一种面向IMA的AADL多范式建模及自动生成C代码的方法技术

本发明专利技术公开了一种面向IMA的AADL多范式建模及自动生成C代码的方法，通过AADL表达IMA软硬件架构，AADL行为附件、同步语言SIGNAL和SDL描述软件构件的功能行为，以支持状态机、同步数据流、异步执行等多种计算模型；通过IMA属性集求精的方式向模型中添加IMA属性得到平台相关的AADL模型；通过OSATE提供的AADL文件解析模块对文件保存的AADL文件解析并包装成类；借助Xtend提供的模板功能实现多范式建模工具和AADL到C代码转换规则的映射，以此实现一个基于AADL开源工具环境OSATE的Eclipse平台插件。

【技术实现步骤摘要】
一种面向IMA的AADL多范式建模及自动生成C代码的方法
本专利技术涉及基于AADL设计模型进行C代码的自动生成
，具体涉及一种面向IMA的AADL多范式建模和代码自动生成方法。
技术介绍
安全关键系统(Safety-CriticalSystem)是指应用于航空、航天、交通、能源等领域的复杂嵌入式系统，且其运行情况可能引起系统处于危险状态，从而导致重大财产损失、环境破坏或者人员伤害。航空电子系统就是一类典型的安全关键系统。航空电子系统经历了独立式、联邦式、综合化(IntegratedModularAvionics,IMA)以及近期提出的智能开放式(FutureAirborneCapabilityEnvironment,FACE)等阶段。随着计算机硬件能力的提高，使得航空电子系统综合化(IMA)成为可能。IMA是指在统一的硬件处理器上执行所有航电功能，为了保证各个航电功能安全执行，IMA引入分区(Partition)的概念，每个分区包含独立的地址空间、上下文数据以及实时任务，一个分区的错误行为不能影响到其它分区。为了支持在IMA架构上的应用软件开发，国际航空电子应用软件接口标准ARINC653(AvionicsApplicationSoftwareStandardInterface)定义了一个多分区的运行时环境，并给出了一套通用的航空电子应用软件标准接口(APEX)以提高机载软件的模块化、可重用性和可移植性。目前，WindRiver公司的VxWorks653，GreenHills公司的INTEGRITY-178B以及LynuxWorks的LynxOS-178产品均采用了该标准，并通过DO178B的A级认证，为上层机载应用软件提供了高可靠的ARINC653实时操作系统。由DDC-I提出的Deos操作系统，是第一个同时支持ARINC653和多核处理器的实时操作系统，并且通过了DO178C的A级认证。国内方面，航空工业计算所设计与实现的天脉操作系统也能够完整支持ARINC653标准。在安全关键系统领域，常用的建模语言主要包括Modelica、SysML、AADL、Simulink、SDL等。其中AADL以层次化构件的方式表达系统的软硬件体系结构，支持功能、非功能、执行平台等多视角建模。AADL提供定义新属性集和附件(Annex)等多种扩展方式，使得AADL逐渐成为安全关键软件多范式建模的重要选择。在AADL多范式建模方面研究主要有HaolanZhan和NaijunZhan等使用AADL与Simulink进行混合建模，扩展AADL描述系统连续行为的表达能力；欧空局ESA提出AADL、Simulink、SDL的多范式建模方法TASTE。在基于AADL模型的代码生成方面，GillesLasnier等人提出了OCARINA工具，为AADL模型提供了面向IMA的ARINC653平台相关的C、Ada代码自动生成方法，其平台相关部分的系统分区信息以及平台接口等是通过代码生成器硬编码实现。卡梅隆大学Julien等人提出面向商业平台的AADL代码生成方法，采用AADL和SCADE的混合建模，并分别生成代码后人工集成。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决单一建模语言无法完全覆盖IMA的建模要求的问题，本专利技术提出了一种面向IMA的AADL多范式建模及代码自动生成方法，AADL用于表达IMA软硬件架构，AADL行为附件、同步语言SIGNAL和SDL(SpecificationandDescriptionLanguage)用于描述软件构件的功能行为，并通过IMA属性集求精向模型中添加平台相关信息，并基于平台相关的AADL模型自动生成可运行C代码。技术方案：一种面向IMA的AADL多范式建模方法，包括以下步骤：S1：根据AADL构件与IMA元素的对应关系，采用AADL表达IMA的软硬件架构进行表达，得到系统架构AADL模型；S2：扩展AADL属性集以支持基于BA、SIGNAL、SDL对系统架构AADL模型中的各构件功能行为进行表达，得到平台无关的AADL模型；S3：采用IMA属性集对平台无关的AADL模型进行平台相关求精，生成平台相关的AADL模型。进一步的，所述S1，具体包括：通过AADL的软件构件对IMA的软件体系结构进行建模，所述软件构件包括数据构件、子程序构件、线程构件、线程组构件和进程构件；通过AADL的硬件构件以及构件间的连接对IMA的硬件体系结构；所述硬件构件包括处理器构件、虚拟处理器构件、存储器构件、外设构件、总线构件、虚拟总线构件；通过AADL的复合构件组合所有的硬件构件和软件构件，建立得到系统架构AADL模型。进一步的，所述S2，具体包括：对AADL的属性集进行拓展，创建得到MPM4IMA属性集；在所述MPM4IMA属性集中可定义新的属性、属性类型和属性常数；采用MPM4IMA属性集，支持基于BA、SIGNAL、SDL对任务的功能行为进行表达。进一步的，所述S3具体包括：首先，在IMA属性集中添加平台相关属性；所述平台相关属性包括调度属性、分区通信属性和任务运行时属性；而后，通过手动求精的方式向平台无关的AADL模型中添加平台相关属性，得到平台相关的AADL模型。本专利技术还公开了一种AADL模型自动生成C代码的方法，以采用面向IMA的AADL多范式建模方法建模得到的平台相关的AADL模型的实例化文件作为输入，以C语言工程为输出，所述IMA的代码结构包括任务层、分区层和内核层；包括以下步骤：步骤1：借助Xtend提供的模板功能对IMA与AADL的转换映射规则进行表达，得到转换模板；步骤2：借助OSATE平台对平台相关的AADL模型的顶层系统进行实例化，得到代表该顶层系统的AAXL2文件；步骤3：借助AAXL2文件和EMF代码解析得到SystemImpl对象；步骤4：借助步骤1的转换模板对SystemImpl对象进行子系统遍历、进程遍历、其他构件遍历，遍历结束后生成与平台相关的AADL模型对应的C代码工程。进一步的，所述转换映射规则包括：IMA的任务层对应AADL模型中的SDL、SIGNAL、BA和数据构件的映射规则；IMA的分区层对应AADL模型的进程构件、线程构件、虚拟处理器构件的映射规则；IMA的内核层对应AADL模型的系统构件、内存构件和处理器构件的映射规则。进一步的，所述转换模板包括系统转换模板、进程转换模板、线程转换模板、子程序转换模板、行为附件转换模板、数据构件转换模板、特性转换模板、属性转换模板以及处理器转换模板。本专利技术还公开了一种面向IMA的AADL多范式建模系统，其特征在于：包括AADL功能行为扩展工具，所述AADL功能行为扩展工具可执行面向IMA的AADL多范式建模方法。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)本专利技术通过多范式建模和代码生成，增强AADL对IMA复杂系统的表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向IMA的AADL多范式建模方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：根据AADL构件与IMA元素的对应关系，采用AADL表达IMA的软硬件架构进行表达，得到系统架构AADL模型；/nS2：扩展AADL属性集以支持基于BA、SIGNAL、SDL对系统架构AADL模型中的各构件功能行为进行表达，得到平台无关的AADL模型；/nS3：采用IMA属性集对平台无关的AADL模型进行平台相关求精，生成平台相关的AADL模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向IMA的AADL多范式建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：根据AADL构件与IMA元素的对应关系，采用AADL表达IMA的软硬件架构进行表达，得到系统架构AADL模型；
S2：扩展AADL属性集以支持基于BA、SIGNAL、SDL对系统架构AADL模型中的各构件功能行为进行表达，得到平台无关的AADL模型；
S3：采用IMA属性集对平台无关的AADL模型进行平台相关求精，生成平台相关的AADL模型。


