基于領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z言的數(shù)據(jù)幀解析研究

龍昱程，馬衛(wèi)東

（1.西南科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，四川 綿陽621010；2.中國工程物理研究院 電子工程研究所，四川 綿陽621010）

基于領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z言的數(shù)據(jù)幀解析研究

龍昱程1,2，馬衛(wèi)東2

（1.西南科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，四川 綿陽621010；2.中國工程物理研究院 電子工程研究所，四川 綿陽621010）

測控系統(tǒng)中存在著大量的通信協(xié)議和二進制數(shù)據(jù)，不同的協(xié)議使用不同的數(shù)據(jù)幀格式，為了能夠有效地判斷數(shù)據(jù)的正確性，需要對數(shù)據(jù)幀進行解析。討論了使用領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z言的方法實現(xiàn)定制不同的數(shù)據(jù)幀解析策略，使數(shù)據(jù)幀的解析和處理具有通用性和擴展性。

領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z言；數(shù)據(jù)幀；詞法分析；語法分析

隨著測控系統(tǒng)及測控設(shè)備的迅速發(fā)展，測控領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也越來越廣，與此同時，測控系統(tǒng)里存在著大量的通信協(xié)議和測控數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于判斷設(shè)備是否正常，以及分析各種異?，F(xiàn)象有著重要作用。

在測控系統(tǒng)中，上位機與下位機之間通信，不同的通信協(xié)議使用不同的數(shù)據(jù)幀格式，在產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量較大時，會對數(shù)據(jù)幀的正確讀取造成障礙。軟件工程師在進行上層應(yīng)用開發(fā)時，通常需要對協(xié)議進行解析，從中提取出所需數(shù)據(jù)項的值，并進行相應(yīng)處理，這就要求設(shè)計實現(xiàn)特定的通信接口。而設(shè)計這些通信接口程序，結(jié)構(gòu)上經(jīng)常非常類似，主要的區(qū)別在于對接收數(shù)據(jù)幀之后的解釋和理解不同。這往往容易造成整個測控系統(tǒng)的冗余和復(fù)雜。而且不利于排查數(shù)據(jù)中的錯誤信息。

針對以上問題定義了一種領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z言[1-2]（Domain Specific Language）——dpDSL，應(yīng)用于數(shù)據(jù)幀的解析與處理。領(lǐng)域?qū)I(yè)語言為數(shù)據(jù)幀解析提出了一種靈活、適應(yīng)性強且擴展性良好的解決方法[3-4]。

1 總體方案

數(shù)據(jù)幀解析的總體設(shè)計方案如圖1所示，總體的解析流程分為前端和后端兩部分。

圖1 數(shù)據(jù)幀解析流程Fig.1 Process of data frame analysising

前端主要負責(zé)以下工作：用戶根據(jù)不同測控系統(tǒng)所采用通信協(xié)議的不同，編寫相應(yīng)的dpDSL腳本，對數(shù)據(jù)幀格式和數(shù)據(jù)判讀方法進行描述。

后端主要負責(zé)：從文件里提取數(shù)據(jù)幀，并以二進制流的方式存入內(nèi)存中，根據(jù)前端送來的dpDSL腳本信息，對數(shù)據(jù)幀進行解析識別，提取出數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)判讀信息，對數(shù)據(jù)幀里的數(shù)據(jù)進行判讀，并返回幀解析和數(shù)據(jù)判讀的結(jié)果。

2 腳本解釋器

dpDSL是用于描述測控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)幀解析策略的領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z言。dpDSL采用于擴展巴科斯范式描述語法規(guī)則。dpDSL語法定義如下：

dpDSL腳本解釋器要完成以下任務(wù)：

1)對用戶輸入的dpDSL腳本進行分析

2)將dpDSL描述的數(shù)據(jù)幀格式信息和數(shù)據(jù)判讀方法提取出來。

dpDSL腳本解釋器的軟件結(jié)構(gòu)包括詞法分析模塊和語法分析模塊，首先加載腳本進行詞法分析，然后進行語法分析，如圖2所示。

圖2 dpDSL腳本解釋器的結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of dpDSL script interpreter

