Electronics systems and their integration on the military land vehicles requires intensive testing. Most of the times required test are hardly conducted because of both the unavailability of the target systems and the importance of
the safety factors. While cost of these electronics systems and engineering efforts are taken into account; the required tests need test software which can simulate a system or most of the unavailable systems. In an attempt to decrease the repetitive engineering effort spent on different vehicle projects and different vehicle variants, a software framework is designed to create automated graphical user interfaces for complex data types on frequently used data buses in the vehicles. This article presents the purpose, motivation and technical development details of the software framework and the gained achievements of the project realization. 1 1.1
Endüstride; sistem tasarımı, yazılım geliştirme ve test aşamalarında, alt sistemlerin haberleştiği gerçek sistemlerin benzetimini yapabilen yazılımlara ihtiyaç duyulmaktadır. Askeri kara araçları üzerindeki veri yollarına bilgisayar üzerinden bağlanarak alt sistemlerin anlık durumlarını görüntüleyip komuta etme ihtiyacı, tasarım ve test aşamalarında sürekli olarak gerekmektedir. Elektronik ve bağlı mekanik birimlerin testlerinde, diğer sistemlerden izole ve güvenli bir test ortamı sağlamak için çevre birimlerin davranışlarını taklit eden haberleşme uygulamalarının geliştirilmesi gerekmektedir. Grafiksel kullanıcı arayüzüne (GUI1) sahip bu yazılımların geliştirilme sürecindeki mühendislik eforunu azaltmak için askeri kara araçlarında sıklıkla kullanılan haberleşme protokolleri (CAN2 Bus, seri haberleşme) öncelikli olarak belirlenmiş ve çalışma bu doğrultuda gerçekleştirilmiştir. 1.2
Çalışmanın Hedefi ve Yöntem Askeri kara araçları operasyonel görevleri (komuta, haberleşme, istihkam, v.b.) ve fiziksel özellikleri (paletli, tekerlekli, amfibi v.b.) doğrultusunda birbirlerinden farklı donanımlarda tasarlanmaktadır. Bu çeşitlilik, tasarım ve test aşamasında yazılım gereksinimlerinin de çeşitlenmesini beraberinde getirmektedir.
Bu çalışmada, her araç projesi ve her araç varyantı için ayrı ayrı test arayüz yazılımları geliştirmek yerine hızla haberleşme ve grafiksel kullanıcı arayüzlerinin oluşturulmasına olanak sağlayacak bir yazılım çerçevesi geliştirmek hedeflenmiştir. Araç üzerinde haberleşme protokollerine bağlı sistemlere ait mesajların basit bir kullanıcı arayüzü üzerinden tanımlanmasıyla, durum görüntüleme ve komuta kontrol amaçlı grafiksel kullanıcı arayüzlerinin otomatik oluşturularak haberleşmenin sağlanması amaçlanmıştır. Bu sayede sistem tasarım, geliştirme ve test aşamalarında hızlı bir test ve doğrulama çözümü elde edilmiştir. Protokol üzerindeki verilerin anlık tanılanması, sistemlerin durumlarının gösterimi ve kontrolü, grafik gösterimi ve raporlanması yazılım üzerinden hazırlanmıştır. Aynı zamanda, bu çalışma ile araçlara özel mesajların da tasarlanması ve arayüz kontrol dokümanlarının yazılım üzerinden otomatik oluşturulması sağlanmıştır.
