基于位置关联的竞赛机器人任务序列优化软件结构设计
摘 要：MCU端软件结构设计质量是影响循迹机器人工作效率、适应突发任务变更和异常状态能力的重要因素，但目前普适性的改进手段不多。本文通过遥控竞赛机器人任务特征分析，设计基于位置关联的控制设备与机器人间通讯协议，使用链表进行任务节点的封装和序列构造，最终基于位置信息实施控制流程。结果表明，任意给定任务序列能够准确实现。相对顺序式控制流程，该软件结构和关联流程设计在路径优化的同时还能适应任务序列的重整定。
关键词：循迹机器人;任务序列;软件结构
1 引言(Introduction)
目前循迹机器人的应用研究侧重于本体组成设计[1]、路径优化设计[2]、稳定驱动设计[3，4]、传感器选型设计[5]等领域，机器人本体MCU(Microcontroller Unit)控制软件的结构设计关注偏低。本文以一款遥控智能赛车(以下称“循迹机器人”)、安卓遥控手机(以下称“移动控制端”)为实验对象，以赛道地图、任务集合为需求输入，通过任务节点的特征分析，给出有效的循迹机器人控制软件结构设计方案。
2 任务分析(Task analysis)
2.1 任务概述
利用移动控制端软件，控制循迹机器人完成赛道上的各项任务，如图1所示。赛道地图背景色为灰色无光;赛道为白色，宽30cm;寻迹线为黑色，宽3cm;循迹机器人以循迹线为赛道在行驶的同时完成移动控制端下发的各工作点任务，以入车库为任务终点。图中A、B、C三个位置为工作点停车线，A、B、两处可按指令前进到工作线位置，C点则通过测距或固定位移方式前进，停车后执行任务。1#车库为起点，2～4#为候选入库停车位。
2.2 任务特征细分
通过对循迹机器人(含移动控制端)任务特征的类属、执行设备、通讯方式、赛道位置和参数等维度项的分析，归结为表1所示的任务特征细分。类属的候选值有：A循迹路径驱动、B信号检测、C摄像及视频nfc信息处理、D赛道指令，其中A、B、D类任务由循迹机器人执行，C类由移动控制端执行。执行设备包括：A下位机(循迹机器人)、B上位机(移动控制端)。通讯方式的候选值有：A由上位机向下位机单向发送、B由下位机向上位机单向发送、C双向传输(存在握手需求：即机器人接受命令并执行后需向安卓移动端返回执行结果)、D无需通讯。赛道位置由命令帧或者数据报帧决定，表1不作定义。
2.3 硬件结构
循迹机器人的硬件系统构成包括：核心板、循迹驱动板、任务板和云台摄像头等部件。核心板采用宏晶STC15系列IAP15F2K61S2为MCU，通过电缆分别与其他部件连接，Keil C51为开发平台。循迹采用8组红外对管(TCR T5000)，驱动采用L298N器件，用PWM信号驱动两侧车轮电机。任务板包括超声波测距、光强度检测、光敏检测、红外收发等器件。
3 MCU软件结构(MCU software structure)
文献[6，7]在机器人本体MCU上采用顺序式控制，缺少对于任务序列的结构性变更、随机性调整的灵活性，软件的冗余度偏高。本文根据任务特征细分和循迹机器人硬件结构设计，MCU软件结构设计包括：与移动控制端的通讯协议、任务节点数据结构、主控流程。
3.1 通讯协议
移动控制端通过WIFI转串口方式向循迹机器人发ASCⅡ格式命令帧，包括下列字段：命令帧起始字符、命令协议字符(必要时附带2位十进制参数数)、通讯方式字符(同表1)、机器人位置(同表2)字符、命令帧结尾字符。
循迹机器人向移动控制端发送数据报帧包括下列字段：数据帧起始字符、传感器数据(4位十进制数)、信号协议字符(命令帧中的信号采集命令协议字符)、机器人位置(同表2)、数据帧结尾字符。
循迹机器人的运行状态及位置如表2所示。图1中的三个工作位置中A、B点均有停车线和工作线，C点停车线即工作线。
3.2 任务节点数据结构
循迹机器人通常在起点处获得移动控制端下发的任务序列，在赛道上亦可随机收取新任务并插入到任务序列中。异常状态(如，出界)下，循迹机器人可主动插入数据报来重构任务序列。根据循迹机器人任务节点的离散、有序、与位置关联的特点，选择链表表征任务节点数据结构，并实现任务序列的构造与管理。按照循迹机器人任务特征细分(表1)，以及命令帧格式、数据报帧格式的设计，且便于反向追溯，循迹任务链表设计为双链表：
#define uchar unsigned char //类型定义
uchar Robot_Status ; //机器人赛道状态、位置
typedef struct { //循迹任务链表數据结构
char Type; //类属(缺省值：A)
char Executor; //执行设备(缺省值：A)
char CommunicationMode; //通讯方式
char Command; //命令字符
uchar Location; //机器人位置：与执行命令关联的Robot_Status位置值，点动命令为空
uchar Status; //机器人状态：当前循迹任务结束时的Robot_Status状态值
struct Task_Tracking *link_next; //直接后继循迹任务的指针
struct Task_Tracking *link_before; //直接前驱循迹任务的指针
} Task_Tracking;
Task_Tracking * TrackingNow; //循迹任务链表当前节点指针
根据赛道路径上位置、状态的有限可枚举特征，全局变量Robot_Status的侯选值选取自表2。循迹除外的任务(以下称多任务)与机器人位置关联。参照循迹任务链表和命令协议字符设计，多任务链表设计为单链表：
