基于模型检查的嵌入式软件构件化分析与验证

对嵌入式软件构件化进行准确分析与验证,能够为嵌入式系统安全、稳定的运行提供保障。提出一种基于模型检查的嵌入式软件构件化分析与验证方法。设计一种用于检查软件构件的模型,为嵌入式软件构件化分析与验证提供理论基础;将嵌入式软件系统模型用SMV语言的形式表达,利用SMV模型检查工具实现对嵌入式软件运行状态的分析与检验。实验结果表明,该模型能够对嵌入式软件构件化的非功能性方面的设计要求进行准确分析与验证,为嵌入式系统安全稳定的运行提供了保障。     

一种面向嵌入式软件体系结构的形式化建模方法

为了解决MARTE（Modeling and Analysis of Real Time and Embedded systems）在建立嵌入式软件模型时不够精确的问题,结合Object-Z和PTA（Probabilistic Timed Automation）的优点,本文提出了一种集成的形式化建模方法--PTA-OZ.该方法不仅能够对嵌入式软件模型的静态语义和动态语义进行精确描述,而且通过模型转换规则,能够将MARTE模型转换为PTA-OZ模型.并对模型转换的语义一致性进行了验证,证明本文方法在转换过程能够保持结构语义和行为语义的一致性.最后通过实例模型描述从嵌入式软件建模到属性检验的过程.     

嵌入式系统软件模拟及硬件接口设计的快速验证

该文提出了一种面向宿主机器代码编译的嵌入式软件功能验证方法,该方法从系统行为级验证系统功能,通过建立RTOS软件模拟器,实现嵌入式软件功能及硬件接口设计的快速验证,并以椭圆滤波器为例,阐述如何使用该方法验证嵌入式系统软件和硬件接口功能。     

基于xUML的模型一致性问题研究

xUML是一种统一建模语言UML的扩展语言,可用于实现自动代码生成。针对xUML代码生成过程中出现的模型不一致问题,文中提出了一种基于xUML类图和活动图的模型完整性和一致性校验方法。首先给出了模型完整性和一致性的校验规则,其次给出了基于规则伪代码形式的算法描述,最后利用工具结合一个具体的实例对完整性和一致性检验算法进行验证。实验结果表明,该方法可以用于对类图和活动图的完整性和一致性验证。     

基于模型检验技术的源程序分析研究

提出并实现了一种基于模型检验的源程序分析方法,该方法的主要步骤是将C/C++源代码转换为与控制流图等价的Kripke结构,用CTL公式描述源程序待验证的性质,通过使用NuSMV模型检验工具实施对源程序分析,实验验证表明,该方法能够给实现对源程序分析的目标.     

基于扩展层次自动机的UML状态图完备性和一致性检验

UML状态图是UML中重要的建模元素之一,用以描述软件系统的离散行为。完备性和一致性是UML状态图模型最重要的性质之一,是进一步验证模型行为正确性的前提。给出了状态图模型完备性和一致性的定义,研究了对完备性和一致性进行检验的方法。该方法首先把状态图模型变换成扩展层次自动机(EHA),然后对EHA进行分析。EHA中间格式消除了状态图的复杂性,简化了冲突迁移的优先级判别,便于设计简捷有效的算法对完备性和一致性进行检验。该方法的主要优点是利用了EHA的特性,给出了组合状态上迁移的传播算法,解决了完备性和一致性分析的难点。     

基于FPGA的高自由度离散电平测试工具研究

随着工业技术的不断发展,其涉及到的嵌入式软件系统日趋庞大,接口关系更加复杂,软件系统由于接口问题造成的损失也越来越大。针对当前嵌入式软件接口的特点,为解决不可通过工具直接进行接口测试的问题,文章基于FPGA芯片设计了一款高自由度离散电平测试工具。该工具可产生、采集任意频率和长度的离散电平信号;支持6种方式的编解码;兼容3.3V和5V电平;兼容SPI、UART、I2C等常见接口;可产生和采集PWM波形;对离散信号维度持续时间进行统计。大量的功能仿真和实物测试验证,该工具稳定性、可靠性、实操性良好,具有一定的实用价值。     

