基于故障树分析的嵌入式系统AADL模型可靠性分析方法

采用架构分析与设计语言(AADL)建立嵌入式系统的半形式化模型,实现从AADL模型到静态故障树(Static Fault Tree,SFT)模型的转换,并根据故障树定量分析法对系统可靠性进行分析。首先结合AADL错误模型附件建立可靠性模型;然后设计了从AADL模型到SFT模型的语义映射规则,并实现了将AADL模型中的基本元素转换为静态故障树中相对应的元素;最后结合飞机车轮刹车系统实例,使用文献中提出的方法对其进行可靠性分析,从而验证 所提方法的可行性和有效性。     

建立和分析安全关键系统的错误传递图

一个大型的安全关键系统常常由成千上万的部件所组成．在这类系统中检测错误会耗费巨大的时间和代价。讨论如何根据系统的行为和功能．以及部件之间的关系来建立FPG;如何用形式方法描述FPG,以及使用多重错误检测（MFD2）算法来确定错误的源头,利用错误模式和后果分析方法有选择地在系统部件上放置警报器器。为系统来建立一个错误传递图来检测错误．能够极大的减少系统的重担。实验证明在识别错误的来源时使用多重错误检测算法能够识别出产生单一或多重错误的源节点．     

建立和分析安全关键系统的错误传递图

一个大型的安全关键系统常常由成千上万的部件所组成,在这类系统中检测错误会耗费巨大的时间和代价。讨论如何根据系统的行为和功能,以及部件之间的关系来建立FPG;如何用形式方法描述FPG,以及使用多重错误检测(MFD2)算法来确定错误的源头,利用错误模式和后果分析方法有选择地在系统部件上放置警报器器。为系统来建立一个错误传递图来检测错误,能够极大的减少系统的重担。实验证明在识别错误的来源时使用多重错误检测算法能够识别出产生单一或多重错误的源节点。     

一种计算混合关键任务响应时间的方法

混合关键系统中不同关键等级的任务在同一个平台运行,任务的可调度性分析更加复杂.基于目前最有效的固定优先级混合关键的调度算法AMC(adaptive mixed criticality),提出了一种任务响应时间分析算法AMC-PM(AMC partition max).该算法将任务最长执行时间(worst case execution time,简称WCET)分成低关键等级态执行时间与高关键等级态执行时间,将这两部分对应的最长响应时间加起来得到总的响应时间上界.通过仿真实验,与已有的AMC响应式分析算法进行比较,结果表明,在任务高关键下最长执行时间较小时,与AMC-rtb相比,AMC-PM能够显著地提高系统的可调度性.同时与AMC-max相比,AMC-PM能够显著降低算法的运行时间.     

基于异构多核系统的混合关键任务调度算法

针对目前混合关键系统任务调度过程中处理器利用率不高、对非关键任务消极处理、不允许关键任务核间迁移等问题,提出一种适用于异构多核系统的混合关键任务调度算法。在处理器映射阶段优先将关键任务分配到强核上,并以处理器最大剩余带宽为指标进行任务分配,在系统模式切换时考虑关键任务的核间迁移,引入回收队列对被丢弃非关键任务进行回收再分配。仿真结果表明,该算法能最大限度保证关键任务在截止期前完成,同时提高非关键级任务的执行率和系统的任务接受能力。     

基于关键谓词的程序错误定位方法

将程序切片技术应用于程序错误定位可以大量减少需要测试的语句数。提出一种基于关键谓词的程序错误定位方法,从程序中找出能影响输出结果的关键谓词,对该谓词和错误输出语句进行数据切片,并引入代码优先技术。该方法考虑了数据依赖和控制依赖,能实现准确快速的错误定位。     

基于Markov模型的系统安全性和可靠性分析

建立了二乘二取二系统状态转换的Markov模型,研究了失效率、维修系数、故障检测覆盖率等参数对二乘二取二系统的安全性、可靠性和可用性的影响,证明分布式二乘二取二系统具有更高的可靠性、安全性。     