typedef struct {//多任务链表数据结构
……
} Task_Multiple;
Task_Multiple* MultipleHead; //多任务链表表头指针
Task_Multiple中包括：类属(非A值)、执行设备、通讯方式、命令字符、命令字符附带2位十进制数、传感器数据4位十进制数、传感器信号协议字符、机器人位置、直接后继节点指针等。
移动控制端下发任务序列后循迹机器人构建循迹任务链表和多任务链表，并对循迹任务鏈表基于位置属性排序，此时TrackingNow和MultipleHead均为表头指针。而后进入主控流程，通过串口中断随机收新任务时则插入到任务链表中。
3.3 主控流程
在完成系统时钟、各端口、外设、定时器、链表(初始时节点为空)及指针等全局变量初始化后，循迹机器人主控流程如图2所示，阐述如下：
0.查询收到的任务字符。如有且为A类任务则插入到循迹任务链表，如有且为其他任务则插入到多任务链表。
1.从MultipleHead开始，向链表尾部方向移动指针方式查找Location值为空的节点。未找到则跳转至步骤5。
2.找到则执行节点任务，完毕后校验CommunicationMode值。其值不为C跳至步骤4。
3.值为C，按照表4的结构构造一个数据报，并通过串口转WiFi发送至移动控制端。
4.删除该节点，返回步骤1。
5.校验TrackingNow，值为空则返回步骤1。
6.执行节点任务，完毕后用当前状态位置更新Status并修正Robot_Status。
7.从MultipleHead开始，向链表尾部方向移动指针方式查找Location值与Robot_Status相匹配的节点，未找到则跳转至步骤11。
8.找到则执行节点任务，完毕后校验CommunicationMode值。其值不为C跳至步骤10。
9.值为C，按照表4的结构构造一个数据报，并通过串口转WiFi发送至移动控制端。
10.删除该节点，返回步骤7。
11.校验Robot_Status，为异常状态或者结束状态值(表5中的1、2、3、13)则按照表4的结构构造一个数据报，并通过串口转WiFi发送至移动控制端。
12.将TrackingNow更新为后继节点指针，返回步骤0。
4 结论(Conclusion)
以上MCU端软件结构设计经试验证明，能够有效保障循迹机器人完成其总体任务目标，并在随机接收临时任务和工作状态异常时实时调整任务序列，实现任务序列可整定功能。目前循迹机器人得到较广泛用[8]，本设计试图为结构化生产环境中提高移动机器人控制软件的执行效率、降低设计成本提供案例和建设思路。
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作者简介：
徐 文(1967-)，男，硕士，高级工程师.研究领域：嵌入式应用，自动控制.
作者：徐文
摘 要：本文先从STK软件的基本功能介绍为切入点，探究了任务仿真中的具体步骤，得出了相应操作流程，最后通过对STK软件进行仿真模拟的分析，得出了STK软件在航天装备任务仿真中的一些结论，例如STK软件主要适用于一些仿真任务的数量较少、实时性差，但对场景可视化要求高的航天装备任务中;还能够通过STK软件的接口对其进行二次开发与利用，该方法主要应用于工程时间短、功能需求较单一的航天装备任务仿真中。
关键词：航天装备任务;STK软件;应用分析
引言：
伴随着我国科技的不断发展，随之推动航天技术的飞速进步，同时也对航天装备任务的仿真程度、设计真实性、规划合理性有着更严格的要求。STK软件作为航天装备任务仿真软件的核心，其具有高度可视化功能、相关模块组件完善、模型的精确度高、使用方法特别简捷等优点，并且也逐渐应用于的国外航天事业中。通过利用STK软件显示航天装备任务的模拟场景，不仅能够让操作人员的技术水平得到提升，还能够提升对航天装备任务进行技术分析的能力。
1 STK软件简介
STK其全称是Satellite Tool Kit，是AGI公司所研发出来的一款对航天任务进行模拟分析的软件，其对图像与数据有着强大的分析功能，保障了航天装备任务的持续运行，并为其提供更加高效的技术支持[1]。
1.1航天任务
航天工程师和相关任务操作人员能够通过STK软件对航天装备任务进行全方位的仿真模拟，不仅提高了其工作的熟练度，而且还能够形成规范化的操作流程，为以后的真实航天任务做准备。使用者能够通过AGI公司所提供的航天动力学引擎和相关模拟组件等技术达到对真实航天任务的流程规范与探寻航天装备任务的可行性，并且通过STK软件来对航天系统进行进一步的优化改造与升级，以此来保证航天装备任务能够顺利的完成[2]。
1.2自动化指挥系统
STK软件中的相关模块能够以最快的速度响应用户的需求。STK软件也是专门为C4ISR而进行研发的，所以以此背景下设计具有可视化能力强、计算能力强的特点。STK还能够对得出的结论进行快速的建模操作，以此来确保在设计、测试方面的能力;还能够通过发送模拟情报来锻炼操作者的反应能力，以此来确保在实际操作过程中的准确性。
1.3无人驾驶飞机和航空器任务
STK软件中的相关模块组件能够快速回应操作者发布的无人驾驶飞机和航天任务请求。STK软件还允许操作者能够对航天器进行特殊的设计，以及数据分析，让其软件的功能得到完善，并且仿真程度能够更加贴切实际[3]。
2 STK在航天装备任务仿真中的应用分析
STK在航天装备任务仿真中的主要要点有以下几点：
2.1制定矢量几何
首先需要为整个航天装备任务的场景构建空间坐标系、坐标轴和空间面，然后再通过绘制特殊的空间坐标系来重新规划航天器的状态与航行轨迹，最后通过对数据的分析来达到轨迹可视化的目的。
