基于模型的嵌入式系统软件工程语言AADL与UML的比较

随着嵌入式系统规模、复杂度和性能需求的提升,嵌入式系统开发的重点从代码级提前到模型级,模型驱动体系结构成为嵌入式系统开发的主流。统一建模语言(UML)和结构分析和设计语言(AADL)是模型驱动系统工程的标准,从方法、扩展机制和应用领域三个方面对两者进行研究和比较,讨论模型分析、模型转换等相关技术。最后,探讨了UML和AADL的发展与研究方向     

Arduino控制器CAN驱动模块的设计

随着Arduino控制器在测控系统和通信系统中的广泛应用,其CAN总线模块的开发技术日益关键,故将Arduino控制器的CAN驱动设备创建作为研究对象,从硬件电路设计到底层驱动开发进行了详细研究,以Simulink作为开发环境,采用嵌入式Matlab函数模块创建CAN驱动模块,并以实际电机应用例子的通信实验验证模型的准确性和可靠性。通过CANoe测试软件采集的传输通信数据,结果表明基于Simulink开发的CAN通信模块调试成功。这不仅为后续系统级的开发奠定了良好的通信基础,也给其他驱动模块的开发带来了启发。     

基于AADL的建模和验证技术应用研究

随着嵌入式系统规模、复杂度和性能需求的提升,嵌入式系统开发的重点从代码级提前到模型级;体系结构分析和设计语言AADL能够在模型级对系统进行建模,并通过一系列验证尽早发现系统设计中的问题,在航空航天等嵌入式系统中具有广阔的应用前景;全面系统地介绍了基于AADL的建模、验证的具体方法步骤、实现手段和工具,并以简化的飞行控制系统为例具体讲述了AADL的建模和验证技术的实际应用,从而为AADL技术在我国嵌入式软件中的应用奠定了基础。     

嵌入式实时系统的快速开发框架研究

嵌入式实时开发是当今计算机应用研究的热点,该文结合模型驱动架构的系统无关模型和系统相关模型思想,提出了一种基于平台设计的快速开发嵌入式实时系统的方法:首先采用实时应用接口RTAI将嵌入式Linux改造成具有硬实时性能的实时操作系统平台;然后利用Matlab/Simulink/RTW和RTAI-Lab工具对实际系统进行快速化建模、仿真和驱动开发,并自动生成实时的可执行代码;最后将代码加载到嵌入式实时系统.通过倒立摆嵌入式实时控制器系统设计实例说明了这种方法可以有效降低系统设计复杂度,提高嵌入式软件的开发效率.     

嵌入式Linux系统中USB的应用

随着USB设备在嵌入式系统中应用的日益广泛,对基于嵌入式系统的USB设备的开发需求也越发的迫切。本文首先对嵌入式系统和USB设备的发展进行了分析,然后从硬件结构及软件驱动等两方面论述了USB设备在嵌入式Linux系统中的应用。     

嵌入式数控系统模型层验证设计策略研究

在分析传统嵌入式数控的开发方法上的不足,以及目前对其开发方法的诸多变革的基础上,提出并实现将特定领域模型驱动开发融入到嵌入式数控系统的开发,构建了嵌入式数控系统模型层验证框架.该方法为嵌入式数控系统的开发提升了相应的抽象层次,提高了模型在系统开发中的作用,并利于提高系统的可操作性、可靠性、开发效率.通过对数控系统不同工作模式在第三方工具(StateFlow)的仿真实例,详述了该方法在特定领域建模语言的构建、模型转换的实现等方面的细节,并给出了转换后的对应StateFlow模型图.     

嵌入式Linux系统中USB的应用

随着USB设备在嵌入式系统中应用的日益广泛,对基于嵌入式系统的USB设备的开发需求也越发的迫切。本文首先对嵌入式系统和USB设备的发展进行了分析,然后从硬件结构及软件驱动等两方面论述了USB设备在嵌入式Linux系统中的应用。     

基于CSP的构件化嵌入式软件能耗分析与评估方法研究

随着嵌入式系统的发展,构件化软件开发技术已成为嵌入式软件开发的发展趋势.嵌入式系统通常是能源有限系统,如何在构件化嵌入式系统开发前期对其能耗进行分析与评估,发现系统能耗特性设计缺陷,从而提高开发效率,降低开发成本,已成为嵌入式系统设计的一个挑战.文中从构件化嵌入式软件体系结构出发,采用基于路径的系统能耗分析评估方法,在嵌入式系统架构设计阶段对其能耗特性进行分析与评估.在此评估体系中,软件体系结构应用进程代数语言CSP进行形式化描述,能耗特性在构件接口级别定义,最终建立了以CSP迹模型为基础的基于路径的系统能耗分析评估模型.文章最后通过案例分析验证了该模型分析方法的正确性和有效性.     