基于模型的悬挂物管理系统工程研究与应用

为应对目前悬挂物管理系统愈发复杂的情况,首次将基于模型的系统工程设计方法应用于悬挂物管理系统开发过程,使用Harmony方法,采用DOORS,Rhapsody等工具,对项目系统进行需求分析、系统功能分析、架构分析与设计,得到一系列用例模型与接口,完成对需求的验证和系统的分析设计。相比传统的以文档为中心的设计方法,基于模型的系统工程方法对需求的追踪验证更加充分,能够及时避免需求偏离所引起的重复设计,有效地提高了开发效率。     

基于CPCI系统的高速数字通信接口电路设计与应用

随着航空电子系统的迅速发展,系统间频繁的信息交换和共享对数据传输实时性和可靠性的要求日益提高。针对这一要求,提出了一种基于CPCI系统下实现AFDX协议端系统接口功能的方法,为通用信号处理平台与AFDX网络的连接提供接口,实现AFDX协议数据的高速、可靠性传输。给出了采用FPGA实现该功能的整体方案,详细描述了基于FPGA硬件开发的各个模块的设计,介绍了基于Micro Blaze的嵌入式软件设计方法,在EDK中采用C语言实现AFDX协议IP层以上的封装和解封装。最后经过仿真验证和测试,验证了设计的正确性。     

一种软硬件协同设计工具原型及其设计描述方法

软硬件协同设计工具不但需具有软硬件功能划分的能力,而且应可实现系统级设计到软硬件基本结构的综合。提出一种利用进程代数为高层设计语义基础,可重用现有软硬件设计工具资源的软硬件协同设计工具的实现方案框架,重点讨论其中的设计描述问题。采用这种基于语言变换的软硬件协同设计工具方案有利于对系统的活性、安全性、接口一致性等性质进行高层仿真与形式验证,具有可用性、易扩展好等优点。     

GB／T18657传输规约的构件设计与实现

针对电能质量监测系统中的数据传输问题,对GB／T18657远动设备与系统传输规约进行分析。根据规约的分层结构特点,定义并实现物理接口层构件、链路层构件、网络层构件。在具体的实现过程中,为构件定义状态和控制数据结构,使用基于消息的连接子实现构件的组合。通过在基于STM32的嵌入式设备上的实现,验证了构件的结构和组合方式,满足嵌入式系统的要求,使得程序结构清晰,易于测试维护,提高系统的稳定性。     

二阶多智能体系统的有限时间收敛的一致性控制

本文研究了二阶多智能体系统在有限的时间内实现一致性收敛的问题。主要研究对象是多智能体系统,该系统的网络拓扑图是固定的无向强连通网络拓扑结构图,采用一个领导多个跟随的模型,通过设计控制器,对理论结果进行了Lyapunov时间稳定性理论的证明,最终实现了二阶多智能体系统有限时间的一致性控制,并给出了该二阶多智能体系统有限时间内一致性收敛的条件。最后通过计算机对收敛结果进行MATLAB仿真验证,证明此控制器的可行的,能够实现有限时间内的一致性收敛。     

基于微分动态逻辑的CPS建模与属性验证

随着信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems,CPS)应用的越来越普及,CPS的设计和实现能否满足实际需求显得至关重要.本文提出了一种CPS建模与属性验证框架.在框架中,首先使用HybridUML对CPS进行建模,然后将该通用模型转换为形式化模型,进而进行形式化验证.本文采用的形式化验证方法为dL(Differential Dynamic Log-ic),其操作模型为hybrid program.将HybridUML模型转换为hybrid program时,基于语义一致性的原则定义转换规则.转换完成后,结合得到的hybrid program对验证的CPS属性进行规约,最后使用定理证明器KeYmaera对属性进行自动化验证.     

