基于POOSL的系统级建模及性能分析研究

摘要

嵌入式系统设计面临着系统复杂性的不断增加以及设计周期的逐渐缩短等问题的挑战,这类挑战来自于设计初期模糊的设计参数及非功能性需求(低成本、低功耗等)的不断增加等。传统的嵌入式系统设计方法仅凭个人经验取舍,无法保证产品设计的正确性及合理性,不能适应嵌入式系统日趋复杂的需要。系统级设计方法在嵌入式系统的软/硬件实现之前,通过建立系统的可执行模型,定性和定量地分析系统的性能,对系统的需求及规格说明进行有效的评估,从而确定最初设计方案的可行性,并及时发现设计错误,避免了设计过程的反复,降低了开发成本。 系统级设计方法的核心是系统级建模及性能分析,面向对象的形式化建模语言(Parallel Object-Oriented Specification Language,POOSL)是荷兰爱因霍芬(Eindhoven)大学研究和设计的专门针对复杂实时软/硬件系统开发而设计的,基于严密的数学语义,能精确地描述系统的并发性、分布性、时间、通讯和功能特性,已经被证明是一种非常高效的分析和评估工业级复杂系统的建模语言。本文以POOSL作为系统级建模语言,通过实例分析,研究复杂嵌入式系统的系统级建模及性能分析方法。 本文针对复杂嵌入式系统的特点,从系统级设计流程、系统级建模的指导原则和方法、性能分析的数学技术和POOSL性能分析库的扩展、工业级实例的系统级建模和性能分析4个方面进行研究,形成了一套复杂嵌入式系统的系统级建模及性能分析方法。 (1)详细分析了基于POOSL的系统级设计方法-SHE(Soffware/Hardware Engineering)方法,针对复杂嵌入式系统的特点对其设计流程进行了改进,提出了复杂嵌入式系统的系统级设计流程。在此基础上,提出了基于POOSL的系统级建模方法(POOSL-Based Hierarchy Modeling Methods,PB-HMM),包括层次化建模、

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景

1.2研究意义

1.3主要研究内容

1.4创新性工作

1.5本文结构

第2章系统级建模技术的相关研究

2.1常用建模语言的比较

2.2常用系统级设计工具的比较

2.2.1国外研究现状

2.2.2国内研究现状

2.3本章小结

第3章基于POOSL的系统级建模方法-PB-HMM

3.1问题描述

3.1.1形式化建模语言和工具

3.1.2系统级设计流程

3.1.3系统级建模方法

3.1.4性能分析技术

3.1.5研究重点

3.2 POOSL语言及其建模工具

3.2.1 POOSL语言

3.2.2建模工具SHESim和Rotalumis

3.3复杂嵌入式系统的系统级设计流程

3.3.1 SHE方法

3.3.2复杂嵌入式系统的系统级设计流程

3.4复杂嵌入式系统的系统级建模方法-PB-HMM

3.4.1层次化建模

3.4.2"Top-Down"的建模方法

3.4.3面向对象建模技术

3.4.4基于Y-Chart的资源建模方法

3.5本章小结

第4章建模模式及构件式建模方法

4.1问题描述

4.2系统级通用建模模式

4.2.1模式1-数据抽象

4.2.2模式2-信号原语抽象

4.2.3模式3-异步并发事件的处理

4.2.4模式4-通讯机制的实现

4.2.5模式5-行为模型扩展为性能分析模型

4.2.6模式6-参数化实例结构

4.3构件式建模方法

4.3.1典型硬件构件模型

4.3.2典型软件构件模型

4.4本章小结

第5章基于POOSL的性能分析技术

5.1问题描述

5.2 POOSL性能分析框架

5.3长期样本均值性能指标的计算

5.4 POOSL性能分析库的扩展

5.4.1常用概率分布类

5.4.2置信区间类

5.4.3长期样本均值类

5.5滑动窗口协议的POOSL建模

5.5.1选择重传滑动窗口协议的概念模型

5.5.2选择重传滑动窗口协议的POOSL模型

5.6模型验证

5.7性能分析

5.8本章小结

第6章工业级实例研究

6.1建模场景

6.2系统需求分析

6.3 IEEE802.11 MAC协议

6.3.1基本特点

6.3.2 DCF的接入模式

6.3.3 MAC层的功能模块

6.3.4 IEEE802.11b协议帧格式

6.4 IEEE802.11协议栈的建模

6.4.1体系结构抽象

6.4.2核心模块的状态图描述

6.4.3顺序图描述

6.4.4类的抽象与设计

6.4.5无线信道的仿真

6.5模型验证

6.5.1行为验证

6.5.2理论值验证

6.6性能分析

6.6.1测试的系统性能指标

6.6.2 Ad hoc网络中协议性能分析

6.7无线AP系统的建模及性能分析

6.7.1无线AP的功能和结构

6.7.2无线AP的抽象与建模

6.7.3性能分析

6.8结果分析

6.9本章小结

结论

主要研究成果

下一步工作

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