2.2消除空间环境的影响
通過STK软件对在轨道中的航天装备建立引力场模型，并且有效利用三体效应消除空间环境所带来的影响。
2.3对轨道、弹道设计实行变轨策略
STK软件不仅能够对航天装备的轨迹进行分析，而且还可以对运载火箭的运行轨迹进行分析，还可以通过对地球引力与月球引力等的分析实现航天装备变轨的操作，以此来更好的对航天装备进行更加准确的操作。
2.4姿态模型的建立
在进行航天装备任务仿真的过程中，STK软件需要对处于多个时间内的航天器进行姿态模型建立，以此来构建航行轨迹姿态、三轴稳定姿态和变轨姿态，更好地对航天器的航行状态与航行轨迹进行精准的把控。
2.5传感器模型的建立
在进行航天装备任务仿真的过程中，STK软件能够通过利用传感器掌握地面站的覆盖程度，以此来帮助软件进行相关的任务分析操作。
2.6通信模型的建立
通信模型的建立主要包含了信号发射器与信号接收器这两个设备，其模型建立初衷则是帮助软件分析航天器的抗干扰能力与其测控链路的性能，以此来对航天装备进行更加严格的管控。
2.7数据合并
STK能够通过三维图形窗口对航天器的测控链路进行有效、实时的监控，以此来保证航天装备所反馈的信息能够实时显示在操作者眼前。
2.8可操作性与系统集成性
STK软件能够与Matlab软件之间达成互相合作的关系，共同来对航天装备任务进行仿真场景的分析，能够更加真实的将画面模拟出来。
3 仿真案例分析
较之于其他仿真软件来说，STK的操作界面更加友好。该软件的设计主要是基于面向对象的理念，再结合分级组织的模式，完成仿真场景的制作。一个STK场景对应一个仿真实例，其中有六类运动对象、三类固定对象以及五类对象关系包含在STK场景中，除此之外还有四类设备存在于每种对象之下。要想进行实际的仿真建模或者是飞行演习，就可以通过场景的设定来完成[4]。同时STK软件还能对复杂的地面环境进行分析，给具体的航天作业制定最佳的执行计划。通过这种方式能达到更快的建模速度，因此就有效的缩短了任务的周期;但STK软件的程序扩展性较低，无法通过使用用户其它的代码程序，因此该软件只能运行已有的功能。
结束语
综上所述，STK软件能够对卫星的航行轨道进行模拟，并且将其模拟仿真的图像真实的显示出来，还能够对其所产生的数据进行有效的分析。工程师与操作者能够通过STK所分析出的数据来观测出航天装备任务中所存在的不足与需要改进的地方，还能够对其飞行轨迹和测试数据进行分析，充分的展示了STK软件在航天装备任务中的真实性与可行性，这也为我国的航天事业做出了卓越的贡献，让航天装备任务的仿真操作能够切切实实的应用于实际过程中。
参考文献：
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作者：王勇 田勋 韩家翔
[摘要]本文对任务管理计算机系统结构进行了介绍，根据系统构型，提出了软件容错机制要求，划分软件功能形成系统软件总体设计方案。对软件总体设计进行了描述，并对软件设计中的关键技术进行研究，重点分析了双握手同步、交叉传输设计、数据表决与数据监控四个方面，为实现系统容错软件提供了解决方案。
[关键词]热备份;容错;余度技术;余度管理软件
Key Word：Hot backup; Error Tolerances;Redundancy technology; Redundancy managements of tware
引言
1)任务管理计算机系统(MMC)的主要功能包括航电分系统状态、航电分系统工作模式、系统故障处置、任务规划数据加载等功能[1]。受到体积、功耗、重量及基础研究水平的限制，早期任务管理计算机没有余度概念，其容错能力较差、故障检测模式单一、故障检测率较低，任务管理计算机的故障也会直接导致每次飞行任务的失败[2]。
2)基于对任务系统可靠性和容错性的要求，研究在小低轻、高空、长航时、高安全前提下，仍能保持任务管理功能的冗余架构方法是必要的[3]。本文即针对高空长航时任务管理计算机可靠性指标要求，运用余度技术研究了双余度分级余度计算机，设计实现了任务管理计算机系统余度软件，提高系统可靠性。
1、系统概述
1.1双余度任务管理计算机系统概述
双余度任务管理计算机采用同构型双通道主备兼容错结构，每个通道可以独立的实现任务管理功能。任务管理计算机作为任务分系统的核心处理器，主要完成航电分系统的控制与管理，航电系统任务分配，同时作为GJB289A总线的控制器，完成总线信息调度与传输。
1.2系统软件概述
1.2.1任务管理計算机采用双余度配置，双余度通道工作方式为主备工作方式，双通道同时工作，正常时由主通道输出，主通道故障时切换到备份通道输出，满足系统一次故障工作要求。根据任务管理计算机的结构及功能，将任务管理软件分为三部分，见图2.
1.2.2三部分软件的对应的产品功能为：
a.任务管理软件：此部分软件实现航电分系统的控制与管理功能，包括航电分系统状态，航电分系统工作模式、系统故障处置、任务规划数据加载等。
b.余度管理软件：此部分软件作为航电管理软件的开发平台，选用VxWorks操作系统，主要实现产品的自检测、余度管理、故障检测等功能。
c.BIM软件：此部分软件实现成品技术协议中的接口管理功能包括外部输入输出接口管理及内部ARINC659总线的收发功能。
1.3余度管理软件主要通过ARINC659总线接收BIM模块的数据，对数据进行表决监控，将表决结果提供给任务管理软件，同时接收任务管理软件的输出指令将输出指令通过ARINC659总线发送给BIM模块。本文主要介绍余度管理软件的设计。
2、余度管理软件总体设计