基于AADL的CPS系统分析与设计

信息物理融合系统CPS(Cyber Physical System)的建模需要融合离散计算实体与连续物理实体,而传统的建模方法却是分别对两者进行建模,缺乏对两者相互融合的抽象。针对这种情况,利用结构分析与设计语言AADL(Architectural Analysis and Design Language)在基于模型开发上的优势,对AADL所不能支持的时空、行为、动态连续等方面进行扩展,通过比较现有元胞自动机、Modelica与AADL的区别与关联后,提出相应的变换公式将两者用AADL的形式表达。以车联网CPS系统为案例,详细描述系统的组成与建模过程,并对该模型在系统体系结构、端到端的流延迟等方面进行分析验证,证实该方案的可行性与正确性。     

车辆正碰安全性的混合可靠度分析

研究汽车结构可靠性能优化问题,由于设计中原材料加工、装配等众多不确定因素,整车的舒适度及承受碰撞能力不符合可靠性标准的要求等,导致汽车的实际状况存在抗击模型不确定性,使结构可靠性准确计算变得较为困难。根据概率与非概率混合可靠度模型及其求解技术,结合有限元软件分析以及代理模型技术构造响应面,进行轿车正碰可靠性计算,通过计算获得可靠性指标区间。实际算例表明算法具有较高的计算效率及精度,对实际设计工作有一定参考价值。     

一种SysML模型到AADL模型的自动转换方法

安全关键系统的实现需要通过需求、设计、集成、验证和测试等多个阶段。近年来,模型驱动开发方法逐渐成为安全关键系统设计与开发的重要手段。由于还没有一个建模语言能够支持整个安全关键系统开发生命周期,因此选择集成使用2种广泛使用的标准语言:系统建模语言(SysML)和嵌入式实时系统体系结构分析与设计语言(AADL)。SysML和AADL提供了同一系统的2个不同视图,SysML模型为系统工程师提供了一个系统视图,AADL为架构设计师建立一个较低层次的设计视图,它结合了实现所有功能的硬件、操作系统和代码。提出一种SysML模型到AADL模型的自动转换方法。首先,定义SysML子集SubSysML,主要包括模块定义图(BDD)、内部模块图(IBD)、活动图(ACT)子集和从IBD和BDD扩展的AADL Profile;其次,定义SubSysML到AADL的转换规则并设计转换算法;然后,对生成的AADL初始模型进行精化;最后,使用EMF框架技术实现SubSysML到AADL的模型转换工具并通过雷达案例验证所提方法的有效性。     

基于MEMS陀螺仪的随机误差分析

为了提高MEMS陀螺仪测量精度,减少随机误差的影响,对产生随机误差的噪声源及其随机误差模型进行了分析;通过分析MEMS陀螺仪自身结构的缺陷并且对其输出数据进行了相应的滤波处理与平稳性检验,确立了合适的误差模型并利用Kalman滤波进行误差补偿,验证了模型的有效性;同时运用Allan方差法对MEMS陀螺仪噪声项进行了分析,确定了影响MEMS陀螺仪测量性能的主要因素以及比较了滤波前后的各项噪声源系数,检验了滤波效果且实验结果证明误差模型显著提高了MEMS陀螺仪的测量精度。      

Using Markov Chain Based Estimation of Distribution Algorithm for Model-Based Safety Analysis of Graph Transformation

The ability to assess the reliability of safety-critical systems is one of the most crucial requirements in the design of modern safety-critical systems where even a minor failure can result in loss of life or irreparable damage to the environment. Model checking is an automatic technique that verifies or refutes system properties by exploring all reachable states (state space) of a model. In large and complex systems, it is probable that the state space explosion problem occurs. In exploring the state space of systems modeled by graph transformations, the rule applied on the current state specifies the rule that can perform on the next state. In other words, the allowed rule on the current state depends only on the applied rule on the previous state, not the ones on earlier states. This fact motivates us to use a Markov chain (MC) to capture this type of dependencies and applies the Estimation of Distribution Algorithm (EDA) to improve the quality of the MC. EDA is an evolutionary algorithm directing the search for the optimal solution by learning and sampling probabilistic models through the best individuals of a population at each generation. To show the effectiveness of the proposed approach, we implement it in GROOVE, an open source toolset for designing and model checking graph transformation systems. Experimental results confirm that the proposed approach has a high speed and accuracy in comparison with the existing meta-heuristic and evolutionary techniques in safety analysis of systems specified formally through graph transformations.     

