SCA中间件技术浅析

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计算机与网络创新生活

５１

ＳＣＡ中间件技术浅析

周丽丽

（中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄０５００８１）

【摘要】针对软件通信体系结构规范（ｓｃＡ），研究了ＳＣＡ中间件技术 以ＳＣＡ软件体系结构为基础，描述了公共对象请求代

￣（ＣＯＲＢＡ）中间件技术在ＳＣＡ中的作用和优势，探讨了ＳＣＡ体系中中间件对硬件平台模块化的技术支持，分析了为确保ＳＣＡ架

构下软硬件独立性对硬件组件进行抽象所采用的硬件抽象￣－（ＨＡＬ）和实时ＣＯＲＢＡ技术方法，并阐述了两种技术方法各自的优缺

点。

【关键词】软件通信体系结构（ＳＥＡ）中间件公共对象请求代￣（ＣＯＲＢＡ）

中图分类号：ＴＮ３１２ 文献标识码：Ａ文章编号：１ ００８—１７３９（２０１ｉ）１Ｏ－５１—３

Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ＳＣＡ

ＺＨｏＵ Ｌ１一Ⅱ

（Ｔｈｅ ５４ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｈｅｂｅｉ ０５００８１，Ｃｈｉｎａ＞

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｓｐｅｃｉｉｃａｔｆｉｏｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ＳＣＡ

．

Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＣＡ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ＣＯＲＢＡ ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ

ＳＣＡ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ ｆｏｒ ｈａｒｄｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｆｉｏｎ ｉｎ ＳＣＡ

，

ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ

ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ（ＨＡＬ）ａｎｄ ｒｅａｌ—‘ｔｉｍｅ ＣＯＲＢＡ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ａｂｓｔｒａｃｔ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｒｆ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｈｅｔ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ

ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｎ ＳＣＡ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ

．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｆ￣ｖａｒｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｒｃａｉｔｈｅｃｔｕｒｅ；ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ；ＣＯ１Ｔｌ／Ｔｌｏｎ ｏｂｊｅｃｔ ｒｅｑｕｅｓｔ ｂｒｏｋｅｒ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

１引言

随着信息化战争时代无线通信领域的高速发展，软件定

义无线电（ＳＤＲ）以其开放的体系结构，成为当前新一代无线

通信系统的关键技术之一。为适应高速、大容量和网络化的通

软件通信系统的开发提供了一种开放式的、与实现无关的、完

整的、标准的软件架构。

ＳＣＡ软件体系采用分层结构，简单体系结构如图１所示。

整个ＳＣＡ软件体系结构可分为２个部分：操作环境（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ

Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＯＥ）层和应用（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）层。操作环境（ＯＥ）包

含操作系统、ＣＯＲＢＡ中间件及服务、核心框架（Ｃｏｒｅ

Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ＣＦ）等。应用层包含多个组件，如：ｍｏｄｅｌＴｌ组件、

信需求，美军联合战术无线电系统的联合计划办公室（Ｊｏｉｎｔ

Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆｉｃｆｅＪＰＯ）发布了开放的通信体系结构（ＳＣＡ）规范。

