系统可重构技术研究
家视角：系统可重构技术研究
系统可重构技术研究
路友荣 白 鹏 蔡骞
摘要：为了适应需求的变化，可重构系统的设计技术逐步成为一个新的研究热点。本文综
述了硬件平台可重构、软件系统可重构和通信网络可重构三类当前广泛研究的系统可重构技术， 提出了我们需要关注和跟踪研究的技术重点和发展方向。
关键词：可重构；ＳＣＡ；ＳＯＡ；服务；软件总线；端到端；软件无线电
１ 引言 信网络可重构‘端到端可重构 ＿类。
软件无线电中，硬件的通用性、软件的 重用性以及它们能否应用于不同厂商提供的多
种软硬件环境，已经成为对硬／软件的开放性、 适应性和经济性评价的重要因素。在企业信息
系统建设中，为了满足环境和业务需求的变化，
提供 种分布式、开放型、流程化的系统架构， 通过松耦合方式联接相关应用系统，让行业内 部主要的ＩＴ资源在ｌ异构环境下，能够像搭积木
样进行组装和重用成为必然。在无线通信领
域，随着技术的发展，多种异构无线接入技术
的共存将成为未米无线通信环境的 个重要特 征。重叠的 络覆盖、多样的业务需求以及互 补的技术特性，使得异构无线接入技术之间的
协同和资源共享的需求日渐强烈。纵观这些，
核心就是要适应需求变化、实现资源共享：所
有这 ，都在不同层面和技术领域推动了可重 构系统的研究与发展。
可重构处理／计算系统（简称可重构系统）， 是一种可利用现有系统中的可编程软硬件资源，
重新构建满足新的功能要求的目标系统。系统 可重构技术是为实现这一目标，在研究软硬件
可重构模块基础上发展起来的一种灵活、高效
的可重构系统设计解决方案。 可重构系统可分为硬件平台可重构（电路
可重构）、软件系统可重构（软件可重构）和通 ２电路可重构技术
２．１电路可重构的概念
电路可重构技术是利用可编程器件具有可
多次配置的特性（如ＦＰＧＡ），根据需要调用
不问的配置文件来改变电路逻辑结构，实现硬 件资源可重崩、系统功能可改变的目的。可见，
它是介于通用处理器和ＡＳＩＣ之间的一种全新
信号处理解决方案，它既保留了硬件计算的速 度性能，又兼具软件编程灵活的算法实现方式， 而且开发成本相比ＡＳＩＣ小，开发周期也短。
按照重构的方式，电路可重构可以分为静
态重构和动态重构。静态重构是指在可罩构器 件运行之前对其进行预先配置，在运行过程中
其功能保持不变，即运行过程中 能对其进行
重构。动态重构是指在可重构器件运行的过程 中可根据需要对其实时进行配置，改变其电路
结构，实现不同的功能。根据重构时是改变了
伞部电路结构还是部分电路结构，动态可重构 又分为部分动态重构和全局动态重构。目前大
多数ＦＰＧＡ都是静态可重构的，而针对特定应
用领域设计的可重构系统大部分是需要支持动 态可重构的。
２．２可重构系统结构
可重构系统作为信号处理的平台，对其进 总第３６６期 电信技术研究 ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＯＮ ＴＥＬＥＣｏＭＭＵＮＩＣＡＴｌｏＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０ １ １年２期
行配置和控制，需要由主处理器来完成，因此 它是由主处理器和可重构器件组成的混合系统。
根据主处理器与可重构器件连接关系的紧密程
度，可分为紧耦合和松耦合两种方式。具体连 接方式可分为以下４种：
独立处理器
一 卜 一 卜 Ｉ／Ｏ 外 总线 ’ ＲＵ 主处理器 内邮 线 ’ 内存 接口 ＼，厂—＿＿／ ＼厂］／
（ａ）ＲＰＵ作单独处理单元
辅助处理
（ｂ）ＲＰＵ作辅助处理单元
协处理器
（Ｃ）ＲＰＵ作协处理单元
（ｄ）ＲＰＵ集成到处理器芯片内
图１ 可重构单元与主处理器间的耦合关系
（１）可重构器件作为主处理器外部 个独 立的处理单元，通过Ｉ／Ｏ接口与主处理器连
接，这是最松散的耦合方式，如图１（ａ）所示。
这类系统的可重构单元部分一般包含多个
ＦＰＧＡ。
・２‘ （２）可重构器件作为主处理器的辅助处理 器，通过本地总线与主处理器连接，如通过
Ｃａｃｈｅ来实现和主处理器之问的连接，这也是一
种松耦合方式（以Ｉ／０操作的方式），如图１ （ｂ）所示。此类结构在通用计算机系统结构中
比较常见，如ＰＣ机中的图形加速卡。 （３）可重构器件以协处理器的形式通过局
部总线与主处理器连接，这是一种紧耦合方式，
如图１（Ｃ）所示。在这种结构中，可重构单元
可以运行多个时钟周期而无需主处理器的干涉，
而功能单元每执行一次定制指令就必须和主处 理器交互。 （４）可重构器件作为一个功能部件直接集 成在主处理器中，这是最紧耦合的结构，如图１
（ｄ）所示。在这种结构中，可重构单元作为主 处理器 个扩展的数据通道，提供功能可以定
制的指令。
２．３研究方向
随着微电子技术和计算机技术的发展，尤
其是大规模高性能的可编程器件的出现，以及 软硬件设计方法和设计工具的改进，电路可重
构技术逐渐成为国际上计算系统研究中的 个 新热点，特别是动态可重构技术已成为可重构
计算技术的研究重点。
动态可重构技术又有两个基本的研究方向，
一个是基于动态可重构ＦＰＧＡ的电路设计研究，
一个是基于特定应用的可重构单元的设计及算
法映射研究。随着ＦＰＧＡ技术的日益成熟，许 多ＦＰＧＡ￥０造商推出了具有部分动态可重构功
