NASA F´框架开发实践指南

NASA F´框架开发实践指南

fprime F麓 - A flight software and embedded systems framework 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/fpr/fprime

前言

NASA F´是一个开源的飞行软件框架，专为航天系统设计。本文将详细介绍在F´框架下的标准开发流程，帮助开发者理解如何从零开始构建一个完整的航天软件系统。本文将从系统设计到最终集成测试，逐步讲解每个开发阶段的最佳实践。

系统架构设计阶段

1. 高层设计规划

任何F´项目的第一步都是进行高层设计规划，这包括：

1. 系统级需求定义：明确系统需要实现的功能和性能指标
2. 功能模块划分：将系统功能分解为独立的组件(Component)
3. 接口设计：定义组件间的交互方式，即端口(Port)设计
4. 拓扑结构：规划组件间的连接关系

2. 框架组件评估

在开始自定义开发前，应当先评估F´框架提供的标准组件，包括：

• 命令与数据处理组件
• 操作系统抽象层
• 设备驱动
• 服务组件(Svc)

尽量复用现有组件，仅在必要时才开发自定义组件。

项目环境搭建

1. 部署方式选择

F´支持两种项目部署方式：

内置部署(In-tree Deployment)

• 优点：配置简单，适合快速启动
• 缺点：项目代码与框架代码混合，未来升级可能困难

独立部署(Standalone Deployment)

• 优点：项目代码与框架代码分离，便于维护
• 缺点：初始配置较复杂

2. 项目目录结构

典型的独立部署项目结构如下：

项目根目录/
├── 部署目录1/
├── fprime/ (框架代码)
├── ... 
└── 第三方库/ (可选)

3. 配置文件设置

在部署根目录创建settings.ini文件，配置：

• 工具链路径
• 库文件位置
• F´框架位置(仅独立部署需要)

组件开发流程

1. 组件需求分析

每个组件开发前应明确：

• 功能需求
• 性能指标
• 输入/输出接口
• 异常处理机制

2. 端口(Port)开发

端口是组件间通信的接口，开发步骤：

1. 创建端口目录
2. 编写端口XML定义文件(*Ai.xml)
3. 配置CMake构建系统

推荐使用fprime-util new --port命令自动生成端口代码框架。

3. 组件定义

组件定义包括：

• 接口实现
• 支持的命令
• 提供的遥测数据
• 产生的事件

可通过fprime-util new --component命令自动生成组件框架，该命令会：

1. 创建组件目录结构
2. 生成XML定义文件
3. 自动添加必要的端口
4. 可选生成实现文件和单元测试框架

4. 组件实现

使用fprime-util impl生成实现模板后，开发者需要：

1. 填充业务逻辑代码
2. 实现接口功能
3. 处理异常情况
4. 定期构建验证

5. 组件单元测试

完善的单元测试应包括：

1. 正常功能测试
2. 边界条件测试
3. 异常情况测试
4. 性能测试

测试框架可通过fprime-util impl --ut生成，测试执行使用fprime-util check命令。

系统集成阶段

1. 拓扑结构组装

将完成的组件逐步集成到系统拓扑中：

1. 在拓扑XML文件中：
   • 导入组件定义
   • 实例化组件
   • 连接组件端口
2. 在C++代码中：
   • 声明组件实例
   • 初始化组件
   • 注册命令(如使用)
   • 启动活动组件

2. 集成测试

系统级测试应关注：

1. 组件间交互
2. 端到端功能
3. 系统性能
4. 容错能力

F´ GDS提供了Python API，支持：

• 命令发送
• 事件检查
• 遥测数据获取

开发实践建议

1. 迭代开发：采用增量式开发，逐步完善系统功能
2. 持续集成：频繁构建和测试，及早发现问题
3. 文档同步：保持设计与实现的一致性
4. 代码评审：重视组件接口设计和实现质量

结语

本文详细介绍了NASA F´框架的标准开发流程，从系统设计到最终集成测试的全过程。遵循这些实践可以帮助开发者更高效地构建可靠的航天软件系统。记住，良好的开发流程是项目成功的重要保障。

fprime F麓 - A flight software and embedded systems framework 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/fpr/fprime