2.根据权利要求1所述的一种面向IMA的AADL多范式建模方法，其特征在于：所述S1，具体包括：
通过AADL的软件构件对IMA的软件体系结构进行建模，所述软件构件包括数据构件、子程序构件、线程构件、线程组构件和进程构件；
通过AADL的硬件构件以及构件间的连接对IMA的硬件体系结构；所述硬件构件包括处理器构件、虚拟处理器构件、存储器构件、外设构件、总线构件、虚拟总线构件；
通过AADL的复合构件组合所有的硬件构件和软件构件，建立得到系统架构AADL模型。


3.根据权利要求1所述的一种面向IMA的AADL多范式建模方法，其特征在于：所述S2，具体包括：
对AADL的属性集进行拓展，创建得到MPM4IMA属性集；
通过在所述MPM4IMA属性集中可定义新的属性、属性类型和属性常数，以支持基于BA、SIGNAL、SDL对任务的功能行为进行表达。


4.根据权利要求1所述的一种面向IMA的AADL多范式建模方法，其特征在于：所述S3具体包括：
首先，在IMA属性集中添加平台相关属性；所述平台相关属性包括调度属性、分区通信属性和任务运行时属性；
而后，通过手动求精的方式向平台无关的AADL模型中添加平台相关属性，得到平台相关的AADL...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志斌，邱宝，王飞，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