能的ＦＰＧＡ。如何在这样的ＦＰＧＡ上设计可重构 电路，是目前一个新的研究方向。目前，Ｘｉｌｉｎｘ
公司为了支持动态局部重构技术提出了３种主 要设计方法：基于差异的动态可重构，基于模
块的动态可重构，基于ＥＡＰＲ（Ｅａｒｌｙ Ａｃｃｅｓｓ Ｐａｒｔｉａｌ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）的动态可重构。基于差
异的动态可重构方法多用于两个设计之间差别
很小的电路，比如只改动两个设计查找表功能、
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Ｉ／Ｏ引脚属性等。 般只需要剧ＦＰＧＡ编辑器
对经过布局布线后的电路捕述文件进行改动， 适用于功能简单的电路，特别适合于单元结构
的系统。基于模块化的动态可重构方法适用于
电路功能比较复杂、差ｌ异文件庞大的情况。基 于ＥＡＰＲ的动态可重构方法，设计自动化程度
较高，有利于大型复杂系统的 队设计，是动
态局部可重构技术发展的趋势。 在算法映射研究方面，为了能更快、更容
易地把高级语音所编写的 用程序映射到可重
构硬件资源卜，学术和工业界都在广泛研究人
们所需的通用的映射Ｔ具。 通常，对于基于模块的动态可重构，任务 模块以并行方式存可重构芯片上运行，因此，
需要研究布局问题。布局是指运行时可重构资 源的动态分配，布局算法由主控ＣＰＵ完成。布
局不仅关系到芯片资源的合理、有效利用，而
日｜是研究可重构芯片上硬件任务重新定位和碎 片整理的基础，它的效率一直是可重构计算系
统的瓶颈问题， 此也为 际上的研究热点。 针对布局问题，Ｂａｒｚａｒｇａｎ首先进行了系统的研
究，他对在线和离线情况分别提出若干有指导
意义的布局算法，后米又有不少改进算法。另 外，随着ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｃｈｉｐ）技术可编程器
件的发展，已经出现了 种新的设计观点，即 采用统 的多任务（多线程）模式处理软件任
务和硬件任务，操作系统既要进行软件任务的
管理，也需要进行硬件任务的动态管理。
２．４主流形式
目前主流的电路可重构系统结构如陶２所
示，处理节点普遍采用总线插槽方式或远程网
络接口方式。 该平台结构具有可重配置通信平台／终端
所需的开放性和可编程能力，广泛应用于软件 无线电（ＳＤＲ）系统中。众所周知，ＳＤＲ的重
配置包括所有的功能性能方面，从无线物理层
到协议栈、服务或服务执行平台的可重配置， 因此需要发展‘种考虑到应用层和底层的开放
编程接口的结构框架。软件通信体系结构ＳＣＡ
（Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）就是 其代表，它是美军为开发未米的战术无线通信 系统而发布的，是ＳＤＲ的一种实现方式，它在
不同的层面对硬件和软件提供了详细的规范， 使系统具有组件的可移植性和广泛的复用性， 非常适合于新一代无线通信系统的快速开发。
目前，ＳＤＲ论坛已经把ＳＣＡ作为开发商川ＳＤＲ
产品的标准。
图２ 主流的可重构硬件平台结构
３软件可重构技术
３．１软件系统可重构的内涵
软件可重构是在不改变软件可观察行为的
前提下，应用一系列的重构技术重新构建软件。 软件系统可重构是在软件可重构基础上发展起
来的一种灵活、高效的可重构系统设计解决方
案，即研究设计软件可重构系统。 软件系统可莺构的系统，简称软件可重构
系统，系统功能完伞由软件描述，在系统硬件 能力许可的范围内，不同的应用软件可以为系
统实现不同的功能。特定应用软件 系统本身
的管理软件分离，在系统蕈构时，只需要重点 设计特定应用软件，对管理软件本身不需考虑。
软件可重构系统应包括以卜 个部分： 个可
重构的硬件平台，其中硬件模块的功能可以重
・３・
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构、可以扩展，网络拓扑结构能够灵活可变；
个完整的软件管理体系，它可以适应不同硬 件平台，而且它能完成软件模块的加载，卸载，
执行不同的应用，并解决软件模块问的互连、
互通和互操作问题；一个或多个应用程序，它 采用模块化的组成，这些组成模块可以被分布
到小同的硬件模块上进行分布式的处理，具备 标准化的接口，服从软件管理体系的管理。
３．２软件系统可重构技术
为实现系统的开放性和可重构性，先后出 现了以数据为中心的系统模型、以执行为中心
的系统模型、面向对象的系统模型等。前两种
模型分别在数据、功能等方面实现了软件重用， 但没有提供不同层次的抽象方法。面向对象的
系统模型向可重构的系统开发迈出了重要‘步， 但在功能实现上，每个对象都是类的一个实例，
程序问存在较大的功能冗余，基于消息的信息
传递也存在控制层次较多、效率低下的问题。 构件技术提供了对复杂系统的层次化抽象方法，
可以实现不同层次的抽象，囚而成为可重构系 统的基础。在构件体系结构中，通过事务构件
的组合，可以形成具有独立功能的业务构件， 多个业务构件按一定的业务要求组合，可以形
成基于构件的业务过程，从而在一定的业务规
则的驱动Ｆ，灵活地完成多种业务功能。
・ ・ 基于面向服务的体系结构（ＳＯＡ）是以软
件构件化为基础的新的计算模型，它将不同的