詞法分析是dpDSL解釋器的第一個階段[10]，詞法分析階段的主要任務(wù)是將源程序讀作字符文件并將其分為若干個記號，記號與單詞類似[5-6]。如果遇到無法識別的符號，則需要進行錯誤處理。

語法分析階段的任務(wù)包括：構(gòu)件符號表、記錄聲明中建立的名字的含義、在表達式和語句中進行類型推斷和類型檢查以及在語言的類型規(guī)則作用域內(nèi)判斷他們的正確性[7]，識別dpDSL腳本程序中的語法成分并進行語法檢查。dpDSL解釋器設(shè)計了基于正則表達式的語法分析方法。正則表達式是描述字符串文法規(guī)則的一種方法，設(shè)計的規(guī)則可以作為模板，用來檢查相關(guān)字符串是否與此模板匹配[8-9]。正則表達式是由元字符和普通字符組成，元字符可以用來描述模板的構(gòu)成規(guī)則，普通字符可為字符串的基本字符。使用正則表達式進行dpDSL腳本程序的語法分析，需要經(jīng)過3個過程：正則表達式定義、初始化和匹配。在處理正則表達式的過程中，選擇使用Qt的正則表達式庫。

dpDSL腳本解釋器的軟件流程圖如圖3所示。

圖3 dpDSL解釋器Fig.3 Interpreter of dpDSL

解釋器工作過程中，經(jīng)常要使用和收集出現(xiàn)在源程序中的各種信息，為了方便起見，常常用表格記錄這些信息，如標識符表、關(guān)鍵字表、和常量表等，這些都統(tǒng)稱為符號表。本文設(shè)計的解釋器在語義分析階段生成符號表，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：

3 數(shù)據(jù)幀處理器

腳本解釋器對需要解析的數(shù)據(jù)文件進行讀取，存入內(nèi)存當(dāng)中，并提取dpDSL對用戶輸入腳本的解析結(jié)果，通過對比內(nèi)存中每個數(shù)據(jù)幀與腳本解析得出的數(shù)據(jù)幀格式信息，可以判斷數(shù)據(jù)文件中每個數(shù)據(jù)幀的正確性，數(shù)據(jù)幀處理器的軟件流程圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)幀處理器Fig.4 Data frame processor

4 實驗應(yīng)用

4.1 實驗?zāi)繕?/p>

dpDSL為數(shù)據(jù)幀解析提供了一種規(guī)則描述策略，實驗主要考慮兩個方面的指標：一是dpDSL能否準確描述數(shù)據(jù)幀格式；二是dpDSL腳本能否被正確識別，并完成數(shù)據(jù)幀提取。

4.2 實驗環(huán)境

軟件環(huán)境：Windows7操作系統(tǒng)以及Qt4.7.4。

硬件環(huán)境：1臺計算機，基本配置為Intel Core2 i5 CPU 2.40GHz，內(nèi)存為2G。

4.3 實驗數(shù)據(jù)

目前，有9幀數(shù)據(jù)，每3幀使用一種數(shù)據(jù)幀格式，共三種數(shù)據(jù)幀，如表1所示。

dpDSL的腳本編寫如下：

表1 數(shù)據(jù)幀格式Tab.1 Data-frame format

4.4 實驗結(jié)果分析

實驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 實驗結(jié)果Fig.5 Experimental result

