 100ns 0x3E7AD7F29ABCAF49
• 275ns 0x3E927476CA61B882
• 1000ns 0x3EB0C6F7A0B5ED8E
• 2500ns 0x3EC4F8B588E368F1

Допустимые сочетания длительности импульса и длинны трассы Если успешно, то ответ:

Установка длительности измерения.

• 0 6e 00 00 00 45 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 n… E… …
• 10 0d 00 00 00 4f 00 74 00 64 00 72 00 53 00 65 00… O.t. d.r.S.e.
• 20 72 00 76 00 69 00 63 00 65 00 73 00 00 00 01 00 r.v.i.c. e. s…
• 30 00 00 18 00 00 00 52 00 61 00 70 00 69 00 5f 00… R. a.p.i._.
• 40 53 00 65 00 74 00 41 00 63 00 71 00 75 00 69 00 S.e.t.A. c.q.u.i.
• 50 73 00 69 00 74 00 69 00 6f 00 6e 00 54 00 69 00 s.i.t.i. o.n.T.i.
• 60 6d 00 65 00 00 00 04 00 00 00 b4 00 00 00 00 00 m. e… …
• 70 00 00
• 0x00 — 0×69 Фиксированная часть (команда)
• 0x6A — 0x6D Длительность в секундах. (4x байтное целое)

Режим повышенной точности.

• 0 69 00 00 00 45 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 i… E… …
• 10 0d 00 00 00 4f 00 74 00 64 00 72 00 53 00 65 00… O.t. d.r.S.e.
• 20 72 00 76 00 69 00 63 00 65 00 73 00 00 00 01 00 r.v.i.c. e. s…
• 30 00 00 17 00 00 00 52 00 61 00 70 00 69 00 5f 00… R. a.p.i._.
• 40 53 00 65 00 74 00 48 00 69 00 67 00 68 00 52 00 S.e.t.H. i.g.h.R.
• 50 65 00 73 00 6f 00 6c 00 75 00 74 00 69 00 6f 00 e.s.o.l. u.t.i.o.
• 60 6e 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 00 n… …
• 0x00 — 0×67 Фиксированная часть (команда)
• 0x68 — 0×68 Режим

Вкл = 0×01.

Выкл = 0×00.

Запуск измерения.

• 0 6e 00 00 00 45 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 n… E… …
• 10 0d 00 00 00 4f 00 74 00 64 00 72 00 53 00 65 00… O.t. d.r.S.e.
• 20 72 00 76 00 69 00 63 00 65 00 73 00 00 00 01 00 r.v.i.c. e. s…
• 30 00 00 1a 00 00 00 52 00 61 00 70 00 69 00 5f 00… R. a.p.i._.
• 40 53 00 74 00 61 00 72 00 74 00 4f 00 74 00 64 00 S.t.a.r. t.O.t.d.
• 50 72 00 41 00 63 00 71 00 75 00 69 00 73 00 69 00 r.A.c.q. u.i.s.i.
• 60 74 00 69 00 6f 00 6e 00 00 00 00 00 00 00 00 00 t.i.o.n. …
• 70 00 00

Если успешно то ответ:

• 0 10 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 … …
• 10 00 00 00 00 …

Получение статуса прибора.

• 0 62 00 00 00 45 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 b… E… …
• 10 0d 00 00 00 4f 00 74 00 64 00 72 00 53 00 65 00… O.t. d.r.S.e.
• 20 72 00 76 00 69 00 63 00 65 00 73 00 00 00 01 00 r.v.i.c. e. s…
• 30 00 00 14 00 00 00 52 00 61 00 70 00 69 00 5f 00… R. a.p.i._.
• 40 47 00 65 00 74 00 4d 00 6f 00 64 00 75 00 6c 00 G.e.t.M. o.d.u.l.
• 50 65 00 53 00 74 00 61 00 74 00 65 00 00 00 00 00 e.S.t.a. t. e…
• 60 00 00 00 00 00 00

Ответ:

• 0 14 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 … …
• 10 04 00 00 00 00 00 00 00 …
• 0x00000000 = простой
• 0x03000000 = не инициализирован
• 0x05000000 = измерение

Инициализация.

