基于扩展SysML活动图的嵌入式系统设计安全性验证方法研究

能源、交通等领域中复杂嵌入式系统设计的安全性分析与验证工作已经成为当前的重要研究热点之一;本文提出一种结合MARTE语义信息的扩展Sys ML活动图模型,用于描述安全关键应用中的嵌入式系统动态行为的设计,并对此扩展模型展开基于模型转换的系统设计安全性特征的形式化分析与验证方法的研究;包括:构建了Sys ML活动图与MARTE中非功能性质建模语义相结合的元模型,以及验证工具UPPAAL的时间自动机元模型,并且给出了二者之间的语义映射规则;建立了从时间自动机模型描述到UPPAAL工具输入格式之间的语法转换方法;设计了一个基于AMMA平台的面向扩展Sys ML活动图的模型转换与验证框架;最后,给出了一个高铁控制系统设计模型的安全性验证的实例分析.     

UML活动图的操作语义

越来越多的系统采用UML(unified model language, 统一建模语言)作为建模语言来进行系统分析和设计. UML活动图是UML语言中描述系统动态行为的一种方法,它广泛地运用于业务建模.由于UML活动图缺乏精确的动态语义,所以不利于对其所描述的系统进行形式化的分析、验证和确认.为解决这一问题,根据UML1.5语义文档,给出UML活动图的形式化操作语义.首先给出UML活动图的形式化的语法,然后详细地定义了活动图的格局和变迁,最后基于LTS给出了活动图的演绎规则.主要工作是：引入状态包的概念,使得描述更加清楚、完善;通过LTS定义活动图的操作语义,并详细阐述演绎规则,从而获得活动图的全局状态转移图,使定义的操作语义很容易地应用到形式化验证中.该语义覆盖了UML活动图的绝大部分特征,为对UML活动图进行模型检验奠定了基础.     

UML活动图的形式语义及分析

UML活动图缺乏精确的动态语义,不利于对其所描述的系统进行形式化的分析、验证和确认。为此,论文结合Petri网给出了包含对象流状态描述的UML活动图的形式语义,并据此对UML活动图的典型流程和其所描述的动态系统的正确性进行了分析。该形式语义覆盖了UML活动图的绝大部分特征,为精确描述工作流程并对其进行分析奠定了基础。     

UML活动图的时序逻辑语义

UML活动图可以表示不同抽象级的控制流,很适合用于对系统的行为建模．但是缺乏精确的语义使得难以对它所表示的系统行为进行分析．XYZ／E是一可执行线性时序逻辑语言,既可描述系统的动态行为又可表示程序性质,用它对活动图形式化后,就可在统一的逻辑框架下分析活动图的性质．定义了一个有向图结构用以表示UML活动图,再给出其XYZ／E语义,并用一个例子说明活动图到XYZ／E的语义转换,为进一步的分析提供形式化基础．     

基于SysML的系统设计-仿真模型可视化转换

针对基于模型的系统工程中形式化描述的系统设计模型仿真能力不足的问题,结合元模型的转换思想,提出一种基于Sys ML的可视化模型转换方法,将系统设计模型转换为可执行的仿真模型.根据模型转换特点,抽象定义基于Sys ML语言及其扩展机制的转换规则和转换活动等2种转换元模型.在构建设计-仿真元模型映射关系的基础上,通过转换元模型的实例化对系统设计-仿真模型实现可视化转换,以降低模型转换的复杂性.最后以简单机械系统为例,验证了该方法的可行性.     

UML活动图到Petri网映射方法的研究与实现

UML活动图缺乏精确的语义描述.难以对其正确性进行分析,而CPN模型有严格的数学定义和分析方法,可用于验证模型的正确性.基于CPN模型的这一特性.本文给出了一种UML活动图到CPN模型的映射方法.首先根据UML活动图模型的形式化描述,将活动图划分成子模块,利用提出的活动图基本结构到CPN模型的映射方法将子模块映射为CPN模型,最后组合为整个活动图的CPN模型,并用实例证明UML活动图能快速地映射为CPN模型.     

基于π演算的工作流模型分析方法

使用合理性、弱合理性和松合理性对π演算形式化的工作流模式进行合理性分析时,工作流都不符合这3种合理性。针对以上问题,提出懒惰合理性的概念,用于对工作流进行分析。通过考虑节点语义,扩展结构合理性。为了表达节点语义,用π演算表达过程图,使过程图具有形式化语义。     

基于UML活动图的测试场景生成方法研究

本文研究运用统一建模语言(UML)活动图生成测试场景的方法,提出采用McCabe的基路径方法生成测试场景,首先对活动图进行压缩,采用基路径寻找算法找出其中的基本路径,并发活动实例化,替换找出的基本路径,形成完整的路径,据此生成相应的测试场景。文中对UML活动图的语法和语义进行了形式化定义和描述,详细描述了从压缩后的活动图中寻找基本路径的算法,对并发活动进行了约束。该方法所产生的基本路径相对独立,提高了测试效率。     

基于ASM的活动图一致性规则研究

从概念的角度分析了活动图并发结构的不足,系统地研究了时序模糊状态下的语义描述,以工作流的循环模式鉴别器作为实例,提出了活动图与形式化规范相结合的解决方法.最后结合抽象状态自动机ASM作为语Y,-~b充构造了鉴别器的活动图模型,从分支、合并、事件捕获等方面定义了详尽的规则,提高了模型的正确性、可验证性和一致性.     

UML活动图描述工作流模型的执行语义

UML是软件工程中广泛应用的建模语言,但其主要问题是缺少严格的形式化语义,因而描述的模型容易产生歧义.根据UML活动图的语法和工作流系统的特点,为UML活动图定义了一种执行语义.基于时间转变系统模型,将工作流系统的执行描述为时间转变和数据转变两个交替进行的过程.时间转变描述时间的前进,数据转变修改工作流案例的状态,这种语义比层次状态图具有更强的描述并行的能力,比Petri网和进程代数更适合描述工作流模型.