基于状态图和构件的嵌入式系统软件设计及其可靠性分析

摘要

嵌入式系统已经获得了广泛的应用，但是目前使用的嵌入式软件的开发方法仍旧比较落后。本文提出了一种基于状态图和构件的嵌入式软件开发方法，使用状态图建模来描述系统的动态行为，构建应用程序的框架，而软件功能的具体实现是通过组装构件来完成。并将这种方法运用到控制器局域网(Controller AreaNetwork，CAN)节点的软件实现中，其中构件使用的是飞思卡尔提供的XGATELib构件库中的构件。阐述了一种基于场景的可靠性分析方法，用于分析基于构件的软件可靠性，并将这种方法用于分析前面设计的CAN节点的软件可靠性。
　　 本文首先阐述了状态图和构件在嵌入式软件开发中的应用，包括状态图和构件技术应用在嵌入式软件开发中的原因，UML中的状态图的使用方法以及状态图开发工具VisualSTATE简介。
　　 详细阐述了CAN节点的硬件设计。CAN节点主要包括CAN总线消息的发送和接收模块、用于获取协调世界时(Universal Time Coordinated，UTC)的全球定位系统(Global Position System，GPS)模块和用于显示信息的LCD模块。
　　 使用状态图和构件技术实现了CAN节点的软件系统。CAN节点的软件部分主要实现CAN总线消息的发送和接收、UTC时间的获取、带时间戳的CAN消息的发送和接收、以及必要信息的LCD显示。这些都是通过使用状态图建立模型，在模型指导下组装XGATE Lib中的构件来实现的。
　　 最后阐述了一种基于场景的可靠性分析方法，用于分析基于构件的软件可靠性，并编写程序实现了该可靠性算法。将该可靠性分析方法用于分析之前设计的CAN节点的软件可靠性，并通过实验结论验证该可靠性分析方法的正确性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 状态图和构件在嵌入式软件开发中的应用

1.2 基于构件的嵌入式软件的可靠性

1.3 课题研究的意义和内容

第二章 状态图和构件在嵌入式中的应用概述

2.1 嵌入式系统的定义及特征

2.2 状态图在嵌入式软件开发中的引入

2.2.1 嵌入式软件开发的挑战

2.2.2 状态机和状态图在嵌入式软件开发中的引入

2.3 状态机和状态图的介绍

2.3.1 状态机的介绍

2.3.2 状态图的介绍

2.4 VisualSTATE介绍

2.5 构件技术概述

2.6 小结

第三章 MC9S12X微控制器和XGATE Lib构件库介绍

3.1 微控制器MC9S12XEQ512概述

3.2 MSCAN模块

3.2.1 CAN总线简介

3.2.2 MSCAN模块简介

3.2.3 MSCAN模块的数据传送结构

3.2.4 MSCAN模块的数据接收结构

3.3 XGATE模块

3.4 XGATE Lib构件库

3.5 小结

第四章 CAN节点的设计和实现

4.1 CAN发送和接收模块的设计和实现

4.1.1 CAN发送和接收模块的硬件设计

4.1.2 CAN发送和接收模块的软件实现

4.2 CAN节点中GPS模块的设计和实现

4.2.1 GPS和GPS接收板介绍

4.2.2 UTC时间引入CAN节点

4.2.3 CAN节点中GPS模块的硬件设计

4.2.4 CAN节点中GPS模块的软件实现

4.3 CAN节点中LCD模块的设计和实现

4.3.1 CAN节点中LCD模块的硬件设计

4.3.2 CAN节点中LCD模块的软件实现

4.4 小结

第五章 基于构件技术的嵌入式软件可靠性分析

5.1 基于构件技术的嵌入式软件可靠性分析

5.1.1 场景

5.1.2 构件依赖图

5.1.3 参数估算

5.1.4 构造构件依赖图

5.1.5 软件的可靠性

5.2 CAN节点的软件可靠性分析

5.2.1 CAN节点的软件系统结构

5.2.2 系统的场景

5.2.3 构造构件依赖图

5.2.4 可靠性分析

5.3 小结

第六章 总结和展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