一种基于规范与描述语言的AADL功能行为拓展方法及工具技术

本发明专利技术公开了一种基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展方法及工具，包括：步骤1：基于AADL对软件系统结构建模，得到AADL模型；步骤2：采用ASN.1数据生成算法和规范与描述语言模型框架生成算法，抽取AADL模型中的功能模块建模环境，获得规范与描述语言模型所需的数据和规范与描述语言模型框架，基于规范与描述语言模型所需的数据和规范与描述语言模型框架，生成规范与描述语言模型建模环境。

A Method and Tool of AADL Functional Behavior Extension Based on Specification and Description Language

【技术实现步骤摘要】
一种基于规范与描述语言的AADL功能行为拓展方法及工具
本专利技术属于软件系统建模
，具体涉及到一种基于规范与描述语言的AADL功能行为拓展方法及工具。
技术介绍
传统安全关键软件设计与开发方法，主要采用自然语言文档驱动(Paper-Driven)、手工的方式实现各阶段之间的转换，开发时间和成本比较高。首先，由于各阶段之间是割裂的，势必导致大量的重复劳动；其次，工程经验表明，大量的错误(50％左右)是在早期阶段引入的，而传统开发过程直到后期阶段才对系统的功能与非功能性质进行验证和分析，而且主要是基于文档进行的，本身也容易出错，从而使得验证成本增加，最后，手工编写代码的方式，也常常引入错误。近年来，模型驱动(Model-Driven)的设计与开发方法逐渐受到重视，并被工业界认为是切实可行的重要方法。该方法将模型作为整个系统开发过程的核心元素，在设计阶段就建立系统的体系结构模型，尽早进行验证和分析。同时，模型的重用以及基于模型转换的自动或半自动的逐步求精过程，都有助于降低系统开发时间和成本。因此，模型驱动开发方法逐渐成为安全关键软件设计与开发的重要手段。例如，国际民航领域使用的机载系统适航审定中的软件开发标准DO-178C[3]就将模型驱动和形式化方法(即DO-331[4]和DO-333[5])作为其核心标准的重要技术补充。基于模型的系统工程(MBSE)是一种形式化的建模应用程序，用于支持从概念设计阶段开始并在整个开发和后期生命周期阶段中持续进行的系统可行性分析，需求分析、概要设计、详细设计、系统分析、形式化验证和结果确认等活动。安全关键领域常用的建模语言主要有：规范与描述语言SDL，结构分析与设计语言AADL，系统模型语言SysML，抽象语法ASN.1，同步语言Lustre等，安全关键系统的实现主要需要通过规约，分析，设计，继承，验证，测试等多个阶段，从一个宏观的系统模型，到系统中具体某一个需要实现的功能逻辑，每一个层次都需要进行建模，然后通过形式化验证的方法来保证系统的安全性。AADL的重点在于在构建系统宏观层面的模型，描述物理系统的结构，嵌入式软件的运行时的软件系统的结构，以及上述结构与计算机平台之间的交互过程。SDL的重点在于对系统功能模块进行建模，对系统某一个具体的功能模块进行详细的贴介于代码层面的细节建模。在模型驱动的软件开发方法中，AADL适用于详细设计过程中对系统整体结构进行建模，进行仿真和形式化方法进行验证分析。SDL适用于详细设计过程中，对整个系统的某一个细小的功能模块建模，进行模型验证与代码生成。SDL(SpecificationandDescriptionLanguage)语言是CCITT推荐的规格与描述性语言。由ITU-T发展和标准化，定义在兰皮书Z.100建议中(1992年，1996年增补)。作为国际标准化的正式语言，它被用来规范描述实时系统。目前，SDL-96是SDL的最新版本。作为SDL相关技术，本文把Z.120建议：消息序列图(messagesequencecharts,MSC)和Z.105建议：抽象语法符号-(abstractsyntaxnotation-one,ASN.1)作为SDL的一部分理解。ITU将SDL描述为"实时系统的特性描述语言"。绝大多数SDL概念有文本和图形两种表述形式。由于缺乏某些范围内的高层结构和一些象C语言的概念，SDL并非编程语言。SDL并不描述系统发展进程。因此，在实际应用中，开发人员将应用用SDL图形描述，再由SDL工具将其转化为C语言源代码，或者CHILL源代码，最后嵌入到实际开发环境中。使用SDL，可以半图形、半文本地定义特定类型的嵌入式系统的功能描述。这种方法的高度正式性，使得SDL工具有可能生成和测试完整的嵌入式应用。美国汽车工程师协会SAE(SocietyofAutomotiveEngineers)在MetaH、HOOD、UML、ADL的基础上，提出嵌入式系统体系结构分析与设计语言AADL(ArchitectureAnalysisandDesignLanguage)，并发布为SAEAS5506标准。AADL语言与之对应地提供了软件体系结构、运行时环境以及硬件体系结构的建模概念。通过行为附件(BehaviorAnnex)扩展了对功能行为的表达能力，故障模型附件(ErrorModelAnnex)增强了对系统安全性、可靠性分析的描述能力等。通过构建和连接来描述系统的架构。当定义新的属性不能满足用户需要时，AADL引入了附件的概念。它拥有独立的语法和语义，但必须与AADL核心标准保持语义一致。如故障模型附件(errormodelannex)，支持构件、连接的故障事件、故障概率等属性建模；行为附件(behaviorannex)增强了AADL对构件实际功能行为的详细描述能力，以更好地支持功能行为验证和自动代码生成。国内外对AADL模型研究主要集中在下面几个方面：利用模型进行嵌入式系统的可调度性分析；利用模型进行安全性的检测；利用AADL错误模型对异常分析，还有利用行为附件对系统的行为进行建模等。针对SDL和AADL的集成使用在已有研究中，主要研究方法是针对于系统设计与开发的不同阶段，使用不同的方式进行建模，在系统结构设计过程使用AADL进行系统结构建模，在系统模块功能设计过程，使用SDL进行系统模块功能建模，不同的系统设计开发阶段对应不同的模型，各个模型之间没有直接的交互和联系，只是通过模型验证仿真等过程产生的结果进行交互。但是，在实际生产过程中，在使用SDL进行系统模块建模的过程中，需要使用到AADL在系统结构层面的模型中使用到的数据类型与结构。
技术实现思路
专利技术目的：针对实际生产过程中，在使用SDL进行系统模块建模的过程中，需要使用到AADL在系统结构层面的模型中使用到的数据类型与结构的情况，本专利技术提供了一种基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展方法及工具。本专利技术公开了种基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展方法，包括以下步骤：步骤1：基于AADL对软件系统结构建模，得到AADL模型；步骤2：采用ASN.1数据生成算法和规范与描述语言模型框架生成算法，抽取AADL模型中的功能模块建模环境，获得规范与描述语言模型所需的数据和规范与描述语言模型框架，基于规范与描述语言模型所需的数据和规范与描述语言模型框架，生成规范与描述语言模型。进一步的，所述ASN.1数据生成算法以AADL模型的数据集合为输入，以规范与描述语言模型的数据集合为输出，具体包括：遍历AADL模型的数据集合中的元素，根据元素类型，创建得到与其对应的ASN.1数据类型，并存入规范与描述语言模型的数据集合中。进一步的，所述规范与描述语言模型框架生成算法包括：建立AADL模型中行为附件的上层功能模块到规范与描述语言模型中功能描述模型框架的映射关系；根据AADL模型中行为附件的上层功能模块到规范与描述语言模型中功能描述模型框架的映射关系，将AADL模型中行为附件的上层功能模块中的内容对应生成规范与描述语言模型框架。本专利技术还公开了一种实现上述基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展方法的工具。进一步的，该工具包括用于存储规范与描述语言模型所需的数据和规范与描述语言模型框架本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：基于AADL对软件系统结构建模，得到AADL模型；步骤2：采用ASN.1数据生成算法和规范与描述语言模型框架生成算法，抽取AADL模型中的功能模块建模环境，获得规范与描述语言模型所需的数据和规范与描述语言模型框架，基于规范与描述语言模型所需的数据和规范与描述语言模型框架，生成规范与描述语言建模环境。