面向任务的作战系统模型一致性研究

为检测作战系统中任务模型的一致性,文中基于图文法提出一种形式化的检测方法:把作战系统模型转换成属性图文法,并检测功能需求间冲突和依赖。循环依赖将导致模型无法执行,错误依赖则表示功能需求与动态模型的执行流程不一致。文中对此提出相应的依赖检测算法,循环依赖检测算法通过深度优先搜索找到依赖关系中的环,错误依赖检测算法通过遍历活动图检测依赖关系与动态模型的执行流程是否一致。最后基于该方法实现了作战系统模型一致性检测系统并结合实例进行验证。     

基于AADL的航电系统可靠性分析工具

为了支持航电系统可靠性分析评估过程的自动化,设计并实现了AADL可靠性分析工具RAT。以用例图说明工具的功能需求,以活动图说明工具的功能间交互流程。给出工具的功能模块的划分、部署及实现。通过对机载设备进行可靠性评估,验证了该工具设计思路和方法是有效的,这为航电系统设计方案的检验与评估提供支持,也为系统满足适航标准的开发过程和安全性目标提供证据。     

以DNA为载体的线性时序逻辑模型检测

线性时序逻辑模型检测被广泛应用于处理器设计与验证、网络协议验证、安全协议验证等领域.然而到目前为止,该技术只能在电子计算的平台上实现.为了以脱氧核糖核酸(Deoxyribo Nucleic Acid,DNA)为载体对线性时序逻辑(Linear Temporal Logic,LTL)实施模型检测,给出了使用粘贴自动机实现Until算子模型检测的方法.首先,使用粘贴自动机对Until公式的有穷状态自动机(Finite State Automata,FSA)模型进行编码;然后,将系统模型转换为粘贴自动机的输入字符串;最后,用粘贴自动机验证系统是否满足公式.仿真实验结果证实,新方法可实现对LTL逻辑时序算子的检测.     

基于MBSE的辅助动力装置进气风门控制需求分析

基于模型的利益相关方需求分析是一种MBSE的需求分析方法。本文以某型辅助动力装置进气风门控制为例,应用该方法进行需求分析。选择基于SysML语言的开发工具Rhapsody建立用例图、活动图、顺序图和状态机图等模型;并结合测控工具LabWindows/CVI开发了一套进气风门控制需求仿真验证系统,保证需求的正确性和完整性。     

SysML状态图合理性验证研究与实现

给SysML赋予形式化语义,可在目标系统生成前,对系统的模型进行合理性验证。模型在实现前就被验证,可减少目标系统的测试周期。文中用SysML状态图表示系统的行为模型,通过体系结构和业务需求两方面对行为模型进行验证。按照语义规范和性能需求的标准验证状态图的体系结构。另一方面,在体系结构正确性的基础上,执行带有动作规约语言的状态图,可得到状态图对象的行为过程。并通过判断该行为过程与人们所期望的是否一致,再对业务需求进行验证。最终通过实验验证了该方法的有效性和可行性。     

基于增强现实的动态红外场景仿真系统设计研究

传统的仿真技术会受算法的复杂度、运算能力及接口等的限制。针对这一问题,设计了一种基于增强现实的思想在真实图像上进行实时动态红外场景仿真的系统。首先使用3DS MAX生成虚拟目标模型,再对虚拟目标模型进行几何一致性变换和红外辐射一致性变换,使用SURF-ORB特征匹配对探测器的运动姿态进行跟踪,最终通过光栅渲染使虚拟目标与真实场景进行虚实融合,完成基于增强现实的动态红外场景仿真系统的设计。实验结果显示,该系统能够实现高帧频、高真实性的红外仿真图像,具有较强的可扩展性。     

面向模型检验的跨时钟域设计电路 特性生成方法

对跨时钟域设计进行功能验证是SoC验证中的难点问题.传统的面向跨时钟域设计的模型检验方法并没有充分考虑电路特性描述的完整性问题,然而制订完整的电路特性是模型检验有效性的基础,不全面的电路特性描述将可能隐藏设计错误.为生成完整的描述跨时钟域设计的电路特性,本文首先提出基于有限状态自动机的电路特性生成方法;然后为缓解状态空间爆炸问题,提出基于亚稳态的数值化简策略.通过对两个典型的跨时钟域设计进行实验的结果表明,采用本文方法不仅能够达到100%的电路特性覆盖率,而且可以发现被传统方法隐藏的功能错误.同时模型检验的时间代价也能够得到大幅度降低.