1)双通道任务管理计算机软件每通道运行相同任务：初始化、同步、数据采集、余度管理、航电任务处理、故障处理、数据输出和BIT等几个重要的环节。任务管理计算机开机初始化后，进入同步程序。同步程序就是让双通道计算机同时开始运行，保证通道计算机采集的是同一任务周期的数据，并且输出结果也是同一任务周期中计算出来的。这是其他任务的基础，只有通道机采集的是同一任务周期数据，才能保证后面的交叉传输和数据比较的正确。在完成了同步程序后，通道计算机就可以同时进行采集数据，数据交叉传输，数据比较监控，再表决出一组航电应用软件需要的数据，进行应用的运算;并将输出的数据进行比较，输出。这样就完成了一个任务周期的双余度任务。
3、余度管理软件关键技术实现
3.1余度设计与余度管理是提高计算机系统容错能力、可靠性和安全性的手段
通过在线信号监控可以及时发现系统故障模块;通过同步技术可以保证各冗余模块间保持步调一致地工作，在“某一时刻”同时完成同一任务的某个基本动作。通过故障的隔离、切换来实现故障的处理;通过监控、表决输入输出信号来选择信号。这些都是实现容错与高可靠性的手段。
3.2余度管理技术主要研究的内容包括以下方面：
1) 同步、交叉传输技术;
2) 数据表决和数据监控;
3) 故障监控隔离技术;
3.3双通道同步设计
在任务管理计算机系统中，各计算机运行相同的计算任务，将计算结果进行比较、表决，从而达到提高整个余度飞行控制计算机可靠性的目的。为保证各飞行控制计算机在比较、表决时的数据是同一次计算的结果，以维持计算数据的一致性，就必须同步，使各飞行控制计算机在同一段时间内运行相同的计算任务。
本系统中计算机同步的过程是在系统同步程序的管理下，通过专用同步信号线，完成双通道之间的同步。包括初始同步和周期同步。初始同步上电进行周期任务之前进行;周期同步则在每个任务周期开始都会进行一次。同步算法采用握手方式：任务计算机开始同步后，输出一个逻辑高同步离散量，然后在限定时段内查询另外通道响应逻辑高，在握手成功后，再输出一个逻辑低，读另外通道是否输出低，若成功则双通道均保持同步离散输出为逻辑低。同步算法流程图如图1。
3.4数据交叉传输设计
数据交叉传输通道是双余度任务管理计算机互相通讯的通道，本设计中交叉传输功能由ARINC659总线的“窗口”实现，数据采集功能由BIM模块完成，BIM模块完成数据采集后，通过ARINC659总线将采集的数据进行网络广播。CPM模块通过659窗口可以获得本通道BIM采集的数据和外通道BIM采集的数据，根据刷新标来判定该数据是否为有效数据，以这种方式来实现不同通道数据的交叉传输。
3.5数据输入输出表决设计
输入与输出表决监控是对计算机所采样的双通道数据进行表决与监控。计算机的所有接口信号均是双余度的，输入输出表决监控包括离散量输入比较监控、模拟量输入比较监控、数字量输入比较监控。
a.离散量输入表决监控实现的方法为：对A/B通道输入的离散量进行全同比较，如果比较一致，表决值取A通道;如果比较出现不一致，表决值取上拍历史值。
b.模拟量输入表决监控实现的方法为：对A/B通道输入的模拟量两信号求差，差值的绝对值与门限值0.5V进行比较，如果差值在门限内，表决值取两信号均值;如果超限，表决值取上拍历史值。
c.数字量输入表决监控实现的方法为：对A/B通道输入的数字量RS422输入信号进行还原，对还原后的离散量和模拟量进行表决。
3.6故障监控设计
1) 故障综合是将任务管理计算机系统的故障状态及飞控计算机自身的故障进行统计综合，并将故障信息进行編码和存储。它包括故障记录和故障申报。
2)当任务管理计算机系统双通道采用互监控方式对每一拍的采集数据进行故障判断，并进行故障纪录，当发生瞬态故障时，对该故障类型瞬态故障计数加1，并判断该计数值是否大于永久故障门限，若该计数值已经大于门限值，就认为该路数据发生永久故障，进行相应的故障处理。同时任务管理计算机还需要进行自身状态的监控，若出现错误，则仍按照上面描述的方法进行故障处理。
4、结束语
本文以双余度任务管理计算机为背景，研究设计余度管理软件，并获得应用。工程实际应用结果表明，MMC实现可靠性指标满足设计要求，所设计的余度管理软件能够保证任务管理计算机间数据的可靠传输。
参考文献
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作者简介
郭勇(1986-11-)男，陕西西安人，工程师，主要研究方向为机载大规模嵌入式软件研究.
作者：郭勇 段海军 马倩 王亮
抽奖程序设计说明书
1 概述
1.1 系统简述
学院将举行庆元旦暨迎新春联欢晚会，其中有抽奖活动，需要一个抽奖程序。首先将班级同学分发抽奖券，奖券号码与学号、姓名绑定，联欢会上由抽奖活动主持人输入奖票号码范围，并指定获奖等级后，在给定的号码范围内产生一个随机号码，作为该获奖等级的一个中奖号码。如果产生的中奖号码与已产生的中奖号码重复，则给出明确的提示“无效” (即不允许一个奖票重复获奖)。可随时显示或打印抽奖结果。 1.2 软件设计目标 1.2.
1、程序功能：
1.输入奖票号码范围：输入最小奖票号码，输入最大奖票号码。
2.产生中奖号码：产生一个界于最小奖票号和最大奖票号之间的数。并且判定该数是 否为一个有效的中奖号。
3.显示中奖信息：显示到目前为止所有抽出的中奖奖票号码、姓名、学号和中奖等级。 4.更新中奖记录：将中奖信息写入表格文件。 5.查看中奖记录：可随时查看中奖记录的内容。 1.2.2非功能性需求：
从安全性、美观性等角度入手。
2 任务
2.1 文档类
2.1.
1、可行性报告 2.1.