通過以上實驗可以得出以下結(jié)論：

1)dpDSL腳本可以準確的描述數(shù)據(jù)幀格式。

2)dpDSL腳本可以被正確的解析,并準確的識別數(shù)據(jù)幀。

5 結(jié)論

本文提出了基于領(lǐng)域?qū)I(yè)語言的數(shù)據(jù)幀解析和處理方法。將協(xié)議的解析和處理與協(xié)議的描述分離開來，建立了一種具有普適性的、與數(shù)據(jù)幀格式無關(guān)的協(xié)議解析與處理方法。領(lǐng)域?qū)I(yè)語言正是一種能夠?qū)Ω鞣N協(xié)議進行描述的手段，對不同的通信協(xié)議，只需編寫其相應(yīng)的dpDSL腳本，并進行詞法分析和語法分析，就能夠不改變協(xié)議解析和處理的程序，對該協(xié)議進行解析和處理。并且經(jīng)過簡單地培訓(xùn)，普通用戶也可以方便地使用dpDSL進行腳本編寫，從而減輕了研發(fā)人員的對整個應(yīng)用程序的維護，使本方法具備良好的可通用性和可擴展性。

[1]Fowler M.領(lǐng)域特定語言[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[2]趙衛(wèi)東,劉永紅.一種領(lǐng)域特定語言的研究與實現(xiàn) [J].成都大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2013(2):142-144.ZHAO Wei-dong,LIU Yong-hong.Research and implementation of domain specific language[J].Journal of Chengdu University：Natural Science,2013(2):142-144.

[3]周艷明.基于領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z言的應(yīng)用軟件自動生成[J].計算機工程與應(yīng)用,2003(10)：124-127.ZHOU Yan-ming.Auto generating application software based on domain specific language[J].Computer Engineering and Applications,2003(10):124-127.

[4]鄧偉.基于Drools的領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z言應(yīng)用研究 [J].電腦開發(fā)與應(yīng)用,2012,25(2)：8-11.DENG Wei.Research on domain specific language based on drools[J].Computer Development&Applications,2012,25(2)：8-11.

[5]胡海濤,劉穎.一種基于DSL的服務(wù)組合語言[J].計算機工程,2011(9):107-109.HU Hai-tao,LIU Yin.Service composition language based on DSL[J].Computer Engineering,2011(9):107-109.

[6鄭炳坤,葉峰.工業(yè)機器人語言的詞法語法分析器研究[J].機械設(shè)計與制造,2014(1)：209-212.ZHENG Bing-kun,YE Feng,et al.Study on the lexical and syntactic analyzer for industrial robot language[J].Machinery Design&Manufacture,2014(1)：209-212.

[7]Knneth C.Louden.編譯原理及實踐[M].北京：機械工業(yè)出版社,2009.

[8]李曉帆,趙恒永.協(xié)議制導(dǎo)的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)提取技術(shù) [J].計算機工程與應(yīng)用,2003(25):144-145.LI Xiao-fan,ZHAO Huan-yong.A protocol driven communication technology[J].Computer Engneering and Applcations, 2003(25):144-145.

[9]董立,尤楓,趙恒永.基于用戶定制的數(shù)據(jù)幀處理技術(shù)[J].計算機工程與設(shè)計,2007(12):3003-3005.DONG Li,YOU Feng,ZHAO Huan-yong.Technology of dataframe processing based on user's customization[J].Computer Engineering and Design,2007(12):3003-3005.

[10]Headrick W J,Davis T W,Bodkin M A,et al.Signal Based Domain Specific Language (SBDSL)a proposal for a next generation test[C]//AUTOTESTCON,2011 IEEE.IEEE, 2011:240-244.

Research on data-frame analysis based on domain specific language

LONG Yu-cheng1,2,MA Wei-dong2
（1.School of Information Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China；2.Institute of Electronic Engineering，China Academy of Engineering Physics，Mianyang 621010，China）

There are lots of communication protocols and binary data in measurement and control system.Different protocols use different data-frame.In order to judge the accuracy of the data effectively,we need to parse the data-frame.We use domain-specific language to describe data-frame and design a domain specific language for user to coding and they can custom their own strategy.This implementation can avoid coding parse and process program for different data-frame format separately,and make the program more flexible and adaptable.

domain specific language;data-frame;lexical analysis；parsing

TN91

A

1674－6236（2015）10-0130-03

2014-09-15 稿件編號：201409119

中國工程物理研究院發(fā)展基金（2013B0403064）

龍昱程(1990—)，男，湖南衡陽人，碩士研究生。研究方向：信號與信息處理。