Çalışma sonucunda ortaya çıkan yazılımın, ihtiyaç duyulduğunda yeni veri tipleri, yeni kullanıcı arayüz komponentleri ve yeni haberleşme protokolleri tanımlanmasına imkan verecek esneklikte modüler olarak tasarlanması sağlanmıştır. 2
Bu çalışmada yazılımın geliştirilmesi için Microsoft Visual C# dili [
Yazılım çerçevesi, geliştirilebilir yapıda olup bu çalışma kapsamında yerine
getirmeyi amaçladığı beş temel fonksiyona ait modüllerden ve haberleşme
arayüzlerinden oluşmaktadır.Haberleşme arayüzleri için ilk etapta askeri kara
araçlarında sıklıkla kullanılan CAN [
Sistem Tanımlama modülünde, araç üzerindeki haberleşme protokollerine bağlı sistemlere ait mesajların yazılım çerçevesi üzerinde kolayca tanımlanması amaçlanmıştır. Bağlı sistemlere ait arayüz mesajları için genelleyici bir model oluşturulmuştur. Bu model vasıtasıyla sistem mesajlarına ait özelliklerin uygulama üzerinden basit bir şekilde tanımlanarak XML3 ve/veya JSON4 dosyalarında saklanması hedeflenmiştir. Veri yolu üzerindeki akış aşağıdaki şekilde modellenmiştir: Şekil 2. Veri yolu üzerindeki mesajların en üst seviyeden modeli
Veri yolu üzerindeki mesajlar, belirleyici alanları ile tanımlanmış ve bunlara birer isim ataması yapılmıştır. Mesajların belirleyici alanları dışında en az bir adet anlamlı bölüm içereceği kabullenmesiyle yola çıkılarak mesajlar, alanlara bölünmüştür. Mesajın belirleyici alanı ve ismine ek olarak mesaja ait diğer alanlar bir liste olarak alt düğümlerde kaydedilmiştir.
Mesaj alanlarına ait kaydedilecek bilgiler; alan isimlerini, başlangıç ve bitiş konumlarını (bit sıraları), varsayılan değerlerini, veri tiplerini ve (varsa) çarpan katsayısı ile offset miktarını içermektedir. Alan isimleri, mesajları anlaşılır parçalara bölmek için kullanıcının tanımlaması veya arayüz kontrol dokümanında belirlenen ismin kullanılması için planlanmıştır. Bu alanın mesaj içindeki konumu başlangıç ve bitiş bit numaraları ile tanımlanmıştır. Varsayılan değerler, sistemin başlangıç durumunda 3 eXtensible Markup Language 4 JavaScript Object Notation bu veri alanında görülmesi beklenen değeri içermektedir. Belirtilen başlangıç ve bitiş konumları arasındaki bit diziliminin nasıl ayrıştırılacağı da veri tipi bilgisi olarak saklanmaktadır.
Alanların alabileceği potansiyel değerler listesi aşağıdaki veri tiplerinden oluşmaktadır: ─ Enum5: Kullanıcının tanımladığı veya arayüz kontrol dokümanında belirlenmiş tanımlı değerleri içeren veri, ─ Byte: 8 bit uzunluğunda tamsayı içeren veri, ─ UInt16: 16 bit uzunluğunda işaretsiz tamsayı içeren veri, ─ UInt32: 32 bit uzunluğunda işaretsiz tamsayı içeren veri, ─ UInt64: 64 bit uzunluğunda işaretsiz tamsayı içeren veri, ─ Int16: 16 bit uzunluğunda işaretli tamsayı içeren veri, ─ Int32: 32 bit uzunluğunda işaretli tamsayı içeren veri, ─ Int64: 64 bit uzunluğunda işaretli tamsayı içeren veri, ─ Float: 32 bit uzunluğunda işaretli reel sayı içeren veri, ─ Double: 64 bit uzunluğunda işaretli reel sayı içeren veri, ─ None: Henüz anlamlandırılmamış veri; mesaj içerisinde rezerve olarak bırakılmış boş bit dizilimleri için kullanılabilir.
Şekil 3. Mesaj, Alan ve Değer Tanımlamaları
Mesaj alanlarının alabileceği değerler, yukarıda verilen veri tiplerine göre belirlenmiştir. Değerler, bit dizilimleri ve değer isimlerini içermektedir. Veri tipi enum olarak tanımlanan alanların olası değerleri, sisteme bit dizilimleri ile ilişkilendirilerek isimlendirilir. Bu pratik üst seviye ayrıştırma metoduyla veri yolu üzerindeki test edilecek sistem veya sistemler, yazılım çerçevesi üzerinde tanımlanır ve kaydedilir. Böylece sistemlerin veri arayüzlerinin kayıt altında tutulması ve ilerleyen zamanlarda arayüz kontrolleri üzerinde yapılacak olası değişikliklerin kolayca güncellenmesi de sağlanmaktadır.