2、需求说明书 2.2 建模类
2.2.1 用例图 2.2.2 时序图 2.2.3 类图 2.3 设计类
2.3.1 软件平台设计 2.3.2 程序流程图设计 2.3.3 界面设计 2.4 源程序 2.5测试记录
附录：文档规格
系统可行性分析
可行性研究主要分析要开发的系统是否具有必要性、可能性，从技术上、经济上、操作上、社会各个方面对所开发系统进行分析和研究，减少可能发生的投资失误概率，确保开发的顺利完成。 在最短时间内用最低的成本解决尽量多的问题是可行性分析的意义所在。
1. 技术可行性
在技术上主要是分析当前所用软件以及开发人员所使用的技术对系统开发是否可行，硬件、软件等等能不能满足开发人员的需要。该系统为B/S模式，采用J2EE体系和JAVA技术开发，开发平台是Eclipse，使用SQL Server数据库，相关的技术都已相当成熟。同时，计算机硬件技术也越来越先进，且性价比高，可以满足系统的需求。所以系统在技术上完全可行。
2. 经济可行性
在经济可行性方面，主要考虑使用成本、开发成本、回报三方面的因素。首先，开发成本主要使用 Windows 操作系统，Eclipse，在数据库方面主要使用 SQL Server进行数据操作，这些软件是开发系统所需成本。开发成员主要一人负责。回报主要是系统开发成功，可以实现项目管理系统的所有功能，通过项目管系统的应用，企业可以提高员工的工作效率和项目完成的效率，从而为企业带来经济效益。因而在经济上完全可行。
3. 操作可行性
操作可行性重点了解系统的操作流程、运行方式在组织内部是否可以有效，顺利实施等问题。计算机技术、网络技术的发展，使得人们的日常办公和生活的诸多方面都使用计算机办公，这已经成为现代办公的必备技能。此外，人们对于操作对于工作是否简洁而方便越来越重视，本系统的设计就能够做到这一点，它很好地解决了人工操作的不便，在实践上具备了可行性。本系统的设计明晰，用户界面良好，简洁的操作，有完善的异常处理机制和验证提示信息，因此操作方面可行。
4. 社会可行性
首先，本系统从功能模块的提出到各个界面的设计再到每个功能模块的开发与实现到后期的测试过程，全部由本人独立完成，开发过程参考，借鉴过网上资料和所学课程，因此不存在侵权的法律问题。其次，在开发过程中，各部门配合将现有的人员，项目等相关信息导入到系统中。完成这些工作后，项目管理会变得更加简便。最后，系统的大部分功能模块都是根据需求分析提出的要求完成的，并且在开发过程中对需求分析的介绍进行了深入的研究，因此，已经熟悉业务流程。因此本系统在社会方面也是可行的。
所以，系统在技术上、经济上操作上、社会方面都是可行的，系统的设计和开发可以顺利进行。
需求分析
系统采用面向对象的分析方法，从管理员、教师用户、学生用户对系统的需求分析来建立本系统的需求。
具体定义如下： (1) 用户管理
① 用户注册：注册功能相当于系统的入口，注册功能用户体验的良好性直接影响的用户的使用心理，注册功能简单、明快便于操作，会大大吸引用户对成为系统会员的兴趣。同时，友好型的使用体验也促使用户乐于分享。 ② 登录：验证用户所提供的登录信息，从而判断是否准许该用户进入系统。
③ 验证信息主要有：账号或密码是否为空、验证码正确与否、库中是否存在此用户、账号和密码匹配与否。
可以对用户相关信息预览，对多余的用户进行删除等管理操作。 (2) 教师管理
教师登录后台，验证教师提供的登录信息正确与否。
验证信息主要有：账号或密码是否为空、验证码正确与否、库中是否存在此教师用户、教师名和密码是否匹配。
管理员具有对教师相关信息的预览，教师信息的维护等操作。 (3) 试卷管理
教师具有相关信息的预览，录入新的试卷，修改试卷，删除试卷等功能。 (4) 考试管理
用户登录考试系统后进行选择试卷，然后正式进入模拟考试系统进行做题，选完试卷后接下来就是在线答题，按照汉语水平考试的题型，第一部分为听力理解。
一.目的
软件工程课程设计是软件工程专业一个综合性的实践教学环节，其目的在于促进学生复习和巩固计算机软件设计知识，加深对软件设计方法、软件设计技术和设计思想的理解，并能运用所学软件设计知识和面向对象技术进行综合软件设计，提高学生的综合应用能力。通过这次课程设计，要掌握UML(统一建模语言)，并能运用UML在Visio中建模。
二.要求：
1. 两人一组。
2. 熟悉Visio开发环境，认真分析题目。
3. 掌握UML的基本模型元素(如角色、用例、类、数据模型等)，准确把握所要开发系统的功能需求，认真完成系统前期的需求分析，绘制出系统的业务流程图。
4. 建立完善的角色与用例的关系，绘制出系统的用例图。
5. 分析用例为完成业务目标而进行的各项任务或活动及执行顺序，绘制出用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系的活动图。
6. 分析各用例的可能状态及状态间的转移，描述状态变化序列的起点和终点，绘制出系统的状态图。
7. 进行业务流的分析，根据系统所要完成的功能和所要处理的数据，画出反映系统逻辑模型的数据流程图。
8. 通过分析系统的功能要求，抽象出系统的实体类，描述各实体类的属性，建立各个实体类及它们之间的关联，绘制系统的实体类图。
9. 总结分析出系统的各功能模块，绘制系统各子模块的结构图。
10. 模块的结构设计完成后，进行功能模块的界面风格和要求规范的设计，实现变量命名规范和模块命名规范的设计，根据设计结果撰写各模块说明书
11. 进行检查，并提交设计报告。
三.报告要求：
1. 实验题目
2. 需求分析
3. 系统总体设计：包括角色、用例关系说明与描述，用例状态流程的说明与描述等内容。
4. 系统详细设计：包括详细的业务流程的设计和数据流程图的设计、相关实体类图的设计与说明等。
5. 心得体会
四.参考资料：
1. Martin Fowler & Kendall Scott：UML Distilled Second Edition A Brief Guide to
the Standard Object Modeling Language
2. UML参考手册
3. Jason T. Roff 著 张瑜 杨继萍 等 译《UML基础教程》 清华大学出版社
4. 参见本中心服务器ftp:s@172.16.38.100《软件工程》 目录下的相关文档。
五.设计内容
可自选题目，但须经过指导教师审查。
可选题目：
18. 文档管理系统
面向企业用户，研制开发一套文档管理系统，实现企业文档的存储、分类、维护、检索、授权等过程的全面管理。为用户主要提供如下功能：
1)登陆：用户通过浏览器登陆到系统，输入用户名和密码，登陆到系统，看到本用户所能看到的各类信息，包括文档分类树、文档的基本信息等。
2)人员组织角色管理与授权管理：创建和维护企业的人员、组织和角色，人员具有登陆名、名称、密码、邮件、手机等一些基本的属性，人员从属与一个或多个组织，具有一个或多个角色，组织间具有层次关系。提供文档按照人员与角色两种方式的授权模式。
3)文档分类管理：用户可以增删改文档的分类，文档分类间可以建立层次关系。