功能单元（提供具体服务或实现相应功能的构 件）通过预先定义好的接口和契约联系起来。
ＳＯＡ模型包含３个实体：①服务提供者；②服务
请求者；③服务代理者。在ＳＯＡ架构中，３个实 体通过发布、查找、绑定３个基本操作相互作用。
服务提供者向服务代理者发布服务，服务请求
者通过服务代理者查找所需的服务，并绑定到 这些服务上。ＳＯＡ的计算模型决定了软件系统
构架，是一 次信息系统架构上的较大变革，是
一种设计和构建松散耦合软件解决方案的方法。 为了改变服务请求者和提供者之间点对点服务
集成方式，克服如果一一端的服务调用地址发生 变更，服务代理程序需要重新生成，以及ｌ犬ｊ通
信双方需要了解彼此的服务实现细节，致使服 务集成的灵活性、透明性严重不够的问题，后
来又研究发展了软件总线技术。
服务总线（ＥＳＢ）是一种基于消息中问件、
动态可重构系统的通信结构研究
动态可重构系统的通信结构研究＊ ＿
■电子科技大学 刘倩 李Ｆ－军 郭志勇
动态可重构技术能在一定控制逻辑的驱动下，对全部或部分逻辑资源实现在系统的动态功能变换和硬件 … 的时分复用。本文介绍了可重构体系结构及典型动态可重构结构；详细分析、比较了动态可重构系统４ 一一 种通信结构的主要性能，指出各自适用领域，并给出一个应用实例；最后探讨了动态可重构技术研究面 临 的相关问题和发展趋势。 关键词 可重构 动态重构 ＮｏＣ ＲＰＵ
基于ＳＲＡＭ的ＦＰＧＡ的问世标志着现代可重构计算 技术的开端，并极大地推动了其发展。可重构计算技术能 够提供硬件的效率和软件的可编程性，它综合了微处理器 和ＡＳＩＣ的特点，空间维和时间维上均可变，因而广泛应 用在军事目标匹配、大数运算、声纳波束合成、基因组匹 配、图像纹理填充、集成电路的计算机辅助设计等方面。 对动态可重构相关技术的研究将推动可重构技术的发展， 以满足更多的应用需求。 １可重构体系结构 用可重构器件构造的基本体系结构，按可重构处理单 元ＲＰＵ和传统微处理器的耦合方式，可分为以下４种： ①作为一个单独的处理单元通过Ｉ／Ｏ接口连接总 线，是最松散的连接方式，如图１（ａ）所示； ②作为主处理器的处理单元挂在主机的本地总线
缓 Ｉ／Ｏ ＣＰＵ 接 存 口 可重构处理单元 （ａ）ＲＰＵ作单独处理单元 （ｂ）ＲＰＵ作主处理器 处理单元
ＣＰＵ 口 Ｏ 缓 存 功能单元 （ｃ）ＲＰｕ作协处理单元 （ｄ）ＲＰＵ集成到处理器芯片内 图１ 可重构单元ＲＰＵ和传统微处理器的耦合关系图 ＊基金项目：由国家自然科学基金资助，项目批准号为６０６７６０１４，资 助领域分类代码为Ｆ０４０２。 上，通过Ｃａｃｈｅ来实现和主处理器之间的连接，如图１（ｂ） 所示； ③作为协处理单元，可以执行较大粒度的运算，如图 １（ｃ）所示； ④ＲＰＵ被集成到处理器芯片内，作为主处理器一个扩 展的数据通道，提供功能可以定制的指令，如图１（ｄ）所示。 ２典型动态可重构系统结构 重构可分为静态重构和动态重构。如果重构必须在 中断程序执行的情况下运行，则称为“静态重构”；如果装 载配置文件的过程可以与程序执行同时进行，即在改变电 路功能的同时，仍然保证电路的动态接续，则称为“动态重 构”。动态可重构系统多是基于多配置文件的ＲＰＵ，可在 运行部分配置文件的同时改变其他配置文件，从而显著缩 短重新配置的时间。动态可重构技术可以使数字系统单 片化的设计从追求逻辑大规模、高集成度转向追求资源利 用率，从专用的固定功能逻辑系统转向功能可自适应进化 的逻辑系统，其设计理论和方法已逐渐成为新的研究热 点。下面介绍几种典型的动态可重构结构。 Ｇａｒｐ：美国加州大学伯克利分校的ＢＲＡＳＳ研究小组 开发的，由一个ＭＩＰＳ微处理器和ＦＰＧＡ组合而成的系 统。其核心是探索如何将可重构计算单元嵌入到传统的 ＲＩＳＣ处理器中，并论证这种可变结构对某些领域计算的 加速能力。 Ｍ１、Ｍ２芯片：Ｍ１芯片是美国加州大学Ｍｏｒｐｈｏｓｙｓ 工程提出的一种粗粒度、多重配置文件可重构结构；Ｍ２ 是Ｍ１的一种改进结构，兼具ＤＳＰ器件的灵活性和ＡＳＩＣ 芯片的高性能，可广泛应用于并行计算系统、多媒体数据 处理、高质量图像处理、ＤＳＰ变换等领域。
基于构件的可重构ERP系统研究
第２７卷 ＶＯ１．２７ 第１７期 ＮＯ．１７ 计算机工程与设计 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ２００６年９月 Ｓｅｐｔ．２００６
基于构件的可重构ＥＲＰ系统研究
鄹彦械 （中山大学信息科学与技术学院计算机科学系，广东广州５１０２７５） 摘 要：实施ＥＲＰ系统已成为企业信息化的重要标志之一，剖析了传统ＥＲＰ系统的不足，即过程集成和企业间集成方面存在 的不足，引出新一代ＥＲＰ系统的新特征；结合一个实际ＥＲＰ系统讨论了基于先进管理模式，面向中小型制造企业，适用于多 行业的，可根据具体业务需求进行功能裁减并支持企业业务流程重组的可重构ＥＲＰ系统的构建方法，并提出一个基于Ｊ２ＥＥ 标准，面向软件构件的可重构系统体系结构模型，该模型已在ＲＥＲＰ系统中得到成功应用。 关键词：可重构；构件；软件体系结构；ＥＲＰ；Ｊ２ＥＥ 中图法分类号：ＴＰ２７３＋．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—７０２４（２００６）１７－３１６８．