【技术特征摘要】
1.一种基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：基于AADL对软件系统结构建模，得到AADL模型；步骤2：采用ASN.1数据生成算法和规范与描述语言模型框架生成算法，抽取AADL模型中的功能模块建模环境，获得规范与描述语言模型所需的数据和规范与描述语言模型框架，基于规范与描述语言模型所需的数据和规范与描述语言模型框架，生成规范与描述语言建模环境。2.根据权利要求1所述的一种基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展方法，其特征在于：所述ASN.1数据生成算法以AADL模型的数据集合为输入，以规范与描述语言模型的数据集合为输出，具体包括：遍历AADL模型的数据集合中的元素，根据元素类型，创建得到与其对应的ASN.1数据类型，并存入规范与描述语言模型的数据集合中。3.根据权利要求1所述的一种基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展方法，其特征在于：所述规范与描述语言模型框架生成算法包括：建立AADL模型中行为附件的上层功能模块到规范与描述语言模型中功能描述模型框架的映射关系；根据AADL模型中行为附件的上层功能模块到规范与描述语言模型中功能描述模型框架的映射关系，将AADL模型中行为附件的上层功能模块中的内容对应生成规范与描述语言模型框架。4.一种基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展工具，其特征在于：包括实现权利要求1至3任意一项所述的基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展方法的工具。5.根据权利要求4所述的一种基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展工具，其特征在于：包括用于存储规范与描述语言模型所需的数据和规范与描述语言模型框架的规范与描述语言模型中间数据结构。6.根据权利要求4所述的一种基于规范与描述语言的AADL功能行为扩展工具，其特征在于：包括用户接口，通过用户接口对AADL模型的功能模块进行基...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志斌，宗喆，张博林，谢健，周勇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32