2.2
Durum Görüntüleme modülünde, araçta bağlanılan veri yolu üzerindeki sistemlere ait mesajların grafiksel kullanıcı arayüzlerinin otomatik olarak hazırlanması amaçlanmıştır. Sistem Tanımlama modülü ile tanımlanan kayıt dosyaları bu modül ile açıldığında yazılım çerçevesi mesajlar için sekme sayfaları hazırlamakta ve bu sayfaları mesajlara bölerek, önceden tanımlanmış alternatifler arasından veri tiplerine uygun grafiksel kullanıcı arayüz araçlarını (metin kutusu, çoktan seçmeli kutu, doğrusal gösterge, dairesel gösterge, vb.) yerleştirmektedir.
Şekil 4. Durum Görüntüleme ekranları düşük duyarlıklı modeli
Bağlanılan haberleşme protokolü üzerindeki veriler anlık minimum gecikmeyle ayrıştırılarak alanlara ait değerler otomatik olarak oluşturulan grafiksel kullanıcı arayüzleri üzerinde görüntülenmekte ve güncellenmektedir. 2.3
Komuta Kontrol modülünde, araçta bağlanılan veri yolu üzerindeki sistemlere ait mesajların diğer sistemlere ilgili mesajları gönderebilmesi için gerekli grafiksel kullanıcı arayüzlerinin otomatik olarak hazırlanması amaçlanmıştır. Sistem Tanımlama modülü ile tanımlanan kayıt dosyaları bu modül ile açıldığında yazılım çerçevesi gönderilecek olası mesajlara, bu mesajların alabileceği olası değerlere göre sekme sayfaları ve önceden tanımlanmış alternatifler arasından veri tiplerine uygun grafiksel kullanıcı arayüz araçlarını (metin kutusu, çoktan seçmeli kutu, doğrusal gösterge, dairesel gösterge vb.) yerleştirmektedir.
Bağlanılan haberleşme protokolü üzerinde ilgili mesajlar, oluşturulan grafiksel kullanıcı arayüzü üzerinden seçimler yapılarak kullanıcı isteğine göre veya arayüz kontrol dokümanında tanımlandığı şekilde tek seferlik veya belirlenen periyotlarda gönderilebilmektedir. 2.4
Grafiksel Gösterim modülünde, araçta bağlanılan veri yolu üzerindeki sistemlere ait mesajların kullanıcı tarafından seçilen alanlarının zamana bağlı grafiklerinin çizdirilmesi amaçlanmıştır. Farklı mesajların bir arada gösterilmesiyle sistem içi ve/veya sistemler arası ilişkilerin test edilmesi, gecikmelerin, durum ve değer değişikliklerinin görüntülenmesi sağlanarak kullanıcıya görsel bir araç daha sağlanmıştır.
Bu modül üzerinde, grafiklerin serileştirilerek saklanması ve daha sonra yeniden çizdirilerek test durumlarının gerektiğinde tekrar görselleştirilmesi amaçlanmıştır. 2.5
Raporlama modülünde, araçta bağlanılan veri yolu üzerindeki sistemlere ait mesajların kullanıcı tarafından seçilen alanlarının istenilen zaman aralıkları içinde dokümante edilerek gösterilmesi ve raporlama amacıyla kaydedilmesi amaçlanmıştır. Bu modül sayesinde sistem içi ve/veya sistemler arası ilişkilerin test edilmesi, durum ve değer değişikliklerinin zamanlarının kayıt altına alınması ve geriye dönük incelenmesi sağlanmıştır.