软硬件综合AADL可靠性建模及分析方法

目前嵌入式系统广泛应用于航空电子、远程医疗、汽车电子等具有高可靠性要求的系统中。随着嵌入式系统的复杂度越来越高,为了保障系统的高可靠性需求,需要在系统开发的早期设计阶段对系统的可靠性进行分析评估,以提高系统的开发效率。嵌入式系统中软件、硬件功能的失效都会对系统可靠性产生影响,而AADL的可靠性模型缺乏对硬件构件错误的影响及传播机制进行刻画分析的能力。本文综合考虑软、硬件错误发生失效后对系统可靠性的影响,提出了一种面向系统架构级别的软硬件综合可靠性分析方法。该方法基于电子电路设计中事务级建模方法,扩展了AADL事务级错误模型的语法和语义,来支持AADL对硬件构件错误传播的硬件功能行为建模,在此基础上,利用AADL模型实例化机制实现对嵌入式系统可靠性建模,刻画了错误行为在硬件构件之间、软硬件构件之间的传播与影响。同时,定义了AADL硬件构件事务级错误模型到广义随机Petri网模型的映射规则,实现了系统软、硬件综合的可靠性行为仿真计算模型组合,支持嵌入式系统的软硬件综合可靠性分析。论文开发了软硬件综合可靠性建模与分析工具原型,并以某型飞机空气增压系统为例,在航空电子系统架构设计中进行尝试,验证了该方法在复杂嵌入式系统设计中进行软硬件综合可靠性分析的可行性与优越性。     

嵌入式Linux下USB主机设备驱动开发

嵌人式Linux由于其源码开放、具有可定制性等特点正得到越来越广泛的应用,而USB接口在嵌人式系统中的应用也十分广泛,基于ARM嵌入式微控制器凭借其强大的功能,逐渐占据了市场的大部分份额.通过基于S3C2410的USB应用实例,介绍Linux2.6内核下,嵌入式USB主机设备驱动开发实现过程.具体的从USB设备驱动的开发流程出发,介绍了USB接口的一般原理和USB通信的一般过程,然后详细给出了Linux2.6内核支持USB主设备驱动的关键配置,同时对USB驱动骨架进行了分析,最后给出了驱动具体实现的关键代码,以提供一个开发嵌入式Linux下USB主机设备驱动的向导.本驱动已经成功应用于某手持通信设备中,可为类似的嵌入式USB主机设备开发提供参考.     

AADL模型代码自动生成技术研究*

随着嵌入式系统在安全关键领域的广泛应用,必须采用现代软件工程的技术进一步提高其可信性,以保证人们的生命安全。基于模型驱动方法,对AADL（体系结构分析设计语言）模型的框架代码自动生成技术进行了研究,提出了从AADL模型元素到C和Ada的语法元素的映射规则,由此实现了自动代码生成器generator并集成在开源工具OSATE中。最后通过一个实例,说明将AADL模型自动转换为框架代码后与模块代码结合的有效性。     

一种SysML模型到AADL模型的自动转换方法

安全关键系统的实现需要通过需求、设计、集成、验证和测试等多个阶段。近年来,模型驱动开发方法逐渐成为安全关键系统设计与开发的重要手段。由于还没有一个建模语言能够支持整个安全关键系统开发生命周期,因此选择集成使用2种广泛使用的标准语言:系统建模语言(SysML)和嵌入式实时系统体系结构分析与设计语言(AADL)。SysML和AADL提供了同一系统的2个不同视图,SysML模型为系统工程师提供了一个系统视图,AADL为架构设计师建立一个较低层次的设计视图,它结合了实现所有功能的硬件、操作系统和代码。提出一种SysML模型到AADL模型的自动转换方法。首先,定义SysML子集SubSysML,主要包括模块定义图(BDD)、内部模块图(IBD)、活动图(ACT)子集和从IBD和BDD扩展的AADL Profile;其次,定义SubSysML到AADL的转换规则并设计转换算法;然后,对生成的AADL初始模型进行精化;最后,使用EMF框架技术实现SubSysML到AADL的模型转换工具并通过雷达案例验证所提方法的有效性。     