4)文档维护：用户可以增删改文档，文档包括基本的描述信息(如文档编号、文档名、文档创建时间、创建人、大小等)及文档对应的文件列表。
5)文档检索：用户可以方便的按照文档的名称、编号、创建时间、创建人等信息进行检索。
09级软件工程专业《软件工程导论》课程设计任务书
1.通过本次课程设计，训练课程所学的软件系统分析、系统设计、编码规范、测试方法与用例设计等知识点，编写个人课程设计报告和软件开发文档，并提交纸质文档一份、电子文档一份、软件作品一份。
2.设计题目：
题目一：“教务管理系统之子系统——学院课程安排” 1. 系统简介
每个学期的期中，学校教务处向各个学院发出下各学期的教学计划，包括课程名称、课程代码、课时、班级类别(本科、专科、成人教育、研究生)、班号等;学院教学主管人员根据教学任务和要求给出各个课程的相关限制(如：任课教师的职称、上课的班数、最高和最低周学时数等);任课教师自报本人授课计划，经所在教研室协调任可，将教学计划上交学院主管教学计划的人员，批准后上报学校教务处，最终由教务处给出下个学期全学院教师的教学任务书。
假设上述排课过程全部由人工操作，现要求为上述过程实现计算机自动处理过程。 2. 限定条件
(1) 每位教师的主讲课程门数不超过2门/学期：讲师以下职称的教师不能承担学院定主课的主讲任务。
(2) 学院中层干部的主讲课时不能超过4学时/周。
(3) 本学期出现严重教学事故的教师不能承担下各学期的主讲任务。
(4) 本系统的输入项至少包括：教务处布置的教学计划，学院教师自报的授课计划和学院定的有关授课限制条件。 (5) 本系统的输出项至少包括：教务处最终下达全院教师的教学任务书和学院各个班级下各学期的课程表(可以不含上课地点)。
题目二：“学校教材定购系统” 1. 系统简介
本系统可以细化为两个子系统：销售系统和采购系统
销售系统的主要工作过程为：首先由教师或学生提交购书单，经教材发行人员审核是有效购书单后，开发票、登记并返给教师或学生领书单，教师或学生可以到书库领书。 采购系统的主要工作过程为：若是教材脱销，则登记缺书，发缺书单给书库采购人员;一旦新书入库后，即发进书通知给教材发行人员。 以上功能要求在计算机上实现。
2. 技术要求和限制条件
(1) 当书库中的各种书籍数量发生变化(包括进书和出书)时，都应修改相关的书库记录，如库存表或进/出库表。
(2) 在实现上述销售和采购的工作过程时，需考虑有关的合法性验证。 (3) 系统的外部项至少包括：教师、学生和教材工作人员。
(4) 系统的相关数据存储至少包括：购书表、库存表、缺书登记表、待购教材表、进库表和出库表。 题目三：“机票预定系统”
1. 系统简介
航空公司为给旅客乘机提供方便，需要开发一个机票预定系统。各个旅行社把预定机票的旅客信息(姓名、性别、工作单位、身份证号码(护照号码)、旅行时间、旅行始发地和目的地，航班舱位要求等)输入到系统中，系统为旅客安排航班。当旅客交付了预订金后，系统打印出取票通知和帐单给旅客，旅客在飞机起飞前一天凭取票通知和帐单交款取票，系统核对无误即打印出机票给旅客。此外航空公司为随时掌握各个航班飞机的乘载情况，需要定期进行查询统计，以便适当调整。 2. 技术要求和限制条件
(1) 在分析系统功能时要考虑有关证件的合法性验证(如身份证、取票通知和交款发票)等。
(2) 对于本系统还应补充一下功能：
1. 旅客延误了取票时间的处理 2. 航班取消后的处理
3. 旅客临时更改航班的处理
(3) 系统的外部输入项至少包括：旅客、旅行社和航空公司。
题目四：“学校内部工资管理系统” 1. 系统简介
假设学校共有教职工约1000人，10个行政部门和8个系。每个月20日前各个部门(包括系和部门)要将出勤情况上报人事处，23日前人事处将出勤工资、奖金及扣款清单送到财务处 。财务处于每个月月底将教职工的工资表做好并将数据送银行。每个月3日将工资条发给每个单位。若由员工调入或调出、校内调动、离退休变化，则由人事处通知相关部门和财务处。 2. 技术要求和限制条件
(1) 本系统的数据存储至少包括：工资表、部门汇总表、扣税款表、银行发放表等。 (2) 除人事处、财务处外，其他职能部门和系名称可以简化表示。 (3) 工资、奖金、扣款细节由学生自定义。
题目五：“实验室设备管理系统”
1. 系统简介
每学年要对实验室设备使用情况进行统计、更新。其中：
(1) 对于已彻底损坏的做报废处理，同时详细记录有关信息。
(2) 对于由严重问题(故障)的要及时修理，并记录修理日期、设备名、编号、修理厂家、修理费用、责任人等。
(3) 对于急需修改但又缺少的设备，需以“申请表”的形式送交上级领导请求批准购买。新设备购入后要立即进行设备登记(包括类别、设备名、编号、型号、规格、单价、数量、购置日期、生产厂家、保质期和经办人等信息)，同时更新申请表的内容。
(4) 随时对现有设备及其修理、报废情况进行统计、查询，要求能够按类别和时间段等查询。 2. 技术要求及限制条件
(1) 所有工作由专门人员负责完成，其他人不得任意使用。
(2) 每件设备在做入库登记时均由系统按类别加自动顺序号编号，形成设备号;设备报废时要及时修改相应的设备记录，且有领导认可。
(3) 本系统的数据存储至少包括：设备记录、修理记录、报废记录、申请购买记录。 (4) 本系统的输入项至少包括：新设备信息、修理信息、申请购买信息、具体查询统计要求。
(5) 本系统的输出项至少包括：设备购买申请表、修理/报废设备资金统计表。 同学们也可根据自己曾经参与的竞赛、实习、兴趣训练，自行制定课设题目 针对以上问题定义，数据库设计、程序流程设计、GUI设计、报表设计由各位同学自行发挥。
3. 软件工程导论课程设计个人报告格式(注：要求用A4纸打印，不少于10页) [封面] (注：每个同学的报告都要有封面，独占一页。封面自行设计，可以用不同字体或者美术字体，并加上适当的小图形)
《软件工程导论》课程设计报告
课程设计题目：
长安大学 信息工程学院 班级：
报告人姓名： 学号： 承担角色：
同组组长： 同组其他成员：
课程教师： 实验指导教师：
实验地点：
完成起止日期：
[目录] [正文]
一、课程设计概述(目的、任务、开发环境、参考资料)
二、项目的可行性研究与需求分析
三、项目设计的基本原理和采用的主要方法与技术
四、本人实现项目的过程与步骤
五、个人遇到的困难与获得的主要成果(本节内容不得少于3页)
六、测试与运行记录
七、课程设计完成结果分析与个人小结
八、附录(软件配置、个人完成的程序模块和文档清单) 注：此部分在打印文档可只含一页列出有关文档目录即可，但在交付的个人电子文档中应当含有所有应当完成的具体文档内容。
注：个人课程设计报告着重说明个人所做工作、成果和体会(要求
四、
五、
六、七部分不少6页)，报告不得与他人雷同，否则影响成绩，严重者无成绩。
4.要求
以上设计单人独立完成或组队完成，每组人员不得多于5人，完成时间截止到17周，第17周由班长或学委收齐，与教师联系，教师来收取。每个人上交个人课程设计一份，小组上交完整软件设计文档一份。另外，每人必须单独完成设计报告，严禁互相抄袭，如果发现有完全相同的设计报告，则抄袭者与被抄袭者均记〇分。对组队成员，每人必须在报告中显著位置注明本团队名单及本人所承担的工作。