Bu modül üzerinde hazırlanan raporlar Microsoft Word, PDF ve HTML5 olarak dışa aktarılabilmektedir. 3
Proje sonunda ortaya çıkan yazılımın sağladığı kazanımın ölçülebilmesi için kurumsal ERP6 yazılımındaki verilerden yardım alınmıştır. Buna göre, hedef test platformu olarak seçilen M113 aracı için önceden hazırlanan durum görüntüleme ve komuta kontrol amaçlı simulator yazılımının tasarımı için sisteme giren adam saat bilgisi çekilmiştir. Yazılımı hazırlayan aynı personelden proje sonucunda ortaya çıkan yazılımı kullanarak M113 ICD7’sine göre tekrar tasarım yapması istenmiştir. Bu bilgiler ışığında proje ile elde edilen kazanımları sayısal olarak aşağıdaki şekilde ifade edebiliriz:
M113 aracı için daha önce 80 adam saatlik (2 haftalık) bir çalışma sonucunda ortaya çıkan grafiksel kullanıcı arayüzü yazılımı, bu çalışma sonucu elde edilen yazılım çerçevesi ile 2 adam saatte hazırlandı.
M113 aracı için 4445 satır kod ile hazırlanan grafiksel kullanıcı arayüzü yazılımı, bu çalışma sonucu elde edilen yazılım çerçevesi ile kod yazılmadan sadece veri yolundaki mesajlara ait parametrelerin girilmesiyle otomatik olarak elde edildi. 6 Enterprise Resource Planning 7 Interface Control Document
Bu çalışma ile her araç ve her varyant için tekrarlanan grafiksel kullanıcı arayüzü yazılımı geliştirme aşamalarını hızlandıracak ve harcanan mühendislik eforunu ciddi ölçekte azaltacak bir yazılım ve çerçeve oluşturuldu. 4
Sistem tasarımı, yazılım geliştirme ve test aşamalarında, alt sistemlerin haberleştiği gerçek sistemlerin benzetimini yapabilen yazılımlara duyulan ihtiyacı karşılamak ve harcanan mühendislik eforunu azaltmak amacıyla geliştirilen bu yazılım çerçevesi sayesinde operasyonel görevleri (komuta, haberleşme, istihkam, v.b.) ve fiziksel özellikleri doğrultusunda (paletli, tekerlekli, amfibi v.b.) birbirlerinden farklı donanımlarda tasarlanan askeri araçlarda grafiksel kullanıcı arayüzüne sahip test ve benzetim yazılımları ihtiyacının hızlı bir şekilde karşılanması sağlanmıştır.
Araçlar üzerinde haberleşme protokollerine bağlı sistemlere ait mesajların basit bir
kullanıcı arayüzü üzerinden tanımlanmasıyla, durum görüntüleme ve komuta kontrol
amaçlı grafiksel kullanıcı arayüzlerinin otomatik oluşturularak sistemlerle
haberleşmenin sağlanması; bu sayede sistem tasarım, geliştirme ve test aşamalarında hızlı
bir test ve doğrulama çözümünün elde edilmesi sağlanmıştır. Protokol üzerindeki
verilerin anlık tanılanması, sistemlerin durumlarının gösterimi ve kontrolü, grafik
gösterimi ve raporlanması ile farklı amaçlarda tasarım ve test mühendislerinin
harcayacağı efor azaltılmış, insan bilgisayar etkileşimi yüksek [
Şekil 5. Geliştirilen yazılım çerçevesinden testler esnasında alınan bir ekran görüntüsü Çalışma sonucunda ortaya çıkan yazılımın, ihtiyaç duyulduğunda yeni veri tipleri, yeni kullanıcı arayüz araçları ve yeni haberleşme protokolleri tanımlanmasına imkan verecek esneklikte modüler olarak tasarlanması sağlanmıştır. Doğacak gereksinimler doğrultusunda yeni yetenekler kazandırılacaktır. Öngörülen yetenekler arasında; halihazırda eklenen haberleşme arayüzlerine ek olarak TCP/IP ve UDP ulaşım katmanlarının ilave edilmesi ve testler esnasında araçlara kablosuz erişim bulunmaktadır. 5
Teşekkür Proje süresince desteğini esirgemeyen ve emeği geçen yöneticilerime, test süreçlerinde katkı sağlayan başta Burak Arısoy olmak üzere tüm çalışma arkadaşlarıma teşekkür ederim.