０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ＥＲＰ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＺＨＥＮＧ Ｙａｈ—ｓｈｕ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｏｎｇｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０２７５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＥＲＰ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｍｏｓｔ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＥＲＰ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ｔｈａｔ ｉｓ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，ｓｏｍｅ ｎｅｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆｎｅｘｔ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ＥＲＰ ｓｙｓ— ｔｅｍｓ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ；ｓｏｍｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＲＥＲＰ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｎｄ ａ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅ ｆｏｒ ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ＥＲＰ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｄｖａｎｃｅｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅ，ｆａｃｅｄ ｍｉｄｄｌｅ－ ｓｉｚｅｄ ａｎｄ ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｔａｋｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｌｏｗ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｓｐｅ－ ｃｉｆｉｃ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｊ２ＥＥ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｓ ｏｒｉｅｎｔｅｄ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ；ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；ＥＲＰ；Ｊ２ＥＥ
可重构系统的设计与优化
可重构系统的设计与优化
一、 可重构系统的概念
可重构系统是一种具有高度灵活性和扩展性的计算机系统，在工作时能够根据具体的需要进行重构和重新配置，以满足不同的应用需求。可重构系统具有以下几方面的优点。
1. 灵活性高：可重构系统能够根据工作需要进行重构和重新配置，从而实现复杂的运算和处理，适应不同的应用环境。
2. 可扩展性强：可重构系统支持扩展和升级，能够通过增加硬件资源和软件配置，提高系统性能和处理速度。
3. 运算效率高：可重构系统采用专用的硬件和软件结构，支持高效的运算和处理，加速数据传输和处理速度。
二、 可重构系统的组成
可重构系统由三个主要部分组成，包括可编程逻辑芯片（PLD）、可重构硬件系统（RHS）和可编程软件系统（PSW）。
1. 可编程逻辑芯片：PLD是可重构系统的核心部件，它能够根据需要被编程为执行特定的功能，例如逻辑运算、状态机控制、数据通路等等。 2. 可重构硬件系统：RHS是可重构系统的硬件组成部分，它由一系列可编程的逻辑单元和内部总线组成，用于实现具体的计算和处理任务。
3. 可编程软件系统：PSW是可重构系统的软件组成部分，它提供了操作系统、编译器、调试器和其他软件工具，用于配置和管理可重构系统的硬件和软件资源。
三、 可重构系统的设计与优化
可重构系统的设计和优化需要考虑以下几个方面。
1. 系统架构设计：可重构系统的架构设计需要根据应用需求和目标性能来选择适当的硬件和软件组件，确定硬件架构和系统结构。
2. 编程语言和系统软件：可重构系统的编程语言和系统软件需要选取适合具体应用的编程语言和工具，如Verilog、VHDL、C/C++等，确保编程效率和代码质量。
