基于体系结构分析设计语言的实时系统模型开发平台应用研究

摘要

传统的嵌入式软件开发过程，大多数是基于代码传统的嵌入式开发环境。这样缺乏对整个系统的体系结构的精确预算。虽然单个功能模块的非功能属性相对容易实现，但是在系统集成后如何满足整个系统的非功能属性对于开发人员是一个巨大的挑战[1]。要解决这些问题，应该发展基于模型的嵌入式开发环境[2]。在引入模型技术后，开发从代码层次上升到模型层次。但是要真正使用模型层次的开发，不是简单的使用模型工具。必须把模型工具和原来的传统开发工具以及应用领域相关的工具有机结合起来，形成一个基于模型面向领域的嵌入式软件开发环境。 国内目前这方面还处于初步应用阶段。对于模型工具的集成化研究处于起步阶段。国外对这方面进行了较多的研究，比较典型的有Universal Space Lines LLC(USL)公司的DOS[3]飞控集成开发平台，以及欧盟开展的SafeAir项目ASDE[4]。IDOS将飞控系统的计划、设计和验证工具集成到了一个统一的环境下，使用户可以定义飞行器的配置和任务轨道；根据标准和分散的参数执行非实时飞行仿真；评估飞行器配置的性能；评估飞行器在不同任务下的性能；进行蒙特卡罗分析；开发和分析制导、导航与控制算法和软件；生成源代码；在类似飞控硬件上实时执行以验证飞控软件；图形化的分析仿真和/或过去的飞行数据。IDOS主要是通过Simulink[5]进行建模。ASDE是用于开发高可靠嵌入式系统的开发环境，涉及嵌入式系统的软件开发的设计、仿真、验证、确认、代码自动生成等过程，主要定义了环境中可以采用的工具集和应该采用的过程方法，其中ASDE的建模工具集成了Mathworks公司的Simulink，TNI--Valiosys集团的Sildex和EsterelTechnologies公司的SCADE。 从国内的情况来看，不少院校和研究所都在开展建模方面的研究工作，但尚未形成一个完整的建模、仿真、验证、代码生成、测试等嵌入式软件开发环境。针对上述问题，我们开发了嵌入式软件开发环境原型LambdaMDE1,0。 LambdaMDE在LambdaPro的基础上集成OSATE和Simulink模型开发工具和其他相关工具，包含了建模、仿真验证、代码生成、测试等嵌入式软件开发的全过程[6]。LambdaMDE符合嵌入式软件开发工具发展趋势，也具备相应的理论、技术和产品基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1课题简介

1.2国内外发展现状与趋势

1.2.1嵌入式软件建模及其发展历程

1.2.2基于模型的验证技术及其研究历程

1.3课题主要研究内容

1.3.1主要研究内容

1.3.2拟解决的技术难点

1.3.3预期达到的目标

1.3.4主要技术指标

1.4论文综述

1.5论文结构

第二章 相关技术分析

2.1模型级开发的相关技术

2.1.1模型驱动体系架构MDA

2.1.2航空标准：体系结构分析设计语言(AADL)

2.1.3 AADL语言的相关分析

2.1.4 OSATE工具的相关分析

2.2嵌入式开发的相关技术

2.2.1嵌入式实时操作系统

2.2.2 LambdaPro集成开发环境

2.2.3基于Matlab/Simulink环境的系统开发模式

2.3本章小结

第三章 总体设计

3.1嵌入式软件开发现状

3.2系统模型

3.2.1系统结构

3.2.2系统用况分析

3.2.3系统实现功能目标

3.3本章小结

第四章 UcaG代码生成模块的设计与实现

4.1 UcaG的总体设计

4.1.1设计要点

4.1.2模块结构

4.1.3系统运行说明

4.2子模块的设计与实现

4.2.1模型解析模块的设计与实现

4.2.2规则应用模块设计与实现

4.3用户界面

4.4 UcaG代码生成工具的展望

4.5本章小结

第五章 UcaS调度分析模块的简介

5.1 UcaS的总体设计

5.1.1软件体系结构和设计原理

5.1.2系统状态和模式

5.1.3系统运行说明

5.2各模块简介

5.2.1数据采集模块

5.2.2调度分析模块

5.2.3系统仿真模块

5.2.4.事件产生模块

5.3本章小结

第六章LambdaMDE开发环境的实现

6.1开发方式

6.2技术方案

6.3各个功能模块的实现

6.3.1 LambdaMDE工程模块的实现

6.3.2 OSATE模块的实现

6.3.3 Simulink模块的实现

6.3.4 MATE测试模块的实现

6.3.5同步调试模块的实现

6.4LambdaMDE插件工程打包生成Eclipse产品

6.5本章小结

第七章 测试

7.1测试模型

7.2各个模块的基本功能测试

7.2.1 LambdaMDE工程模块功能测试

7.2.2 OSATE模块功能测试

7.2.3 Simulink模块功能测试

7.2.4 MATE测试模块功能测试

7.2.5同步调试模块的功能测试

7.3功能测试结果

7.4性能测试结果

7.5测试总结

7.5.1功能测试结果分析

7.5.2性能测试结果分析

7.5.3开发环境测试结果分析

第八章 总结

8.1课题总结

8.2课题特点

8.2.1本课题的主要创新点

8.2.2本课题的具体特点

8.3不足与展望

8.3.1不足

8.3.2后续工作

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果