ＳＣＡ目的是提出一个标准的、开放的软件架构，用于开发和部

署ＳＤＲ，以规范约束无线电波形设计，提高软件的可移植性

和可重用性。

ｍｏｄｅｍ适配器、链路网络组件、安全适配器、安全组件、Ｉ／Ｏ适

配器和Ｉ／０组件等。上层应用组件可通过服务接口使用下层

操作系统提供的服务，也可通过ＣＯＲＢＡ中间件的应用接口

ＡＰＩ或核心框架的控制、服务、设备等接口获得操作系统的更

２ ＳＣＡ

多支持。

ＳＣＡ定义了一个独立、开放的软件框架。它规定了ＳＤＲ

操

作

环

的硬件、软件、安全体系结构以及应用程序接口（ＡＰＩ）等内容，

采用面向对象的方法对通信体系的软件和硬件进行划分．为

定稿日期：２０１１—０４—１２

境

图１ ＳＣＡ软件体系结构

２０１１年第１０期《计算机与网络》

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５２

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采用的中间件技术如下：

ＳＣＡ的分层软件结构将底层硬件与上层软件应用分开，

采用标准的架构来约束软件的开发和部署，以确保软件的可 （１）硬件抽象层

移植性、可重用性和可扩展性。ＳＣＡ技术的使用极大提高了系

硬件抽象层（Ｈａｒｄｗａｒｅ Ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ，ＨＡＬ）对特定硬件

单元的对外接口进行抽象，定义一系列标准的通信应用编程 统的灵活性和互操作性，减少了新波形的开发周期，也提供了

接口（ＡＰＤ，实现与其他计算单元应用组件的通信功能。使基

于ＦＰＧＡ和ＤＳＰ的专用处理器的波形组件也具有良好的可移

不同ＳＣＡ实施之间的应用软件移植性。

３ ＳＣＡ中间件分析

３．１ ＳＣＡ中间件选择

中间件是使处于应用层中的各应用成分之间实现跨网络

的协同工作（即互操作）的一种软件。ＳＣＡ中间件是决定ＳＣＡ

植性和可重用性。ＳＣＡ使用ＨＡＬ结构完成硬件抽象并实现组

件通信的方案如图２所示。

实现多个不同通信平台组件的可移植性、可互换性、互操作性

及软件重用性的关键。ＳＣＡ软件通信架构的实现，需要一个提

供异构平台之间互联和增强网络软件之间互操作的分布式计

算环境．而ＯＭＧ制定的ＣＯＲＢＡ技术规范，正是以其先进的

面向对象的分布式处理思想和完整的层次定义，成为ＳＣＡ中

间件的必然选择。

ＣＯＲＢＡ作为中间件的优势包括：ＣＯＲＢＡ具有开发语言

独立性和跨平台性，使得能够方便地集成多种多样的监测和

安全程序：利用ＣＯＲＢＡ中间件集成的下层软件与上层应用

系统几乎无关．即当下层软件发生改变时，只要ＣＯＲＢＡ对外

的接口定义不变，上层应用几乎不需要修改；ＣＯＲＢＡ具有好

的扩展性．能方便地进行系统裁剪或组合，适应不同的具体需

要和环境。

图２基于ＨＡＬ的中间件通信

基于ＨＡＬ的中间件通信方案的优点如下：①硬件设计与

系统需求严格匹配，可以优化考虑硬件的尺寸、重量、功耗和

成本；②如果在硬件设计时已知波形的软件需求，硬件设计

可以与软件需求优化结合，并满足现有的软件规范或ＡＰＩ。

ＣＯＲ＿ＢＡ中间件在ＳＣＡ中，为ＳＣＡ提供操作环境，起着

通用软总线的作用。ＳＣＡ架构中的核心框架使用了标准

ＣＯＲＢＡ接口定义，核心框架（ＣＦ）定义了一系列ＣＯＲＢＡ标

准接口为应用软件开发者提供低层硬件、软件的接口，以屏蔽

各种异构系统间的区别。它为ＳＣＡ各软件模块之间进行数据

传输与联系提供了虚拟公共通道和接口界面，它提供了ＳＣＡ

基于ＨＡＬ的中间件通信方案的缺点如下：①如果不是拥

有专业工程师和制作资源商用现货供应商，可能在计划和成

本方面面临高风险；②对程序进行定制设计，万一遇到问题

可能没有替代选择方案；③通常会面临技术过时、组件废弃

的问题，并且为维持产品的可持续性，多年内通常需要维护工

程师。

层次架构中的各类应用与核心框架ＣＦ之间的通信。

（２）实时ＣＯＲＢＡ

３．２ ＳＣＡ中间件的硬件模块化支持

ＳＣＡ的关键目标之一就是实现波形的可移植性。即保证

多种波形能够在单一硬件平台实现，同时提高这些波形在多

使用实时ＣＯＲＢＡ实现硬件模块化的ＳＣＡ，是实时嵌入

式应用系统，是典型的实时（Ｒｅａｌ—Ｔｉｍｅ，ＲＴ）ＣＯＲＢＡ应用。

ＲＴ ＣＯＲＢＡ研究主要由两部分工作组成：０ＭＧ的ＣＯＲＢＡ

种平台的无缝移植能力。为保证符合ＳＣＡ规范的硬件平台能

够满足复杂波形和多信道操作的性能需求，仅仅采用通用信

号处理器（ＧＰＰ）是不能满足运算需求的。因此，硬件平台中需 象接口；对象请求代理（ｏｂｊｅｃｔ ｒｅｑｕｅｓｔ ｂｒｏｋｅｒ，ＯＲＢ），作为中间

要ＦＰＧＡ和ＤＳＰ之类的高速器件支持，并且要将这些硬件设 件，支持分布式对象之间的无缝互操作；对象服务，用于促进

备通过模块化的手段进行抽象，形成标准的资源访问控制，满

足ＳＣＡ规范。为有效确保ＳＣＡ架构下软硬件的独立性，使包

