一种基于复杂实时嵌入式系统的架构设计与架构转换方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于复杂实时嵌入式系统的架构设计与架构转换方法，该方法是针对基于模型的复杂实时嵌入式系统架构设计与分析的，其中架构模型作为权威数据真相源，为开展整个系统中其他视角的工作提供数据，通过SysML描述复杂实时嵌入式系统的功能架构；通过SysML及其扩展的FACE Profile描述复杂嵌入式系统的逻辑架构；通过SysML及其扩展的MARTE Profile描述复杂嵌入式系统的物理架构。基于创建的复杂实时嵌入式系统功能架构、逻辑架构和物理架构模型，该方法通过模型转换，可以自动将SysML功能架构、SysML及FACE Profile逻辑架构、SysML及MARTE Profile物理架构模型自动转换为对应的AADL架构模型，提高了后续复杂实时嵌入式系统架构分析工作的效率和准确度。时嵌入式系统架构分析工作的效率和准确度。时嵌入式系统架构分析工作的效率和准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复杂实时嵌入式系统的架构设计与架构转换方法


[0001]本专利技术涉及嵌入式系统研发领域，特别涉及一种基于复杂实时嵌入式系统的架构设计与架构转换方法。

技术介绍

[0002]复杂实时嵌入式系统广泛应用于航空电子、航天器、汽车控制等领域，这些系统具有资源受限、实时响应、容错和专用硬件等特点，对实时性、安全性等性能有较高的要求，由于计算精度、实时响应的要求，这类系统变得越来越复杂，如何设计与实现高质量的复杂装备嵌入式实时系统，并有效控制开发时间与成本，是学术界和工业界共同面临的难题。
[0003]传统的嵌入式系统开发模式，从需求分析、设计、实现到测试的顺序开发过程中，由于开发环节较多、中间文档较多，常导致各开发环节之间的衔接存在很大的不确定性和潜在的遗漏危机，一旦在最终实现和测试阶段出现了明显的错误或是需求不满足的情况，则无法进行跨越阶段的重复设计，只能从头开始设计和实现，这样使得嵌入式系统研发的各项成本大大增加，这是嵌入式系统设计研发的瓶颈。而模型驱动开发方法(Model Driven Development,MDD)能够在早期阶段对复杂实时嵌入式系统进行架构设计与分析，有助于保证系统的质量属性，并有效控制开发时间与成本。而质量属性是由系统架构决定的。因此，基于架构模型驱动(Model
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based architecture
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driven)的设计与研发方法成为复杂实时嵌入式系统领域的重要研究内容。虽然基于功能(F)、逻辑(L)、物理(P)的框架开展基于模型的系统架构设计与分析逐渐成为共识，然而在复杂实时嵌入式系统架构设计与分析领域，仍然存在如下的缺陷：对于功能架构、逻辑架构、物理架构的定义及特征尚未统一。同时在架构转换方面，基本都是人工转换，缺少完整的架构模型自动转换方法。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术梳理了复杂实时嵌入式系统功能架构设计建模、逻辑架构设计建模、物理架构设计建模和架构模型自动转换方法等，提出一种基于复杂实时嵌入式系统的架构设计与架构转换方法。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种基于复杂实时嵌入式系统的架构设计与架构转换方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1、基于复杂实时嵌入式系统低层需求和设计约束，对复杂实时嵌入式系统进行SysML(System Modeling Language，系统建模语言)功能架构设计建模，然后通过模型自动转换方法将SysML功能架构模型转换为AADL功能架构模型；