摘要 ................................................................................................................................... 2 关键词 ............................................................................................................................... 2
1背景介绍........................................................................................................................................ 2
1.1项目范围 ............................................................................................................................. 2 1.2目的 ..................................................................................................................................... 2 1.3明确项目客户 ..................................................................................................................... 2 2商务要求........................................................................................................................................ 2 3分配需求或PDT输入材料 .......................................................................................................... 2 4交付文件........................................................................................................................................ 3 5里程碑和完成时间 ........................................................................................................................ 3 6质量目标........................................................................................................................................ 3 7验收标准........................................................................................................................................ 3 8限制和约束 .................................................................................................................................... 3 9依赖关系........................................................................................................................................ 3 10其他信息 ...................................................................................................................................... 4
XXXX 软件项目开发工作任务书
摘要
xxxx 关键词
xxxx 1背景介绍
xxxx 1.1项目范围
xxxx 1.2目的
xxxx 1.3明确项目客户
xxxx 2商务要求
xxxx 3分配需求或PDT输入材料
xxxx 4交付文件
xxxx 5里程碑和完成时间
比如：
软件需求设计
时间点 概要设计
时间点 详细设计
时间点 编码
时间点 单元测试
时间点 集成测试
时间点 系统测试
时间点 联调
时间点
6质量目标
xxxx 7验收标准
xxxx 8限制和约束
xxxx 9依赖关系
xxxx 10其他信息
xxxx
一、软件实习目的
培养学生综合运用所学的专业知识、深入理解相关课程之间的关联、使用规范的软件开发方法和技术进行软件项目的分析、设计和实施的能力。培养同学之间的协同工作能力，从软件项目的提出与讨论到系统的分析、设计、编程、调试、直至系统运行，每个同学既有独立的开发任务、又要考虑与同组同学的合作。
二、实习题目及要求：
1、实习题目：酒店管理管理系统
2、设计内容：
通过必要的调研、资料查阅和学习对上述软件系统进行需求分析、软件设计(包括数据库设计、软件体系结构、软件详细设计);结合适当的开发工具或环境、最终完成一个能够实现以下功能的可执行软件系统：酒店管理系统。主要包括客房信息、订房信息、结算等几个功能模块：
(1)有关客房标准的制定、标准信息的输入，包括标准编号、标准名称、房间面积、床位数量、住房单价、是否有空调、电视机、电话以及单独卫生间等。客房标准信息的修改、查询;客房基本信息的输入，包括客房编号、类型、位置、单价、备注;客房基本信息的查询、修改;剩余客房信息的查询。
(2)订房信息的输入，包括客房编号、类型、位置、单价、顾客姓名、身份证号码、入住日期、折扣、备注信息;订房信息的修改和查询等。
(3)结算信息的输入，包括客房编号、类型、位置、单价、顾客姓名、身份证号码、入住日期、折扣、结算日期、备注信息等;结算信息的修改和查询，结算后发票打印。
三、实习过程
1、学生不小组为单位，根据设计内容和要求，分工协作完成一个完整的可独立运行的软件系统。软件系统的开发必须包括以下步骤：
