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用于建立ICF实验控制系统的软件框架研究和开发
【作者】 张弛；
【作者基本信息】 中国科学技术大学 ， 物理电子学， 2006， 博士
【摘要】 惯性约束聚变(ICF)实验控制系统(ECS)是ICF实验中的重要组成部分。目前在ICF实验中，我国的软件系统建设方面与国外相比还存在很大的差距，直到现在还没有建立起一个自动化、智能化、功能完善的实验综合控制系统。随着ICF研究的进一步发展和新一代装置的建造，我国ICF实验迫切需要建立一套完备的实验控制系统，以提高实验仪器的自动化程度，加强整个实验综合控制和管理能力，从而提高打靶效率。本论文在开发ICF实验控制系统的方法上进行了探索性研究，确立了系统模型和基本架构，建了一个统一的开发环境，用以解决当前ICF实验控制中存在的缺陷。 本文首先简单介绍了ICF实验的概况和国内外ICF实验控制系统的研究现状，指出了目前国内ICF实验领域控制系统存在的差距与缺陷，阐述了开发新控制系统和建立统一开发环境的必要性。 作为一个大型复杂的软件系统，要求具有良好的扩展性、可维护性和很强的生命力，并具有强大的功能。比较好的方法就是提供专门的软件开发框架。ICFRoot是一个基于ROOT，专门为ICF实验而开发的软件框架，目前主要完成实验数据分析处理。作为研究的具体对象，还介绍了ICF实验靶诊断系统。 结合现有的实验物理基础和“神光—Ⅲ”原型系统规划，本文对ICF控制系统进行了详细完整的分析，包括外部环境、系统交互、用户需求以及基本流程，建立了系统交互模型和应用模型。在此基础上，对计算机软件的主流方法和技术(包括面向对象技术、体系结构、模式、组件技术、框架技术、分布式技术等)进行了分析，提出了以软件复用为原则、以体系结构为中心的面向对象的基于组件和框架的软件开发方法，整个开发过程是迭代和增量式的。 为了适应ICF实验不断发展和更大范围的应用的需要，将软件产品线的开发思想应用到设计中，提出了以ROOT为基础，采用CORBA规范的总线式组件体系结构，对框架进行了分析、设计和实现。 最后，为测试框架内部功能和联系，探讨框架用于ICF控制系统开发的能力和适用范围，本文开发了靶诊断控制系统原型。原型系统给出了开发ICF控制系统的通用模式，在开发过程中充分体现了框架的代码复用性和设计复用性。 本论文的主要创新之处在于：
【Abstract】 Experiment Control System (ECS) is a very important part of the diagnosis system for Inertial Confinement Fusion (ICF). Comparing with other countries, our ICF facility lacks of an automatic and intellectualized control system. With the development of ICF research and the building of new facility, a new control system is urgently needed to improve the automatic of the devices, enhance the ability of global control and manage. In this thesis, we studied the method developing a new ICF CCS, gave model and architecture of the developing system, and built up a unified development environment to solve the problems of the previous control system.Firstly this thesis gives a brief outline of ICF experiment and introduces the situation and evident technical gaps of the control system between our country and other countries. Then the problems of our previous ICF control system are discussed, which show that a unified development environment and a new control system are in urgent need.As a large and complex software system, the ICF control system must have the characteristics of good expansibility, maintainability and strong life. A better way is give a special development framework. ICFRoot is such a framework which is based on ROOT and develops for ICF experiment, this framework only finish the DPAS (data processing and analysis system). As the control system which is studied, the target diagnostic system in ICF is introduced.Based on present ICF experiments and plan of the "Shen Guang III" prototype facility, we analyzed requirements of ICF control system in detail and completely. Based on this, we will evaluate all mainstream software technologies and development methodologies (including object-oriented, system architecture, pattern, component, framework technology, distributed computing and other technologies), and propose a reusable, object-oriented, component and framework based software-development method. The total development process is iterative and incremental.In order that the framework could meet the increased requirement of ICF and be used widely in other applications, the Software Product-Line is used in the analysis and design of the control system framework. A component architecture, which is