基于XML的UML模型向AADL模型的自动转换

UML已经成为复杂系统建模的工业标准,并可借助代码自动生成工具实现从分析到编码的开发过程自动化;AADL具有精确的语义和严格的语法规范,可用于描述嵌入式实时系统的软、硬件体系结构,并能分析系统的功能及非功能属性。 UML和AADL模型的基本元对象有相互对应关系,并且两种模型的表示都能够采用标准的XML的交换格式。为充分发挥两种语言的优势,文中研究了UML模型向AADL模型的自动转换,以XML为媒介实现两种模型的元对象的对应转换,最终达到两种模型的转换,使用户在设计阶段能够结合运用AADL、UML工具的优点对系统进行分析。     

AADL分级调度模型的分析与验证

针对嵌入式系统体系结构分析设计语言(architecture analysis and design language, AADL)分级调度模型的分析问题,提出了基于模型检验的可调度性分析和验证方法.基于时间自动机理论,将AADL分级调度模型转换为时间自动机网络,将待验证性质描述为时序逻辑公式,通过模型检验工具对可调度性进行分析和验证.研究结果表明,使用模型检验方法来分析AADL分级调度模型的可调度性是可行的.相对其他方法而言,该方法利用了形式化方法的穷举性来分析系统的性质,分析结果更加精确.     

基于AADL的失效概率分配及安全性评估方法

当代航空系统是复杂的安全关键信息物理融合系统(cyber-physicalsystem,简称CPS).失效概率分配是民用航空系统及设备初步系统安全性评估过程的重要工作,AADL(architecture analysis and design language)适用于航电系统的设计开发,对AADL模型实施失效概率分配和安全性评估是不可或缺的.提出了基于AADL的失效概率分配方法,可将系统失效概率分配给子构件,作为其安全性需求.该方法综合考虑系统架构设计、模型复杂度和严酷度(severity)等级.通过结合失效概率分配方法和确定性随机Petri网(deterministicstochasticPetri-net,简称DSPN),进一步提出了基于AADL的安全性评估方法,将系统的AADL模型转换为DSPN模型,以计算子构件的失效概率,并评估子构件是否满足安全性需求,直到设计出满足安全性目标的架构模型.最后给出了失效概率分配方法与安全性评估方法的实现算法和工具结构,并通过将所提出的方法应用到飞行控制系统,表明所提方法能够有效地完成失效概率分配和安全性评估.     

基于传输误差的网络控制系统调度方法

提出一种基于网络传输误差的控制系统调度方法,分析经典的静态和动态调度策略,给出通信网络的可调度性判据和网络调度下的控制性能稳定性约束。针对不可调度情况,使用网络监测得到网络传输误差,调整传感器的采样周期和在控制器进行数据包补偿的方法,并通过仿真实验验证该方法的有效性。     

改进的程序时序安全属性模型检测技术

针对程序时序安全属性模型栓测技术改进模型检测算法,使安全漏洞状态机以函数为单位进行扩展,简化程序模型检测过程,以提高检测效率.存检测过程中加入别名分析,考虑安全操作之间的数据流依赖关系,以提高检测的准确性.实验结果表明,改进后的方法比原检测方法具有更高的效率和准确性.     

基于SMT的PTACTL限界模型检测方法

概率时间自动机是在时间自动机的基础上加上各个状态迁移的概率以后形成的一种扩展的时间自动机,能用来对基于时间的随机协议、容错系统等进行建模,具有很强的实用性。本文针对概率时间自动机给出一种基于SMT的限界模型检测方法来验证该模型下的PTACTL性质,该方法由基于SMT的限界模型检测算法演变而来,通过将迁移时间和迁移概率融入ACTL性质中,改变模型的编码以及待验证性质的编码方式来实现对性质的验证。通过2个实例说明检测过程的有效性和高效性。     

基于时间自动机的信息物理融合系统建模与验证

信息物理融合系统的建模和验证是当前研究的一个热点。本文通过分析信息物理融合系统的体系结构,利用时间自动机为建模工具,将该结构中的各个组件分别进行建模,以表现它们的分布性和实时性。这些时间自动机组成一个网络模型,用于刻划整个系统之间的并发通信和协作过程。最后,提出一组该系统要满足的性质(包括时间约束),运用模型检测工具UPPAAL自动验证本系统的正确性。