(1)进行软件项目的调研(通过查阅资料、讨论等形式进行)、确定下小组成员之间的任务分工。
(2)进行需求分析：主要分析系统的功能需求(系统能够做什么)、数据需求(系统涉及的信息和信息间联系)和环境需求等。
(3)进行软件设计：进行数据库设计(包括概念结构设计、逻辑结构设计、物理设计);进行软件的总体设计、得到系统功能模块结构图;对主要的功能模块进行详细设计
(4)编程、测试和高度，最终提交功能正确、运行稳定的可执行系统
2、撰写软件实习报告
3、通过软件实习答辩
四、软件实习报告包括如下内容：
1、封面(按模板)
2、正方(包括以下内容)：
(1)前言(根据任务书、资料查阅及调研，陈述设计的背景和目标等)
(2)系统的需求分析(功能需求、数据需求、开发环境需求等)
(3)系统设计(数据库设计、总体设计)
(4)典型功能模块的详细设计和实现过程
(5)软件测试及运行评价
(6)软件实习总结
五、考核方式：以学生个人为考核单位
1、指导老师检查软件系统运行情况、学生进行实习答辩;
2、每位学生提交软件实习报告一份(包括电子文档和书面文档);
3、每个小组提交软件系统的电子文档一份：包括系统源程序和相关使用说明。
指导教师：刘锁兰2011年12月
一、 问题识别
首先系统分析人员要研究计划阶段产生的可行性分析报告和软件项目实施计划。主要是从系统的角度理解软件并评审用于产生计划估算的软件范围是否恰当,确定对目标系统的综合要求,即软件的需求;并提出这些需求的实现条件,以及需求应达到的标准,也就是解决要求所开发软件做什么,做到什么程度。这些需求包括:
(1)功能需求:列举出所开发软件在功能上应做什么,这是最主要的需求。
(2)性能需求:给出所开发软件的技术性能指标,包括存储容量限制、运行时间限制、安全、保密性等。
(3)环境需求:这是对软件系统运行时所处环境的要求。例如,在硬件方面,采用什么机型、有什么外部设备、数据通信接口等等;在软件方面,采用什么支持系统运行的系统。
(4)可靠性需求:各种软件在运行时,失效的影响各不相同。在需求分析时,应对所开发软件在投入运行后不发生故障的概率,按实际的运行环境提出要求。对于那些重要的软件,或是运行失效会造成严重后果的软件,应当提出较高的可靠性要求,以期在开发的过程中采取必要的措施,是软件产品能够高度可靠地稳定运行,避免因运行事故而带来的损失。
(5)安全保密工作需求:工作在不同环境的软件对其安全、保密的要求显然是不同的。应当把这方面的需求恰当地作出规定,以便对所开发的软件给予特殊的设计,使其在运行中其安全保密方面的性能能得到必要的保证。
(6)用户界面需求:软件与用户界面的友好性是用户能够方便有效地使用软件的关键之一,从市场角度来看,具有友好用户界面的软件有较强的市场竞争力。因此,必须在需求分析时,为用户界面细致地规定达到的要求。
(7)资源使用需求:这是指所开发软件运行时所需的数据、软件、内存、空间等各项资源。另外,软件开发时所需的人力、支撑软件、开发设备等属于软件开发的资源,需要在需求分析时加以确定。
(8)软件成本消耗与开发进度需求:在软件项目立项后,要根据合同规定,对软件开发的进度和各步骤的费用提出要求,作为开发管理的依据。
(9)预先估计以后系统可能达到的目标。这样,在开发过程中,可对系统将来可能的扩充与修改做准备,一旦需要时,就比较容易进行补充和修改。
功能性需求是人们普遍关注的,但对非功能性需求的分析常常被忽视。其实非功能性需求并不是无关紧要的,它们的主要特点涉及到的方面多而广,却容易被忽略，任何一个软件的非功能性需求都要根据其类型和工作环境来确定。
问题识别的另一项工作是建立分析所需要的通信(沟通)途径,以保证能顺利地对问题进行分析。分析员必须与用户、软件开发机构的管理部门、软件开发组的人员建立联系。项目负责人在此过程中起协调人的作用。分析员通过这种通信途径与各方面商讨,以便能按照用户的要求去识别问题的基本内容。
此外,如果在进行需求分析之前没有做过可行性分析,那么补充完成这部分工作往往是必要的,从问题定义和调查研究入手,与用户密切联系,详细了解问题提出的背景、弄清要解决什么问题,然后从软件系统特性和用户目标出发,做市场调查和现场考察。仔细收集信息之后进行数据分析和功能分析,建立系统的高层逻辑模型,再进一步做成本/效益分析。最后提交一份可行性分析报告,从技术、经济、社会效应等方面论证可行性,以确认软件开发的目标是否可行。
二、 分析与综合
需求分析的第二步工作是问题分析和方案的综合。
分析员需从数据流和数据结构出发,逐步细化所有软件功能,找出系统各元素之间的联系、接口特性和设计上的限制,分析它们是否满足功能要求,是否合理。依据功能需求、性能需求和运行环境需求等,剔除其不合理的部分,增加其需要部分。最终综合成系统的解决方案,给出目标系统的详细逻辑模型。
在这个步骤中,分析和综合工作反复地进行。在对现行问题和期望的信息(输入和输出)进行分析的基础上,分析员开始综合出一个或几个解决方案,然后检查它的工作是否符合软件计划中规定的范围等等,再进行修改。总之,对问题进行分析和综合的过程将一直持续到分析员与用户双方都感到有把握正确地制定该软件的规格说明为止
常用的需求分析方法有面向数据流的结构化分析方法(简称SA)、面向数据结构的Jackson方法(简称JSD)、面向对象的分析方法(简称OOA)等,以及用于建立动态模型的状态迁移图或Petri网等。
三、 编制需求分析文档
在软件开发的瀑布模型中,每个阶段形成的最终文档是阶段完成的里程碑,因而,需求分析阶段编制文档以备下步评审,也是此阶段的重要任务之一。以上已经确定的需求应当得到清晰准确的描述。通常把描述需求的文档叫做软件需求规格说明书。同时,为了确切表达用户对软件的输入输出要求,还需要制定数据要求说明书及编写初步的用户手册,着重反映被开发软件的用户界面和用户使用的具体要求。此外,根据在需求分析阶段对系统的进一步分析,从目标系统的精细模型出发,可以更准确地估计所开发项目的成本与进度,从而修改、完善与确定软件开发实施计划。
四、 需求分析评审
作为需求分析阶段工作的复查手段,在需求分析的最后一步,应该对功能的正确性、完整性和清晰性,以及其他需求给予评价。评审的主要内容是:
(1)系统定义的目标是否与用户的要求一致;
(2)系统需求分析阶段提供的文档资料是否齐全;
(3)文档中的所有描述是否完整、清晰,是否准确地反映用户的要求;
(4)与所有其他系统成分的重要接口是否都已经描述;
(5)所开发项目的数据流与数据结构是否足够、确定;
(6)所有图表是否清楚,在不补充说明时能否理解;
(7)主要功能是否已包括在规定的软件范围之内,是否都能充分说明;
(8)设计的约束条件或限制条件是否符合实际;
(9)开发的技术风险是什么;
(10)是否考虑过软件需求的其他方案;
(11)是否考虑过将来可能会提出的软件要求;
(12)是否详细制定了检验标准,它们能否对系统定义成功地进行确认;
(13)有没有遗漏、重复或不一致的地方;
(14)用户是否审查了初步的用户手册;
(15)软件开发设计计划的估算是否受到了影响等。
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