3. 优化算法和数据结构：可重构系统的优化算法和数据结构需要根据问题性质和数据特征进行优化设计，提高系统运算效率和处理速度。
4. 系统调试和测试：可重构系统的调试和测试需要进行全面、有效的测试和调试工作，包括系统级测试、模块测试和集成测试等。 四、 可重构系统的应用
基于可重构技术的航天器数据管理系统研究
・３２・ 《测控技术））２ｏｌ１年第３０卷第１期
基于可重构技术的航天器数据管理系统研究
郑超，于晓洲
（西北工业大学精确制导与控制研究所，陕西西安７１００７２）
摘要：研究了一种改进的可跨平台使用的航天器数据管理系统，采用这种系统设计的航天器能够在出现 故障或飞行任务发生改变时通过硬件重构完成飞行任务。在此基础上利用ＦＰＧＡ芯片结合ＳＯＰＣ（ｓｙｓ．
ｔｅｍ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｃｈｉｐ，可编程片上系统）技术，设计了一种新型航天器数据管理系统。 关键词：数据管理系统；重构；ＳＯＰＣ
中图分类号：ＴＰ２７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—８８２９（２０１１）Ｏ１—００３２—０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ Ｄａｔａ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＥＮＧ Ｃｈａｏ，ＹＵ Ｘｉａｏ—ｚｈｏｕ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｇｕｉｄａｎｃｅ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｎｏ￣ｈｗｅｓｔｅｍ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｅａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃｒｏｓｓ—ｐｌａｔｆｏｒｍ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ ｄａｔａ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ ｄａｔａ ｍａｎ－ ａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ ｃｏｕｌｄ ｈａｖｅ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｉｔｓ ｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｓｙｓ－
ｔｅｍ ｆａｉｈ ｏｒ ｆｌｉｇｈｔ ｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｎｇｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ，ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｄａｔａ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ＦＰ—
可重构螺旋球窝机床控制系统研究
设计与研究 １３
可重构螺旋球窝机床控制系统研究
高建国
（常州机电职业技术学院，常州２１３１６４）
摘 要：可重构机床作为满足多品种、中小批量定制生产的新型机床，具有广泛的应用前景。本文通过对可
重构机床理论的研究结合螺旋球窝加工工艺，来探索可重构机床的研发中模块开发与重构方案的确立，通过在
螺旋球窝加工机床上应用ＰＬＣ控制系统来探索ＰＬＣ控制系统在可重构机床上应用的可行性与方法。
关键词：可重构 螺旋球窝 控制系统 机床
引言 全球化经济激发的市场激烈竞争和客户对产品需求
的日益个性化趋势，引起产品品种增多及市场生命周期 不断缩短…１。可重构制造系统的出现使得以大批量生产的
效率和成本进行中小批量生产成为可能。 可重构机床作为可重构制造系统的组成部分，其可通
过自身结构的变化，重新配置机床功能；当工序需求发生变 化时，能通过快速、经济地重新配置其硬件、软件，从而定制
地响应新需求。可重构机床是可重构系统实现的基石。
１可重构机床控制系统 可重构机床机械是一般是由一系列机械模块（包括可
重构机械模块）构成，从而实现了可重构，为了与可重构机
床机械系统的重构同步，可重构机床控制系统也必须是可
重构的ｌ ２＿。作为可重构机床动力源，为了提高各功能模块的 可重构性，一般采用伺服电机；为了保证多种运动的相关
性，各动力源之间应具有相应的联动性。因此作为可重构机
床的控制系统可以采用数控系统控制或ＰＬＣ控制。 数控系统与ＰＬＣ都可以用于可重构机床的控制器，两
种系统相对而言，数控系统的特点是：终端使用简单、多
轴联动控制方便、二次开发对人员的求较、一次性投入较 高；ＰＬＣ的特点是：编程方法简单易学、可靠性高、一次性
投入较少等。因此，数控系统更适用于大型的、需复杂运
