统一建模语言（UML）实时扩展

摘要

该文首先简要介绍了实时系统的定义、特征和UML语言的特点,并分析了用UML语言设计分析实时系统的必要性、可行性和局限性.指出应该对UML进行适当的扩展,使得UML成为设计分析实时系统有力的工具.文章从两方面对实时系统进行分析:总体资源模型和调度模型.总体资源模型又进一步分为资源模型、时间模型和并发模型三个子模块.作为总体资源模型的核心部分,资源模型介绍了用UML描述实时系统中资源、资源服务、服务质量(Qos)的方法.时间模型讨论适合实时软件系统建模的时间及时间相关机制的总体架构,为性能分析建立了定量分析的标准.并发模型以并发单元为主体,描述了进程并发以及解决并发时的表示方法.对于并发的服务要求,资源可能提供立即的、或延迟的服务;对于服务的调用也可能是同步调用、或异步调用.调度模型则介绍了如何用UML进行实时系统的调度分析.文章先讨论了如何运用调度理论进行性能分析,然后给出了一个描述实时调度模型的架构.文章在分析过程中举了两个例子:遥测数据收集器和测速器.前者是为了直观地介绍分析中建立的构造型的使用方法;后者借鉴了Esterel语言的一些编程思想进行调度分析.最后,该文简要叙述了如何应用UML语言的设计方法和步骤,去设计一个心脏起搏器系统.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1实时系统简述

1.2实时系统的分析与设计

1.3实时系统的设计方法的发展及现状

1.4UML实时应用的可行性

1.5本课题研究概述

第二章 实时资源模型

2.1核心资源模型

2.2使用模型

2.2.1驱动模型

2.2.2静态使用模型

2.2.3动态使用模型

2.3资源类型

2.4资源管理包

2.5实现模型

2.5.1细化的实现

2.5.2部署的实现

2.6关于实时资源模型的UML扩展

2.8运用实时资源模型构造型的两个例子

2.8.1编码与部署

2.8.2温度采样

第三章 时间模型

3.1基本时间模型

3.1.1物理时间、物理瞬间及时长

3.1.2时间值

3.1.3时间间隔

3.2时间机制模型

3.2.1时钟

3.2.2计时器

3.3时间事件模型

3.3.1时间事件

3.3.2时间活动

3.3.3时间刺激

3.3.4时钟中断

3.4时间服务模型

3.5增加了时间标记的顺序图

第四章 并发模型

4.1并发模型

4.1.1活动

4.1.2并发单元

4.1.3立即/延迟服务

4.1.4同步/异步调用

4.2建模实例

第五章 实时系统的性能分析

5.1实时调度理论

5.1.1使用率上限定理(Utilization Bound Theorem)

5.1.2完成时间定理(Completion Time Theorem)

5.1.3完成时间定理的数学公式

5.1.3对周期和非周期任务的调度

5.1.4对同步任务的调度

5.2进一步的实时调度理论

5.2.1优先级转置

5.2.2泛化的使用率上限定理(Generalized Utilization Bound Theorem)

5.2.3实时调度和设计

5.3应用泛化的实时调度理论的示例

第六章 调度模型

6.1 有关调度的一些基本概念

6.2调度分析的类型

6.2.1静态调度及相关分析

6.2.2动态调度----最早期限优先分析，基于值的调度算法

6.3 调度模型结构

6.3.1活动

6.3.2运行引擎

6.3.3实时环境

6.3.4应答

6.3.5调度(抽象)

6.4.6调度者

6.3.7调度任务(抽象)

6.3.8调度策略

6.3.9资源

6.3.10可调度资源

6.3.11触发器

6.4有关Esterel语言

6.4.1 Esterel语言的模块化结构(Module)

6.4.2 Esterel语言的信号机制(Signual)

6.4.3 Esterel语言的变量(Varible)

6.4.4表达式(Expression)

6.4.5语句(Statement)

6.5建模实例

6.5.1遥感勘测系统

6.5.2测速器

第七章 应用UML的实时扩展分析心脏起搏器系统

7.1问题陈述

7.2系统用况图

7.3起搏器类图

7.4起搏器的行为分析

7.4.1通信子系统

7.4.2搏动子系统

结束语

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

独创性声明

致谢