基于AADL的航天嵌入式软件Ada代码自动生成方法

模型驱动开发方法逐渐应用于航空航天等领域的安全关键软件设计与实现中。体系结构分析设计语言(Architecture Analysis and Design Language, AADL)是一种标准化的嵌入式软件体系结构描述语言,通过建模、验证以及代码自动生成为安全关键软件的设计与实现提供完整支持。然而,工业界实际代码是运行在具有不同特性的目标平台上的,例如不同的软硬件体系结构和编程接口,而现有AADL代码生成研究主要是通过手工将自动生成的代码集成到平台当中,存在工作繁琐且易出错的问题。为此,本文提出一种基于AADL的航天嵌入式软件Ada代码自动生成方法。首先,给出卫星姿轨控系统的AADL建模;其次,给出AADL到平台相关的Ada代码自动转化规则;最后,给出代码生成原型工具,并对卫星姿轨控系统AADL模型所生成的代码进行航天编码规范检查,并运行在相关仿真环境中,验证了本文所提方法的有效性。     

基于XML的UML模型向AADL模型的自动转换

UML已经成为复杂系统建模的工业标准,并可借助代码自动生成工具实现从分析到编码的开发过程自动化;AADL具有精确的语义和严格的语法规范,可用于描述嵌入式实时系统的软、硬件体系结构,并能分析系统的功能及非功能属性。 UML和AADL模型的基本元对象有相互对应关系,并且两种模型的表示都能够采用标准的XML的交换格式。为充分发挥两种语言的优势,文中研究了UML模型向AADL模型的自动转换,以XML为媒介实现两种模型的元对象的对应转换,最终达到两种模型的转换,使用户在设计阶段能够结合运用AADL、UML工具的优点对系统进行分析。     

Towards a verified compiler prototype for the synchronous language SIGNAL

SIGNAL belongs to the synchronous languages family which are widely used in the design of safety-critical real-time systems such as avionics, space systems, and nuclear power plants. This paper reports a compiler prototype for SIGNAL. Compared with the existing SIGNAL compiler, we propose a new intermediate representation (named S-CGA, a variant of clocked guarded actions), to integrate more synchronous programs into our compiler prototype in the future. The front-end of the compiler, i.e., the translation from SIGNAL to S-CGA, is presented. As well, the proof of semantics preservation is mechanized in the theorem prover Coq. Moreover, we present the back-end of the compiler, including sequential code generation and multithreaded code generation with time-predictable properties. With the rising importance of multi-core processors in safetycritical embedded systems or cyber-physical systems (CPS), there is a growing need for model-driven generation of multithreaded code and thus mapping on multi-core. We propose a time-predictable multi-core architecture model in architecture analysis and design language (AADL), and map the multi-threaded code to this model.     

嵌入式软件系统体系结构可靠性分析方法

AADL是嵌入式领域对SA进行建模、评估的常用方法,但其属于一种半形式化开发语言,无法直接对SA的可靠性进行验证。为此,提出一种基于AADL的可靠性分析框架,对SA的可靠性进行形式化验证。首先通过分析系统体系结构的元素关系,建立AADL可靠性模型;然后设计转换模型及其规则,将AADL模型转换为连续时间马尔科夫链模型;最后采用概率模型检验工具对连续时间马尔科夫链模型进行可靠性定量分析。仿真结果表明,与现有可靠性分析方法相比,该方法在计算效率和转换效率上都有明显的提高。基于AADL的可靠性分析框架实现在软件系统开发早期对SA进行可靠性定量计算,为AADL在嵌入式软件系统可靠性定量分析方面提供了一种新的验证思路。     

一种面向AADL架构的模型测试方法

鉴于模型在软件系统开发中日趋重要的地位和AADL模型在嵌入式软件建模中的良好应用前景,为了在嵌入式软件系统开发前期保证AADL模型的质量,提出了一种基于模型测试的AADL架构验证方法;该方法应用马尔可夫链描述AADL架构的行为,然后根据得到的马尔可夫链模型以及系统设计要求标准生成相应的测试用例和测试预言,并通过测试用例执行输出和期望值的比较判断AADL模型的正确性,实现对系统AADL模型的测试;最后通过案例分析证明了该方法的有效性。     

一种结合AADL和IMC的系统可靠性建模方法

随着嵌入式软件在安全关键领域广泛应用,系统可靠性随着其规模、复杂度和性能需求的不断提升而愈显重要。结构分析设计语言AADL是应用于嵌入式领域的体系结构建模、分析和验证的重要手段。由于AADL是一种半形式化模型,需要精确描述其语义才能进行定量分析。提出一种基于AADL的系统可靠性建模方法。首先,结合AADL模型和AADL错误模型附件,得到AADL可靠性模型;然后,提出一种模型转换方法,将AADL可靠性模型的基本元素和错误传播等特殊元素转换到交互式马尔科夫链模型IMC,进行可靠性定量分析;最后,结合法国空中交通控制系统的实例,证明该方法的可行性和有效性。