动轨迹的、具有多轴联动要求较高的、需闭环控制待较复 杂的可重构机床或系统，ＰＬＣ更适用于小型的、运动轨迹
较单一的、开环控制等较简单的可重构机床。
基于主动均衡技术的可重构储能系统SOC均衡策略
基于主动均衡技术的可重构储能系统SOC均衡策略
目录
1. 内容概述................................................2
1.1 研究背景.............................................2
1.2 研究意义.............................................3
1.3 文献综述.............................................4
2. 可重构储能系统概述......................................6
2.1 可重构储能系统架构...................................7
2.2 储能系统SOC均衡的重要性..............................8
2.3 现有SOC均衡方法分析..................................9
3. 主动均衡技术原理.......................................11
3.1 主动均衡技术概述....................................11
3.2 主动均衡技术的工作原理..............................13
3.3 主动均衡技术的优势..................................14 4. 基于主动均衡技术的SOC均衡策略..........................15
4.1 系统模型建立........................................16
4.1.1 储能电池模型....................................17
零动量卫星轮控系统可重构性设计研究
２Ｏ１３年２月
第 １ 期 中国空间科学技术
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｐａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
零动量卫星轮控系统可重构性设计研究
顾朋 王大轶 。 刘成瑞 。 （１北京控制工程研究所，北京１００１９０）（２空间智能控制技术重点实验室，北京１∞１９ｏ）
摘要 针对卫星姿态控制系统设计中常见的动量轮配置问题，总结了星上常用的５种 轮控系统构型，首先对各种构型从角动量包络、干扰力矩下动量轮的饱和情况、系统功耗 和可靠性等方面进行了可重构性分析和比较，在此基础上提炼了动量轮可重构性设计准则， 可为轮控系统的设计提供参考依据。 关键词 动量轮 配置 角动量包络 可靠性 可重构性 姿态控制 航天器 ＤＯＩ：１０．３７８０／ｉ．ｉｓｓｎ．１０００—７５８Ｘ．２０１３．０１．００２
１ 引言
随着航天技术的迅猛发展，航天使命的日益复杂多样化，对航天器姿态稳定系统的要求越来越 高。为了满足这种要求，对于中高轨道的航天器来说，目前越来越多地采用了轮控三轴姿态稳定系
统 Ｊ。与喷气推力器三轴姿态稳定系统相比，轮控三轴姿态稳定系统的优点是：１）可以给出精确 的连续变化的控制力矩，进行线性控制；２）动量轮所需要的能源是电能，可以不断通过太阳能电 池在轨得到补充，因而适合长寿命工作；３）轮控系统特别适合于克服周期性扰动。然而，在具有 上述优越性的同时，也存在一个主要的问题：动量轮会发生速度饱和。在这种极限工作状态下，动 量轮不再吸收航天器多余的动量矩，失去控制能力。 从原理上讲，只要轮控系统能够提供３个本体主轴上的控制力矩就可以实现卫星姿态的三轴稳 定。然而当采用多个动量轮构成的轮控系统时，首先遇到的问题是安装矩阵的选择问题，即如何合 理地安装这些轮子，使其不但能够提供三轴上的控制力矩，而且能够实现某种指标下的优化［２］。因 此，在设计轮控系统时，动量轮构型的选取是考虑的主要问题。 本文从动量轮可重构性设计的角度出发，通过对星上常用几种不同构型的轮控系统性能的分析 和仿真，比较了它们在三轴姿态控制中的优劣情况，为星上轮控系统可重构性设计提供参考依据。
基于ASP的快速可重构CAPP系统研究
收稿日期:20030711基金项目:国家科技攻关计划(863)重大项目(2001BA201A05)资助作者简介:刘书暖(1979-),女(满),辽宁,
博士研究生刘书暖文章编号:100328728(2004)1021169203
基于ASP的快速可重构CAPP系统研究刘书暖,张振明,田锡天,朱名铨(西北工业大学CAPP与制造工程软件研究所,西安 710072)