[0007]步骤2、基于功能架构进行逻辑架构设计，对复杂实时嵌入式系统进行SysML及FACE Profile逻辑架构设计建模，然后通过模型自动转换方法将SysML及FACE Profile逻辑架构模型转换为AADL逻辑架构模型；
[0008]步骤3、基于逻辑架构进行物理架构设计，对复杂实时嵌入式系统进行SysML及MARTE Profile物理架构设计建模，然后通过模型自动转换方法将SysML及MARTE Profile
物理架构模型转换为AADL物理架构模型。
[0009]进一步的，所述步骤1根据复杂实时嵌入式系统低层需求和设计约束，进行SysML功能架构设计建模，然后完成到AADL功能架构模型的转换，具体包括：
[0010]基于复杂实时嵌入式系统低层需求和设计约束，对复杂实时嵌入式系统进行功能架构设计，首先建立系统的功能架构，包括系统功能元素的分配和建立功能层级；然后进行系统功能架构元素接口分析和定义，其次识别系统功能架构设计的衍生需求，最后将SysML功能架构模型转换为AADL功能架构模型。
[0011]进一步的，所述步骤2基于功能架构进行逻辑架构设计，进行SysML及FACE Profile的逻辑架构设计建模，然后完成到AADL逻辑架构模型的转换，具体包括：
[0012]基于功能架构进行逻辑架构设计，首先定义逻辑组成，包括建立逻辑集合、定义逻辑实体、确定逻辑实体到功能元素的映射关系、性能指标的分配；然后进行系统逻辑架构的接口分析和定义，其次识别系统逻辑架构设计的衍生需求，最后将SysML及FACE Profile逻辑架构模型转换为AADL逻辑架构模型。
[0013]进一步的，所述步骤3基于逻辑架构进行物理架构设计，对复杂实时嵌入式系统进行SysML及MARTE Profile物理架构设计建模，然后完成到AADL物理架构模型的转换，具体包括：
[0014]基于功能和逻辑架构进行物理架构设计，首先定义物理组成，包括建立物理集合、定义物理实体、确定物理实体到逻辑实体的映射关系、性能指标到物理指标的转化、物理指标的分配；然后进行系统物理架构的接口分析和定义，其次识别系统物理架构设计的衍生需求，最后将SysML及MARTE Profile物理架构模型转换为AADL物理架构模型。
[0015]进一步的，所述步骤1、2和3中复杂实时嵌入式系统架构模型到AADL模型的转换采用同一转换方法，具体内容为：
[0016](1)由于SysML模型、FACE Profile模型、MARTE Profile模型和AADL模型是异构模型，为了实现SysML模型、FACE Profile模型、MARTE Profile模型到AADL模型的自动转换需将SysML模型、FACE Profile模型、MARTE Profile模型和AADL模型在同一个元元模型体系下进行同构化，进而进行语义映射和语法转换。异构模型的转换首先需要解决的问题是将两种模型在同一个元元模型体系下进行同构化，即通过相同的元元模型定义SysML模型、FACE Profile模型、MARTE Profile模型和AADL的元模型。SysML元模型、FACE Profile元模型、MARTE Profile元模型和AADL的元模型通过MOF进行构建，上述模型同时在MOF这一元元模型体系，使得两种语言可以在同一个环境下进行语义映射。然后在M2元模型层定义SysML子集元模型和AADL子集元模型的语义映射规则，为AADL子集元模型构造具体语法，可以由EMF框架自动实现。
[0017](2)使用EMF技术，在Eclipse中开发一个Ecore元模型，用于描述复杂实时嵌入式系统功能架构的SysML模型结构XMI文件；Ecore模型生成一个解析器，该解析器将该XMI文件中的表示功能架构的SysML模型结构读取出来，从而在Eclipse中创建一个EMF模型；通过遍历功能架构SysML模型对应的EMF模型来创建EMF模型中的元素到AADL中的元素的映射，在制定的转换规则的基础上，先创建组件对应的AADL对象和EMF到AADL的映射关系，再用模型连接器来建立各个组件之间的联系，从而得到AADL功能架构模型；同样地，将SysML及FACE Profile的逻辑架构模型和SysML及MARTE Profile的物理架构模型分别转换为AADL
逻辑架构模型和AADL物理架构模型。
