摘要：介绍PB0技术及其特点，这种技术支持软件重用和动态可重配置；分析其应用于航空航天器等实时装入式软件开发过程中的优势与困难。

    关键词：软件重用 动态可重配置 实时装入式软件

1 PBO技术[1]

PBO（Port-Based Object）技术[1]是一种可用于软件工程的新技术，特别适合于动态可重配置实时软件（DRRTS）的开发。DRRTS可以在线配置，无需重新编译和连接，也就可以不必关闭和重新启动系统，从而满足某些系统需要连续不停地运行和升级的要求。每一个PBO相当于一个组件，结构如图1所示。左右两边分别是变量输入和输出端口，上面是其配置常端口，下面是其与传统器与机械臂通信的源端口。每一个PBO进程都有相同的有限状态机，如图2所示。它有4种状态（用椭圆表示）：未建立、错误、OFF和ON。状态之间可以互相转化。这使得每一个PBO的代码有着相同的结构，包含着同样的方法，只是其中的方法处理过程不同。实际应用中，可以建立一个PBO库，库中的每一个PBO组件都可以作为软件重用的模块，在需要的时候可以将它们动态地配置。图3是一个PBO相互连接组合的实例。PBO的参数用局部变量表和全局变量表两级存储，进程之间的通信通过共享全局变量存储器来实现。图4是PBO进行状态变量两级存储结构图。每当进程开始执行一个循环时，从全局变量表中读入变量，执行完毕中，再把变量写入全局变量表。

2 PBO技术的特点

对于基于实时操作系统（RTOS）上的控制系统软件，采用PBO技术，可以从系统体系结构到代码实现的各阶段加快软件开发速度。PBO技术遵循高内聚、低耦合的封装设计思想，整个系统由多个可配置组件组成。按照这种框架，可以使用当今流行的面向对象设计模式，采用消息驱动；但实时嵌入式软件是面向实时系统的，要求高速有效，消息驱动有时不能满足这个要求。PBO设计方法中，数据的传递是通过共享存储器实现的，这样设计满足了硬件的低负荷工作和数据的更新速度要求。每个组件与外界的联系由四个端口（port）组成。内部实现黑箱操作。采用两级存储保存数据，力图实现最大限度减少访问冲突，减少组件间的依赖性。PBO技术结合了端口自动代数模型和对象的软件抽象[1]。每一个PBO相当于一个控制系统，可以用传递函数来表示，由此，可以采用精确的数学方法对子进行描述和验证。每一个PBO也是一个标准化了的对象，即所有的PBO有着同样的结构和同样的有限状态机，它和外界的接口也是标准经的。PBO的执行是互相独立的，并行的，不需要同步，使得PBO之间的依赖降低到最低的限度，可以动态地加入或退出某个PBO。PBO相当于一个即插即用的软件组件，可以通过重新配置以适合需求。所以，采用PBO技术开发的软件具有开放性，易于修改和升级。

3 PBO技术中实时软件的特点[2]

实时软件要求极端的可靠性。许多系统一经启动，要连续不断运行。采用PBO可实现动态重配置，重配置时间开销对于系统运行几乎不受影响，满足这类实时系统修改和升级的要求。采用PBO技术设计的软件，数据通过共享存储器，能够实现高速运行，提高设备采样率，也使得任何信息能够随时处理，满足实时系统及时性要求，这样也就保证系统产生的结果在时间上具有严格的正确性。基于普通模块设计的软件，采用消息传统机制，可能由于消息的阻塞而使事件处理的及时性得不到保证；而PBO技术通过共享变量表实现通信，锁定CPU时传输的变量很少，等待资源的CPU能够很快获得所需的资源，保证实时系统能够及时处理各种事情。由于许多PBO进程在多CPU上独立并行，可同时处理数据的输入或输出，也满足了实时系统同时性的要求。