摘 要:针对应用ASP(ApplicationServiceProvider)服务的企业对CAPP系统的需求具有多样性和多变性的特点,本文提出了基于ASP的快速可重构CAPP系统,采用面向对象的方法进行系统的构件化设计,采用EJB组件技术实现构件的组件化,并提出通过对系统构件编码来提高重构速度的方法。文中以一个实例说明了CAPP系统的快速重构。关 键 词:ASP;可重构CAPP系统;构件组件化;构件编码中图分类号:TP31 文献标识码:AARapidReconfigurableCAPPSystemforApplicationServiceProviderLIUShu2nuan,ZHANGZhen2ming,TIANXi2tian,ZHUMing2quan(NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi′an710072)Abstract:ThispaperpresentsreconfigurableCAPP(ComputerAidedProcessPlanning)systemforthediversityandcontinuouschangeoftherequirementofenterpriseASP(ApplicationServiceProvider).Thecomponentsofthissystemaredesignedbasedonobject2orientedtheory,encapsulatedbyEJB(EnterpriseJavaBeans)technol2ogyandcodedtoenhancethespeedofitsreconfiguration.AnexampleisgiventoillustratetheprocessofCAPPsystem′srapidreconfiguration.Keywords:ASP;ReconfigurableCAPPsystem;Encapsulationofcomponents;Componentcode ASP(ApplicationServiceProvider)通常译为应用服务提供商,它通过英特网提供成套软件配置、支持、管理及租赁等服务[1]。将ASP服务的思想应用在CAPP系统中[2],使得通过英特网为制造业企业提供成套的CAPP应用服务成为可能。然而,ASP所提供的服务既要符合个别客户的特定要求,又要迎合所有客户的共同要求,因此应用ASP服务的CAPP应为用户提供通用的应用平台,同时为用户提供个性化的解决方案。本文在基于J2EE的开放式CAPP体系架构的基础上提出应用ASP服务的可重构CAPP系统。1 基于J2EE的开放式CAPP系统
可重构制造执行系统中的构件复用技术研究
２０１１年ｌ１月 第３９卷第２１期 机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ Ｔ００Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ ＮＯＶ．２０１１ Ｖｏｌ＿３９ Ｎｏ．２１
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１ １．２１．０１３
可重构制造执行系统中的构件复用技术研究
张升文，李朝辉
（大连海事大学交通运输管理学院，辽宁大连１１６０２６）
摘要：从软件重用角度对可重构制造执行系统及相关构件复用技术进行研究。在提出构件化可重构制造执行系统平台
功能架构的基础上，将人工智能的框架表示作为构件的描述方法，在构件库中以框架表示为单元对构件进行分类存储；根 据框架表示的继承和关联特性，提出基于规则推理和功能粒度的构件搜索匹配算法；在语义和功能上满足构件在可重构制 造执行系统平台上的组装。
关键词：软件构件；制造执行系统；框架表示；构件检索 中图分类号：ＴＨ１６６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３８８１（２０１１）２１—０５０—４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｒｅｕｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ
Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ｚＨＡＮＧ Ｓｈｅｎｇｗｅｎ．ＬＩ Ｚｈａｏｈｕｉ
（Ｔｒａｎｓｐｏ￣ｍｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｄａｌｉａｎ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １６０２６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｄｅａ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒｅｕｓｅ，ａ ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＳ）ａｎｄ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｒｅｕｓｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｂｙ ｐｒｏｐｏｓｉｎｇ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｆｒａｍｅ ｏｆ ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ＭＥＳ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．