基于AADL的车用嵌入式实时系统建模方法研究

摘要

随着汽车电子化程度的提高，车内电子控制单元数量逐渐增加，系统设计难度不断提高。而传统的汽车电子软件开发方法难以控制系统设计的复杂度，不利于节约开发成本和时间。所以，基于模型的车用嵌入式实时系统开发方法被提出，其设计的灵活性和验证的及时性有效降低了设计复杂度，成为研究的热点。
　　基于模型的开发方法的主体是对系统进行建模，而建模语言AADL能够形式化描述系统架构，充分表达模型的行为规约，为基于模型的车用嵌入式实时系统建模提供优质设计方法。本论文在基于模型的开发方法研究基础上，采用AADL建模语言，结合系统级设计方法，设计了兼容OSEK/VDX的车用嵌入式实时系统模型，并提出了基于AADL的模型架构验证和行为验证方法。本文的主要工作如下：
　　首先，针对车用嵌入式系统强实时、高可靠等特点，分析了传统嵌入式系统开发方法的不足，并阐述了基于模型的系统开发方法对车用嵌入式实时系统进行设计的优势。通过综合比较若干建模语言并结合汽车电子系统的特点，分析了AADL对汽车电子系统建模的可行性与优势。
　　为提高车用嵌入式实时系统设计的正确性和灵活性，结合目前汽车电子领域的标准规范OSEK/VDX进行系统开发需求分析，从软件平台、硬件平台、交互行为和执行行为四个方面制定系统架构和行为规约。在需求分析的基础上，提出了基于AADL的车用嵌入式实时系统建模方案。
　　根据建模方案，利用AADL组件建模方法，分别对系统的应用软件架构、硬件平台架构、交互行为和执行行为进行建模设计。设计了车用嵌入式系统中的主要实体：任务和中断处理程序模型；建立了兼容OSEK/VDX标准的系统实时调度、中断处理、资源同步、事件管理、系统服务功能到AADL组件模型的映射；完成了硬件平台的抽象。提出了基于AADL的模型架构和行为验证方法。
　　最后，依据基于AADL的车用嵌入式实时系统设计建模方法，对汽车巡航控制系统进行了系统级模型设计。通过对架构和行为模型的功能属性、非功能约束和实时性能验证，证明了建模方法的正确性。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 本文研究内容

1.4 本文主要工作

1.5 本文组织结构

第2章 基础理论与相关研究

2.1 基于模型的开发方法

2.1.1 建模与验证

2.1.2 转换与集成

2.1.3 建模语言研究

2.2 AADL语言

2.2.1 AADL核心建模元素

2.2.2 AADL建模方法

2.2.3 局部设计与实时描述

2.2.4 AADL工具集

2.2.5 AADL研究现状

2.3 OSEK/VDX规范

2.3.1 OSEK/VDX体系结构

2.3.2 OSEK OS规范

2.3.3 OSEK/VDX应用现状

2.4 小结

第3章 车用嵌入式实时系统建模需求

3.1 系统级模型设计方法分析

3.1.1 VSP建模原理

3.1.2 车用嵌入式实时系统VSP设计

3.2 兼容OSEK/VDX的系统级建模需求

3.2.1 架构级建模需求

3.2.2 行为级建模需求

3.3 基于AADL的建模方案

3.3.1 建模原理分析

3.3.2 AADL建模方案

3.4 小结

第4章 车用嵌入式实时系统建模方法

4.1 基于AADL的硬件架构模型设计

4.1.1 硬件层设计

4.1.2 通信设计

4.2 基于AADL的软件架构模型设计

4.2.1 任务模型设计

4.2.2 中断服务程序模型设计

4.3 基于AADL的交互行为模型设计

4.3.1 优先级天花板协议

4.3.2 基于端口的通信

4.4 基于AADL的执行行为模型设计

4.4.1 实时调度

4.4.2 中断处理

4.4.3 系统服务

4.5 基于AADL的模型验证方法

4.5.1 架构验证方法

4.5.2 期望流验证方法

4.5.3 实时调度行为验证方法

4.6 小结

第5章 车用嵌入式实时系统建模实例与验证

5.1 CCS系统简介

5.2 实验平台及验证工具

5.3 基于AADL的CCS系统设计

5.3.1 建模需求分析

5.3.2 CCS模型设计

5.4 架构及行为验证

5.4.1 架构验证

5.4.2 端到端的流验证

5.4.3 实时调度行为验证

5.5 小结

结 论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文及参与的科研项目

致谢