• 0 62 00 00 00 45 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 b… E… …
• 10 0d 00 00 00 4f 00 74 00 64 00 72 00 53 00 65 00… O.t. d.r.S.e.
• 20 72 00 76 00 69 00 63 00 65 00 73 00 00 00 01 00 r.v.i.c. e. s…
• 30 00 00 10 00 00 00 52 00 61 00 70 00 69 00 5f 00… R. a.p.i._.
• 40 49 00 6e 00 69 00 74 00 69 00 61 00 6c 00 69 00 I.n.i.t. i.a.l.i.

50 7a 00 65 00 00 00 08 00 00 00 00 00 00 00 01 00…

Получение файла.

• 0 5e 00 00 00 45 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 ^…E… …
• 10 0d 00 00 00 4f 00 74 00 64 00 72 00 53 00 65 00… O.t. d.r.S.e.
• 20 72 00 76 00 69 00 63 00 65 00 73 00 00 00 01 00 r.v.i.c. e. s…
• 30 00 00 12 00 00 00 52 00 61 00 70 00 69 00 5f 00… R. a.p.i._.
• 40 47 00 65 00 74 00 54 00 72 00 61 00 63 00 65 00 G.e.t.T. r.a.c.e.
• 50 44 00 61 00 74 00 61 00 00 00 00 00 00 00 00 00 D.a.t.a. …
• 60 00 00
• 2) Разработка программного обеспечения для рефлектометра:

Разработка программного обеспечения на языке MortScript.

Основными функциями программного обеспечения на рефлектометре являются: запуск и управление приложениями, выполнение файловых операций (внесение изменений в реестр, чтение/запись файла).

Режимы работы программы:

Автоматический режим

В автоматическом режиме рефлектометр подключается к серверу управления без каких-либо настроек. Для чего программа с помощью функции ProcExists проверяет запущен ли процесс ActiveSync. Далее из файла программа считывает IP-адрес сервера с помощью функции ReadFile и путем редактирования строки «SOFTWAREMicrosoftWindows CE ServicesPartnersP1» системного реестра с помощью функции RegWriteString изменяет значение параметра «PName». Далее функция Run запускает системную программу repllog. exe с параметром Network Connection.

Ручной режим:

В ручном режиме пользователю предоставляется возможность воспользоваться встроенной программой OTDR для запуска тестирования оптоволокна непосредственно с прибора, либо зайти в среду Windows CE для ручной настройки подключения ActiveSync. Функция Run запускает процесс OTDR.exe.

Настройка IP сервера:

Режим настройки IP-адреса сервера позволяет изменить файл из которого программа считывает IP-адрес сервера управления, а также изменить соответствующий ключ реестра для последующего подключения.

Для этого программа с помощью функции WriteFile изменяет значение в файле IP на новое и с помощью функции RegWriteString меняет значение PName на IP по пути «SOFTWAREMicrosoftWindows CE ServicesPartnersP1» .

Настройка IP прибора:

Режим настройки IP прибора позволяет настроить IP-адрес, шлюз и маску подсети рефлектометра в режиме DHCP либо вручную.

DHCP.

Функция RegWriteDWord изменяет значение переменной «EnableDHCP», на 1 по пути CommSMSC911x1ParmsTcpIp.

Ручной режим Функция RegWriteDWord изменяет значение переменной «EnableDHCP», на 0 по пути CommSMSC911x1ParmsTcpIp для отключения режима DHCP/.

Функция RegWriteString изменяет значение «IpAddress» по пути «CommSMSC911x1ParmsTcpIp», для изменения IP-адреса прибора/.

Функция RegWriteString изменяет значение «Subnetmask» по пути «CommSMSC911x1ParmsTcpIp», для изменения маски подсети рефлектометра Функция RegWriteString изменяет значение «DefaultGateway» по пути «CommSMSC911x1ParmsTcpIp», для изменения шлюза прибора.

Запуск перезагрузки

После настройки режима работы рефлектометра, для сохранения и применения всех сделанных настроек прибор отправляется в перезагрузку Функция run запускает процесс SoftReset.exe.

