Используемые программные технологии

Для определения внутренней структуры создаваемого программного средства, необходимо определиться с технологиями, посредством которых будет реализовываться требования, установленные в техническом задании.

Во-первых, как можно использовать создаваемые математические процедуры, которые будут работать в различных операционных системах и средах программирования. Самой современной и распространенной технологией унификации создаваемых интерфейсов является COM (Component Object Model). COM – это метод разработки программных компонентов, которые предоставляют необходимые сервисы приложениям, операционным системам и другим приложениям. COM не зависит от языка программирования и от используемой операционной среды. Помимо того, что COM – это метод разработки, СOM – это еще и спецификация, которая определяет правила создания унифицированных интерфейсов. Чаще всего компоненты COM представлены в виде динамически-компонуемых библиотек[3] (далее – Dll) или exe-файлов Windows. Применение COM дает следующие преимущества (Д. Роджерсон, 2000):

1) Адаптация приложений. Возможность разрабатывать одну систему на нескольких языках программирования. Это особенно актуально при групповой работе над проектом.

2) Создание библиотеки компонентов. Имея набор независимых компонентов, которые можно менять, не нарушая работу соседних компонентов, можно создавать приложения простым сочетанием готовых блоков.

3) Создание распределенных компонентов. Возможность создания приложений, элементы которого располагаются на разных (но связанных в сеть) ПЭВМ.

Основными методами, позволяющими реализовывать данные преимущества, являются динамическая компоновка и инкапсуляция. Динамическая компоновка позволяет в любой момент времени заменить используемый компонент, инкапсуляция позволяет «спрятать» все особенности реализации компонента и предоставить пользователю унифицированный интерфейс.

Таким образом, использование COM-технологий и динамически-компонуемых библиотек (DLL), используемых в качестве «обертки» для создаваемых математических процедур, позволит реализовать требование по независимости от операционных систем и сред разработки приложений.

Второй проблемой, является процедура создания математических процедур. Наилучшим решением является использование уже имеющейся и проверенной базы алгоритмов. Анализ возможностей таких профессиональных математических пакетов как MatLab, Maple, Mathematica и Mathcad показал, они не предоставляют доступ к имеющимся у них алгоритмам. Поиск среди дополнительных компонентов этих математических пакетов позволил выделить пакет моделирования Simulink, входящий в состав MatLab.

Simulink - интерактивный инструмент для моделирования, имитации и анализа динамических систем. Он дает возможность строить графические блок-диаграммы, имитировать динамические системы, исследовать работоспособность систем и отлаживать собственные модели. Simulink интегрирован с MATLAB, обеспечивая немедленным доступом к широкому спектру инструментов анализа и проектирования. Simulink также интегрируется с Stateflow для моделирования поведения, вызванного событиями. Эти преимущества делают Simulink наиболее популярным инструментом для проектирования систем управления и коммуникации, цифровой обработки и других приложений моделирования (В. Дьяконов, 2002).

При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым, пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а базовых знаний работы на компьютере и знаний той предметной области, в которой он работает. При работе с Simulinkпользователь имеет возможность модернизировать библиотечные блоки, создавать свои собственные, а также составлять новые библиотеки блоков. При моделировании пользователь может выбирать метод решения дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные устройства наблюдения, входящие в состав библиотеки Simulink. Результаты моделирования могут быть представлены в виде графиков или таблиц (И.В. Черных, 2003).

Визуальное моделирование и набор открытых библиотек, содержащих различные алгоритмы обработки данных, позволяют быстро создавать необходимые процедуры обработки данных. Самостоятельное создание необходимых методов обработки данных позволяет пользователю понимать логику реализовываемых процедур и верифицировать их средствами Simulink. На рисунке 2.1. представлен пример модели в Simulink, имеющей один вход (In1) и один выход (Out1).

Создав необходимую процедуру обработки данных, пользователь имеет возможность получить код созданной модели с помощью программы Real-Time Workshop (далее - RTW), входящей в   Simulink. RTW автоматически генерирует С-коды непосредственно из моделей Simulink, построенных по определенным правилам (см. приложение В). Схема процесса получения алгоритмов математических процедур представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.1 - Пример модели, построенной в Simulink

Рисунок 2.2 - Последовательность действий для получения алгоритмов математических процедур

    Таким образом, решение требования ТЗ о предоставлении простого и удобного механизма создания процедур математической обработки данных возможно при использовании пакета Simulink и разработки требований к создаваемым моделям, для возможности получения их кода на языке Си.