括ＦＰＧＡ或ＤＳＰ器件的硬件平台满足ＳＣＡ规范和认证，通常

标准和实时系统。ＣＯＲ．ＢＡ标准规范包括：接口定义语言

（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｌａｎｇｕａｇｅ，ＩＤＬ）。定义ＣＯＲＢＡ环境中的对

客户／服务器间的标准交互，包括命名、基于事件同步和协同

控制。ＳＣＡ使用实时ＣＯＲＢＡ完成硬件抽象并实现组件通信

的方案如图３所示。

《计算机与网络》２０１１年第１０期

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②实时ＣＯＲＢＡ需要占用一定的处理器资源．实时

ＣＯＲＢＡ的性能对系统性能有一定的影响。

４结束语

ＣＯＲ］３Ａ作为ＳＣＡ中间件支持，是ＳＣＡ层次架构中的核

心交换层次。通过ＨＡＬ或实时ＣＯＲＢＡ提供的抽象平台，使

硬件访问模块化、标准化，确保了软件设计与底层硬件的开发

分离和无缝连接，提高了系统开发效率。随着中间件技术的发

展，以及ＳＣＡ实时处理能力在新一代分布式系统中的需求日

益强烈，采用全ＣＯＲＢＡ的结构实现是ＳＣＡ中间件的技术发

展趋势。

Ｉ奎｝３基于买日寸ＣＯＲＢＡ的甲『日Ｊ仟通信

时ＣＯＲＢＡ有现货供应商支持，可以很快应用到产品中；②

于实时ｃｏＲＪＢＡ的中间 通信方案的优点如下：①享 参考文献

供应商设置维护工程师将新技术应用到产品中，可以维持产 ［１】刘鹏飞，洪锡军，张激・ｓｃＡ硬件抽象层接口设计［Ｊ］・计

品的可持续性；③可以保持最新的实时ｃｏＲＢＡ支持，仅需 算机工程，２００８，３４（９）：３１－３３．

维护软件接口即可接入ｓｃＡ体系。 【２］李雅萍，杨尚森，李阳・Ｃ０ＲＢＡ技术在ＳＣＡ系统中的应用

基于实时ｃｏＲＪＢＡ的中间件通信方案的缺点如下： （Ｊ】・计算机工程与设计，２００８，２９（１６）：４２００—４２０３・

①硬件可能与系统需求不是严格匹配。在这种情况下， ［３］张晓波，窦衡・ＳＣＡ规范下ＦＰＧＡ的硬件抽象层设计［Ｊ】・

系统设计不得不与可用硬件相协商匹配； 设计参考，２０１ ０，１２（２）：７３—７６・

技术同步本土应用——ＳＮＷ ２０１１中国大会召开在即

自从２００７年云计算作为一种新概念开始在业界引 管因为垂直集成的原因他们也许可以受益，但是还要考

起关注，此后，在全球范围内越来越多的业内人士达成 虑一家厂商是否有能力做到方方面面。除了维持存储解

共识，云计算作为一种基于互联网，动态、可伸缩且虚拟 决方案相关的软件开发之外，这些厂商还必须提供能够

化地以服务方式提供计算资源的全新计算模式，是继个 吸引用户和留住这些用户的服务。这其中包括相关的设

人电脑、互联网之后电子信息技术领域又一次重大变 施、营销、服务前端的软件，而且也不能忽略为潜在数干

革，其影响范围和程度都很可能超越以往。２０１０年被称 名用户提供存储管理。要让一家厂商做到以上所有这些

为中国云计算发展元年。在大众媒体和公共话语中，云 的确是不容易。

计算赫然成为炙手可热的词汇。从传统软硬件厂商，到 另外一种选择就是利用现有的存储解决方案。这让

ＩＴ解决方案提供商，直至互联网公司，几乎每一商家都 提供商将重点放在了业务和增值项目上，而不是成为存

推出自己的云计算战略规划。 储软件开发的专家。对于这些提供商来说，他们需要的

作为全球顶尖的存储技术大会——全球网络存储工 是一个能够扩展满足用户需求、帮助他们保持价格竞争

业协会（ＳＮＩＡ）与美国（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｗｏｒｌｄ））联合主办的Ｓｔｏｒａｇｅ 力和维持易于管理特点的存储系统。在这种情况下．基

Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇｗｏｒｄ（简称ＳＮＷ）自然也不会忽视这个全球 于网格的存储归档基础架构是一个理想的选择。另外它

关注的重点。今年的ＳＮＷ中国大会，将于５月３１日在 还可以配合基于网络服务ＡＰＩ的解决方案。两者的结合

北京国家会议中心，６月２日在上海富豪环球东亚酒店 提供了完全多租户形式的解决方案，让提供商能够凭借

中心举行，云计算和云存储是大家一致关注的重点。 着功能强大的解决方案打入市场，并把重点放在关键的

对于用户来说，不管云计算还是云存储，重要的是 增值项目上。

在提高企业盈利能力的同时，降低ＩＴ成本。在这种情况 围绕上述两点，本次ＳＮＷ ２０１１中国大会的演讲嘉

下，存储基础架构提供商就变得十分关键。提供商必须 宾将会以自身的优势和特长展开，向在场的近干名用户

面对两种选择，第一个就是自主设计他们自己的存储基 细述自己对于云计算以及云存储的理解。除了大家关注

础架构，最终他们将变成设计他们自己存储解决方案的 的云计算，闪存、虚拟化以及磁带技术这些不断更新换

软件开发商，在白盒服务器上运行廉价的附加磁盘。尽 代的技术，也是本次大会讨论的重点。

２０１１年第１０期《计算杌与网络》