基于模型驱动的嵌入式控制软件开发中的模型转换方法研究

摘要

汽车电子控制技术的应用带来了汽车制造技术的重大变革，汽车电子控制软件成为汽车产品的核心组成部分，其功能需求日益复杂。但汽车电子控制软件的传统开发方法却存在无法面向汽车领域的问题描述，缺乏有效的软件正确性验证以及缺乏自动生成高质量的代码等问题。基于模型驱动(Model Driven Architecture，MDA)的开发方法是通过对软件系统的建模行为来驱动软件系统的开发，能有效地解决软件中的重用性，软件测试，自动代码生成等方面的难题。基于MDA的嵌入式控制软件开发涉及到控制领域建模和计算机软件领域建模，而控制模型常用simulink来构建，基于MDA开发中的PIM(Platform-Independent Model)却是用UML(UnifiedModeling Language)来描述的，如何把simulink模型集成到用UML构建的PIM中以构建目标系统完整的PIM，这是成功运用MDA思想开发嵌入式控制软件的关键问题。
　　 为了解决simulink模型到UML模型的转换问题，本文首先对模型驱动方法、基于模型驱动的嵌入式控制软件开发、UML建模机制、simulink建模机制以及目前主流的模型转换技术进行了研究分析。在此基础上，本文利用范畴论和代数规范理论分别对UML的静态结构视图--类图、UML动态行为结构视图--活动图、simulink模型的静态结构特性以及simulink模型的动态行为特性进行了形式化描述，并在形式化描述基础上建立了simulink模型到UML类图的映射关系以及simulink模型到UML活动图的映射关系。所建立的转换规则能保证转换一致性和语义一致性，并且转换规则具有很好的重用性。
　　 根据上述方法设计的simulink模型到UML模型的转换规则，本文设计和实现了simulink模型到UML模型转换工具SToU的原型，包括SToU的需求分析、SToU的系统结构、SToU各子系统的详细设计和实现。
　　 最后，本文以电子节气门控制系统作为应用对象来验证本文设计的转换规则和转换工具SToU的有效性。从应用结果看，转换结果是有效的，可以实现预定的功能，并且有利于MDA开发方法在嵌入式控制软件开发中的应用。