基于场景构件式实时软件设计的一致性检验

在复杂的实时软件系统中使用构件式设计方法,已成为目前软件工程中的研究热点.如何有效地验证实时软件的设计是否满足给定的时间规约,是实时计算领域中的主要挑战之一.通过在接口自动机模型中添加时间区间标记,来扩展其对实时系统接口行为的表达能力;使用实时接口自动机网络来描述实时软件系统的构件式设计模型;使用带布尔不等式时间约束的UML顺序图表示基于场景的需求规约,对系统设计阶段实时软件构件的动态行为进行形式化分析与检验.通过对实时接口自动机网络状态空间的分析,构造了其可兼容的整型状态等价类空间的可达图,并在此基础上给出了验证算法,以检验构件式实时软件系统的设计与带时间约束的场景式规约之间的一致性.     

T-CBESD:一个构件化嵌入式软件设计模型验证工具

现代复杂嵌入式软件系统的高可靠性需要有效的基于模型的设计与分析技术.传统的嵌入式软件可靠性保障技术主要关注于系统开发后期.本文在Eclipse平台上设计并实现了一个基于接口自动机模型的构件化嵌入式软件设计的形式化验证原型工具T-CBESD(Tool for Component-Based Embedded Software Designs).工具直接使用UML顺序图模型作为系统规约,可以检验系统设计模型与场景式规约之间多种行为一致性问题;并使用消息事件的时间约束不等式,检验实时接口自动机网络与带时间约束的顺序图模型之间的实时行为一致性问题.工具设计与实现内容包括:输入输出接口、顺序图模型的预处理转换、状态空间数据结构设计、抽象验证算法的实现以及通信构件组合系统的实例应用分析.     

构件化嵌入式软件设计模型非功能性质验证的工具实现

嵌入式软件的非功能性质是系统高可靠性的重要构成部分.传统的嵌入式软件可靠性保障技术主要关注于系统开发后期,缺乏有效工具对系统设计的非功能性质进行分析与验证.对基于接口自动机模型的构件化嵌入式软件设计验证原型工具T-CBESD(Tool for Component-based Embedded Software Designs)进行了资源及能耗等非功能性质验证功能的扩展设计与实现,包括:资源接口自动机和能耗接口自动机模型的输入输出接口设计、UML顺序图模型的预处理、带非功能语义信息的组合系统状态空间数据结构的设计、非实时资源使用性质与实时相关能量消耗特征验证算法的实现,以及一个通信构件组合系统的实例应用分析.     

基于自动机的构件实时交互行为的形式化模型

采用形式化方法对复杂实时构件系统交互行为进行描述和验证,对于提高系统的正确性、可靠性等可信性质具有重要意义.分析了基于进程代数和自动机的构件交互行为形式化建模方法各自的优缺点,在此基础上提出了基于时间构件交互自动机的建模方法,给出了时间构件交互自动机的相关定义、组合和验证算法.时间构件交互自动机引入了时间限制、时间代价、时间代价计算半环、构件组合层次等概念,既能够描述构件交互情况,又能够清楚地表示出构件系统的体系结构信息和实时信息,便于对系统进行描述和验证.最后,结合具体应用给出了应用示例.     

基于MDE的AADL构件组合兼容的方法

实时嵌入式系统建模语言—体系结构分析与设计语言AADL是一种基于组件的半形式化建模语言,当AADL构件模型进行组合时,因为一些交互活动的序列不匹配从而导致构件组合行为不兼容,提出了一种基于模型驱动方法 MDE的AADL构件组合兼容方法。利用MDE异构模型转换框架将AADL模型转换至接口自动机IA,利用形式化方法验证IA的兼容性,使用IA Tool构建IA模型的构件兼容运行环境,将构造的环境映射到AADL组件,能够解决AADL构件组合的行为兼容性问题。     

构件组合的一致性验证和冗余行为去除

构件组合的一致性验证和冗余行为的去除是基于构件的软件开发领域的重要问题。基于此,通过把组合接口自动机看作从初始状态出发,经过由2个构件的交替动作重新回到初始状态的过程,用更直观的方法表示构件组合中的非法状态。以场景规范的形式化方法为基础,利用接口自动机的过程性质给出构件组合的一致性检查的算法及去除冗余行为的方法。     

时间行为协议状态空间约减算法

对复杂时间行为协议状态进行约减对于缓解形式化验证的状态空间爆炸问题,提高验证工具系统的效率、实用性等具有重要意义。分析了实时构件组合的几种形态,对基于时间行为协议的组合理论和状态空间爆炸问题进行了讨论,给出了时间行为协议的状态空间约减算法并进行了分析,给出了示例。     

接口自动机--一种用于组件组合的形式系统

接口自动机是描述基于组件系统中组件及组件间交互行为的形式化工具。接口自动机在处理组件组合问题时所使用的“乐观方法”和博弈思想是区别于其它形式化工具的关键点。本文对接口自动机、时间接口自动机和资源接口及其中的博弈思想进行综述。在同其它形式化方法比较的基础上,指出了接口自动机的长处和局限。文中总结了接口自动机在理论上和实际中的意义并对其应用前景做了展望。     

基于场景规约的构件式系统设计分析与验证

使用接口自动机及接口自动机网络来描述构件式系统的行为设计模型,使用UML顺序图表示基于场景的需求规约,对系统设计阶段的构件交互行为的动态兼容性进行形式化分析和检验.通过对接口自动机网络状态空间的分析,给出了一系列算法以检验系统行为的存在一致性以及几种不同形式的强制一致性性质,包括前向强制一致性、逆向强制一致性以及双向强制一致性等.     