Загрузка и последующая настройка программного обеспечения на рефлектометре.

Загрузка программного обеспечение осуществляется через USB-соединение. Для этого после подключения рефлектометра к ПК через программу Microsoft ActiveSync устанавливается соединение в режиме съемного диска. Папка с программой копируется по адресу WinCE DeviceProgram FilesKIWI. После чего с помощью программы CERegedit на рефлектометре изменяются значение параметров автозагрузке в системном реестре Windows CE.

3) Разработка программного обеспечения сервера управления:

Разработка эмулятора ActiveSync.

Для эмуляции ActiveSync необходимо создать сервер, который будет принимать данные, используя порт 5679, согласно технической документации разработчика.

Описание работы Сервера-эмулятора ActiveSync:

Реализация программы эмулятора основывается на программном интерфейсе Socket API. С помощью socket (int domain, int type, int protocol) и bind (int sockfd, struct sockaddr *addr, int addrlen) создается сокет, которому присевается IP-адрес сервера и порт 5679. Функцией listen (int sockfd, int backlog) сокет ставится в режим ожидания запросов со стороны клиента. Если к серверу со стороны рефлектометра происходит обращение, то запускается постоянный цикл, в нем идет прием данных от рефлектометра, и проверка на какой порт пришли данные, если на 5679, то происходит отправка контрольного пакета, если на 999, то отправка байт синхронизации.

Передача IP-пакетов.

Сервер передает данные на рефлектометр в заданном порядке, после каждой передачи, рефлектометр посылает контрольную сумму, информирующую об исполнении команды. Каждая команда задается байт-кодом, всего таких команд 9. Для передачи данных на рефлектометр используется программный интерфейс Socket API.

Для этого с помощью функций socket (int domain, int type, int protocol) и bind (int sockfd, struct sockaddr *addr, int addrlen) создается сокет и присваиваются значения IP-адреса сервера и номер порта 990. Функция connect (s, (sockaddr*) & adr, sizeof (adr))) подключает сокет к рефлектометру, затем функцией send (int sockfd, const void *msg, int len, int flags) отправляется байт массив с командой. Для того что бы принимать ответ с рефлектометра используется функция recv (int sockfd, void *buf, int len, int flags). В случае успешного выполнения команды рефлектометр посылает последовательность байт «10 00 00».

Объединение модуля отправки команд эмулятора ActiveSync.

Для объединения двух программ в одну используются потоки С++ стандарта ISO/IEC 14 882:2011. Потоки С++11 представлены классом std: thread который может работать с регулярными функциями, лямбдами и функторами. Кроме того, он позволяет передавать любое число параметров в функцию потока.

Функция std: thread threadFunction (function) запускает новый поток, в котором работает эмулятор ActiveSync. Функция function включает в себя код программы эмулятора. По завершению работы программы поток отключается функцией detach.

Ожидание команд с программы клиента.

Связь сервера управления и клиентского приложения осуществляется посредством TCP/IP протокола с использованием возможностей библиотеки QtNetwork. Класс QTcpServer, входящий в состав библиотеки QtNetwork, создает сокет ожидающий подключение с клиентского приложения на заданный порт.

4) Разработка клиентского программного обеспечения

Передача команд управления на сервер

Клиентское приложение посредством протокола TCP/IP c использованием класса QTcpSocket создает сокет, который посылает на заданный адрес и порт сервера порядковый номер команды на выполнение. Сервер принимает данные и согласно полученному коду команды высылает на рефлектометр соответствующий ей байт-код.

Получение файла рефлектограмы.

Клиентское приложение создает сокет, ожидающий подключения с сервера по средством библиотеки QtNetwork. После того как ожидаемый поток данных получен, программа сохраняет их в файл для последующего анализа и построения рефлектограммы.

Описание алгоритмов программных модулей Описание алгоритмов работы программных модулей представлено в виде Диаграмм деятельности UML. Диаграммы раскрывают функциональный алгоритм основных модулей программного комплекса.

Рис. 2.1. Диаграмма Серверного модуля

Рис. 2.2. Диаграмма Клиентской части

Рис. 2.3. Диаграмма ПО на Рефлектометре