ａ ｃｏｍ・ ｐｏｎｅｎｔ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｆｒａｍｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏ— ｎｅｎｔ’Ｓ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｌｌ ｆｒａｍｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｕｎｉｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｉｎｈｅｒｉｔａｎｃｅ ａｎｄ ｒｅａｓｏｎ—
面向网络化制造的可重构ERP系统研究
本文研究了面向网络化制造环境下的支持功能可重构的ＥＲＰ系统的相关技术，提出了系统的体系结构及实施的技术方 案。目的在于提高ＥＲＰ系统的柔性和灵活・性，利用构件技术扩展系统的适用范围，延长系统的生命周期。
在当前经济全球化和信息化的大 趋势下，制造业和制造技术随着网络 经济和网络技术的不断发展而产生了重 大的变化，网络化制造已成为当代制造 业研究的核心内容和趋势。企业的组织 结构、生产管理方式等也必然随着网络 化制造的兴起而发生显著的变化，传统 的ＥＲＰ系统通常只是利用单一企业的资 源，面向的是企业固定的生产模式，而 网络化化制造环境下的现代企业，其制 造过程分散在世界不同的地方，信息的 传递也是在整个制造网络上，相应地， 组织结构趋于扁平化，因此，传统的 ＥＲＰ显然远远不能适应这种网络化环境 下的现代企业。针对传统ＥＲＰ的缺点， 本文通过对网络化制造中的功能可重 构ＥＲＰ系统体系结构及其关键技术的研 究，分析网络化化制造环境对ＥＲＰ系统 的需求，提出了相应的ＥＲＰ系统的实现 方案和系统体系结构。 一、网络化制造环境对 ＥＲＰ的系统需求 网络化制造是基于因特网的制造 业，利用网络技术开展的产品开发和 设计、制造、销售、采购、管理等一 系列活动，实施网络化制造的重要组 织形式和经营实体是网络联盟。大量 的文献研究表明，网络化制造对ＥＲＰ的 系统需求主要有以下几点。 面向网络化制造的
可重构Ｅ Ｒ Ｐ系统研究
口湖北工业大学机械学院 高贵兵肖华秀黄劲
（１）柔性。传统的ＥＲＰ系统一般采 用Ｃ／ｓ结构，根据某一行业特有的管理 理念定制，系统刚性大、通用性差， 不能满足网络环境下的制造要求。网 络化企业对市场需求的反映迅速，其 合作关系的建立和解散具有敏捷性， 因此相应的ＥＲＰ系统应是一个能够快速 地构造出的柔性系统。同时，系统应 具有和相关应用系统（如ＰＤＭ ＣＡＤ／ＣＡＰＰ ／ＣＡＭ等）的信息集成能力。 （２）分布性和协作性。网络化制造 环境下的企业具有分布自治和协调合 作的特性，组成企业的各成员分布于 世界各地，在互连网上形成贯穿于整 个产品设计、零部件制造、装配，直 到产品销售、售后服务的供应链，以 分工和协作的方式完成任务。因此， 相应的ＥＲＰ系统应具有支持分布式生 产环境和异构数据库、异构操作系统 能力和分布互操作能力。 （３）可重构性。网络化企业作为 一个完整的产品生产“企业”，在其 每一次生命周期中必须重组其经营过 程。因此，为适应网络化企业快速 适应市场变化而进行的经营过程重 组，相应的ＥＲＰ系统功能应具有可重 用性、系统结构应具有可重构 ｌ￣（Ｒｅ— ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ）、系统规模应具有可扩 展 Ｉ＇￣（Ｒｅ－ｓｃａｌａｂｌｅ）。 二、面向网络化制造的 ＥＲＰ重构系统的关键技术 综合运用各种技术是解决面向网 络制造的ＥＲＰ可重构系统这类复杂系统 问题的一个有效手段，系统实现的关 键技术如图１所示，软件复用、构件技 术、领域工程和动态建模技术关系到系 统的响应速度、用户满意度、产品柔性 解、编制工艺，这样就缩短了新品从 设计到试制之间的准备时间。 Ｓｏｌｉｄ Ｅｄｇｅ的另外一个优势在于， 它可以与其他软件无缝集成，例如高端 设计与制造解决方案ＮＸ和ＮＸ ＣＡＭ，使 用Ｓｏｌｉｄ Ｅｄｇｅ建立的数字模型可以作为 ＮＸ ＣＡＭ生产刀具路径的基础。 王惠芬还表示，恒力还将进一步 进行ＰＤＭ的建设，进一步巩固开发设 计能力，完善恒力的设计创新能力。 对于现在已经是恒力副总经理的王惠 芬来说，恒力进行信息化的历程她都 完整地见证了， “在民营企业里，信 息化工作还是很难的，”王惠芬坦 言， “实施前期，信息化负责人与领 导的沟通很重要，设身处地的从公司 立场去思考至关重要。” 恒力是现在中国众多蓬勃发展 的民营企业中的一员，它既普通有又 代表性，恒力的信息化历程同样是从 ＣＡＤ开始，ＰＬＭ在恒力的发展也是由小而 大，如星星之火，逐渐照亮企业的各个 部门。恒力信息系统与企业一起发展， 伴随企业一起成熟，其中ＰＬＭ历程是其 不可或缺的重要组成部分。圊