基于接口自动机的Web应用验证

Web应用的快速发展及其一些异于传统程序的特点使Web应用的验证面临了新的挑战。使用接口自动机对Web应用的构件和构件组合进行行为建模,设计了接口自动机到模型检验器Spin程序的转换算法,然后利用Spin检验Web应用的性质,通过一个简单的网上银行示例说明了整个验证过程。     

基于时间自动机的信息物理融合系统建模与验证

信息物理融合系统的建模和验证是当前研究的一个热点。本文通过分析信息物理融合系统的体系结构,利用时间自动机为建模工具,将该结构中的各个组件分别进行建模,以表现它们的分布性和实时性。这些时间自动机组成一个网络模型,用于刻划整个系统之间的并发通信和协作过程。最后,提出一组该系统要满足的性质(包括时间约束),运用模型检测工具UPPAAL自动验证本系统的正确性。     

异步多进程时间自动机的可覆盖性问题

已有的实时系统模型无法动态创建新进程.为此,基于时间自动机模型,提出了异步多进程时间自动机模型,将每个进程抽象为进程时间自动机,其部分状态能触发新的进程.考虑到队列会导致模型图灵完备,进程都被缓存在集合中,但仍可建模许多实时系统.通过将其编码到可读边时间Petri网,证明了该模型的可覆盖性问题可判定.     

运用时间分类树的确定单时钟时间自动机学习

时间自动机的模型学习算法旨在通过提供输入和观察输出构建软硬件系统的形式化模型.确定性单时钟时间自动机的学习是其中的一个重要研究方向, 但是该算法具有一定的局限性, 在状态较多时学习速度较慢, 很难应用到复杂的系统中.由此, 我们提出了一种改进的学习算法, 使用逻辑时间分类树代替逻辑时间观察表作为学习算法的内部数据结构, 有效地减少了成员查询次数, 降低了算法的空间复杂度, 并能够高效率地构建假设自动机.最后我们进行了相关实验, 实验结果表明, 本文提出的改进算法减少了60%左右的成员查询和5%左右的等价查询.同时在该实验中, 改进算法的学习速度最高可提高45倍以上.     

无人机飞控软件系统建模与测试用例生成研究

软件规模与复杂度的迅速增长已成为设计与检验现代高质量无人机飞行控制软件(FCS)系统的重要挑战。采用模型驱动工程(MDE)的框架,使用嵌入式实时系统建模语言(MARTE)建立起某型无人机飞控软件系统的模型,给出了基于时间自动机的系统动态行为的形式化模型实例;结合无人机FCS系统的应用背景,建立了基于时间自动机模型的测试用例生成方法,包括建立测试用例生成框架、测试用例生成规则以及用例生成策略等;对某型无人机飞控软件系统中的主控模块进行了建模与测试用例生成的实例分析研究。     

一类时间自动机的时间约束可满足性判定方法

时间自动机是一种有效描述实时系统行为的计算模型。借助时间自动机对实时系统进行分析、设计能够保证所开发的实时系统具有较高的可靠性。在此过程中对时间自动机的验证是非常关键的一步。验证的主要目的是为了保证时间自动机能够正确地描述实时系统。其中迁移的时间约束可满足性就是需要验证的性质之一。常用的方法是通过构造时间区域自动机来实现,但该方法所涉及的状态数目巨大。该文针对一类时间自动机的特点给出了基于时间关系矩阵来判定时间约束可满足性的方法,结果表明该方法能够有效地减少状态数。     

一种基于时间自动机的实时系统模型检查算法的设计与实现

该文首先简介了时间自动机、时钟区域、区域等价、时钟带的概念,利用区域等价关系,可以将时间自动机的无穷状态空间转化为有穷。然后通过一个典型的实例完整地介绍了基于时间自动机的实时系统模型检查技术,并用Visual C++语言描述了实时特性验证中的数据结构,实现了实时特性验证算法,实验表明利用该算法可以进行实时系统的形式化验证。     

构件组装实时系统行为相容性测试用例产生

虽然构件技术在软件开发过程中得到了越来越广泛的应用,但是实时系统是一类设计、实现和验证工作都相当复杂的系统,其构件化远比普通软件复杂,组装仍有许多困难。分析了常见的组装相容性错误,提出了一种实时系统的构件组装行为相容性测试用例产生方法。首先对时间自动机进行扩展,给出了描述实时构件的模型;然后定义了相容性覆盖标准,并把构件行为相容性测试用例生成转化为可被模型检验支持的可达性分析,同时给出了算法;最后用一个实例展示了该方法的具体使用。     

基于UPPAAL的实时系统模型验证

UPPAAL是一种使用时间自动机模型的实时系统验证工具，它可以避免时间自动机求积时状态空间的爆炸。介绍了时间自动机理论和工具UPPAAL，着重说明如何用UPPAAL进行模型检查，并给出了一个应用实例。