[0018]有益效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复杂实时嵌入式系统的架构设计与架构转换方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、基于复杂实时嵌入式系统低层需求和设计约束，对复杂实时嵌入式系统进行SysML功能架构设计建模，然后通过模型自动转换方法将SysML功能架构模型转换为AADL功能架构模型；步骤2、基于功能架构进行逻辑架构设计，对复杂实时嵌入式系统进行SysML及FACE Profile逻辑架构设计建模，然后通过模型自动转换方法将SysML及FACE Profile逻辑架构模型转换为AADL逻辑架构模型；步骤3、基于逻辑架构进行物理架构设计，对复杂实时嵌入式系统进行SysML及MARTE Profile物理架构设计建模，然后通过模型自动转换方法将SysML及MARTE Profile物理架构模型转换为AADL物理架构模型。2.根据权利要求1所述的一种基于复杂实时嵌入式系统的架构设计与架构转换方法，其特征在于，所述步骤1根据复杂实时嵌入式系统低层需求和设计约束，进行SysML功能架构设计建模，然后完成到AADL功能架构模型的转换，具体内容为：基于复杂实时嵌入式系统低层需求和设计约束，对复杂实时嵌入式系统进行功能架构设计，首先建立系统的功能架构，包括系统功能元素的分配和建立功能层级；然后进行系统功能架构元素接口分析和定义，其次识别系统功能架构设计的衍生需求，最后将SysML功能架构模型转换为AADL功能架构模型；功能架构设计建模主要根据复杂实时嵌入式系统的用例进行功能分析与设计，产生功能性的架构，功能架构中将抽象出功能组以及功能的概念，功能组将包含多个功能，这两个概念均使用SysML中的Block进行表示或者使用Profile对Block进行封装，为了区分代表功能组和功能的Block与表示系统的Block，将其单独使用包进行组织，主要使用块定义图(BDD)描述功能组和功能的分解结构，功能组中的功能之间的数据流交互使用内部块图(IBD)进行描述，功能流使用活动图进行描述，功能交互使用顺序图进行描述，功能元素的动态行为模型使用状态图进行描述，表示功能Block的Port表示功能的信息流端口，连接Connection用于表示功能之间的信息流连接关系。3.根据权利要求1所述的一种基于复杂实时嵌入式系统的架构设计与架构转换方法，其特征在于，所述步骤2基于功能架构进行逻辑架构设计，进行SysML及FACE Profile的逻辑架构设计建模，然后完成到AADL逻辑架构模型的转换，具体内容为：基于功能架构进行逻辑架构设计，首先定义逻辑组成，包括建立逻辑集合、定义逻辑实体、确定逻辑实体到功能元素的映射关系、性能指标的分配；然后进行系统逻辑架构的接口分析和定义，其次识别系统逻辑架构设计的衍生需求，最后将SysML及FACE Profile逻辑架构模型转换为AADL逻辑架构模型，其具体包括：逻辑架构设计建模主要是对复杂实时嵌入式系统的逻辑组成进行建模设计，使用逻辑组件的方式对系统组成进行表示，并将功能架构中的功能分配到逻辑组件中，使用BDD图描述系统的分解组成关系，最顶层的Block表示系统，其他的Block表示逻辑组件或子系统，Block上的Port用于表示逻辑组件的数据交换端口，使用组成连接关系描述系统组成结构。在逻辑架构中对应的包中新建一个描述数据交换端口的Interface包，数据交换端口具体数据建模在BDD图中采用FACE Profile进行，通过将逻辑组件的Port的类型选择为FACE数
据模型元素建立的数据，实现FACE数据模型和端口的关联；使用IBD图对系统的顶层逻辑组件之间的交互关系以及每个顶层逻辑组件内部的子组件之间和数据交互关系进行描述；连接Connector用于表示逻辑组件(用Property表示)之间的数据连接；使用IBD图进行功能架构中功能和逻辑架构中逻辑组件之间的分配关系描述，在BDD图中将表示功能的Block以Prop...

【专利技术属性】
技术研发人员：季洪新，陶福星，杨林，刘王军，何雄伟，
申请(专利权)人：金航数码科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：