基于AADL的航天嵌入式软件Ada代码自动生成方法

模型驱动开发方法逐渐应用于航空航天等领域的安全关键软件设计与实现中。体系结构分析设计语言(Architecture Analysis and Design Language, AADL)是一种标准化的嵌入式软件体系结构描述语言,通过建模、验证以及代码自动生成为安全关键软件的设计与实现提供完整支持。然而,工业界实际代码是运行在具有不同特性的目标平台上的,例如不同的软硬件体系结构和编程接口,而现有AADL代码生成研究主要是通过手工将自动生成的代码集成到平台当中,存在工作繁琐且易出错的问题。为此,本文提出一种基于AADL的航天嵌入式软件Ada代码自动生成方法。首先,给出卫星姿轨控系统的AADL建模;其次,给出AADL到平台相关的Ada代码自动转化规则;最后,给出代码生成原型工具,并对卫星姿轨控系统AADL模型所生成的代码进行航天编码规范检查,并运行在相关仿真环境中,验证了本文所提方法的有效性。     

一个基于Ada的面向对象建模语言

给出了一个基于Ada的建模语言AML.AML以Ada95为基础,吸取了Ada95的基本原理和思想,利用支持建模的设施对其进行扩充,以便适用于软件建模的各个阶段.AML沿用了Ada95中的程序包概念,并将程序包作为它的核心成份,同时,沿用了Ada95的任务单元和保护单元等设施,以精确描述了软件系统中主动控制成份和资源保护成份的各种特性;AML吸取了图形化面向对象建模语言与建模方法所采用的多视点模型思想,将实体不同侧面的特征分开描述;AML利用一种新的并发模型和限制设施,有效地解决了系统的并发特性和不确定性等非功能特性的描述问题;AML有较强的可扩充性,能应用于各种应用领域.总之,AML是一个既面向用户,面向开发者,又面向系统的通用建模语言,有效地克服了现有一些建模语言在表达能力和应用范围等方面存在的诸多不足.     

AADL软件容错系统建模与评估

提出了一种解决软件客错系统的可靠性评估方法,该方法基于AADL,对嵌入式软件系统进行建模,详细分析了软件系统内部各种构件的各种错误状态和其之间的错误传播,构建了AADL软件系统错误模型,并根据基本的转换规则将其转化为广义随机Petri网模型,使用现有工具对其进行了计算,从而实现了软件客错系统的可靠性评估;以航空交通控制(ATC)为应用场景进行实验.根据经验数据适当的假设了部分构件的失效率,收到了较好效果.     

基于MDE的AADL构件组合兼容的方法

实时嵌入式系统建模语言—体系结构分析与设计语言AADL是一种基于组件的半形式化建模语言,当AADL构件模型进行组合时,因为一些交互活动的序列不匹配从而导致构件组合行为不兼容,提出了一种基于模型驱动方法 MDE的AADL构件组合兼容方法。利用MDE异构模型转换框架将AADL模型转换至接口自动机IA,利用形式化方法验证IA的兼容性,使用IA Tool构建IA模型的构件兼容运行环境,将构造的环境映射到AADL组件,能够解决AADL构件组合的行为兼容性问题。     

安全关键软件的AADL模型自动逆向构造方法

近年来,采用模型驱动(Model-Driven)尤其是形式化模型驱动的安全关键软件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手段.AADL(Architecture Analysis and Design Language)是一种广泛应用于安全关键领域的形式化建模语言标准.在安全关键软件系统开发与维护过程中,部分需求与设计信息往往遗留在源代码中,在对已有软件系统架构进行复用或重构的过程中,如何将这部分需求与设计信息从代码中构造到设计模型是一个重要问题.本文基于模型驱动逆向工程,提出一种从C代码到AADL模型的自动构造方法C2AADL.首先分析了源语言结构、行为和运行时性质,并根据分析结果提出了源代码结构、行为和运行时性质到AADL模型的转换规则,然后根据转换规则设计并实现了原型工具,最后基于雷达信息处理子系统案例验证本文所提方法的有效性.     

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。     

针对AADL模型的可调度性分析方法研究

AADL(Architecture Analysis＆Design Language)语言是美国SAE(Society of AutomotiveEngineers)组织定义的一组满足航空电子综合化设计用的建模语言.它可以描述安全关键嵌入式实时系统功能和非功能性属性,非功能属性包括可靠性、安全性、可调度性等.通过对这些非功能属性进行分析,可以在设计阶段而不是实现阶段纠正系统设计缺陷,缩短系统开发周期和降低开发成本.总结了AADL语言对可调度性分析方面提供的支持,并分析比较了几种针对AADL模型的可调度性分析工具,在此分析和比较基础上,识别它们各自的优缺点,方便使用者根据需要选择合适的工具使用.     

同步语言的时间可预测多线程代码生成方法

能够提供更强计算能力的多核处理器将在安全关键系统中得到广泛应用.但是,由于现代处理器所使用的流水线、乱序执行、动态分支预测、Cache等性能提高机制以及多核之间的资源共享,使得系统的最坏执行时间分析变得非常困难.为此,国际学术界提出时间可预测系统设计的思想,以降低系统的最坏执行时间分析难度.已有研究主要关注硬件层次及其编译方法的调整和优化,而较少关注软件层次,即时间可预测多线程代码的构造方法以及到多核硬件平台的映射.本文提出一种基于同步语言模型驱动的时间可预测多线程代码生成方法,并对代码生成器的语义保持进行证明;提出一种基于AADL(Architecture Analysis and Design Language)的时间可预测多核体系结构模型,作为本文研究的目标平台;最后,给出多线程代码到多核体系结构模型的映射方法,并给出系统性质的分析框架.     

一种基于UML的关系数据库建模方法

数据库建模是软件系统开发工作中的关键,文章提出了一种以面向对象分析阶段的对象模型为基础、并使用统一建模语言UML(Unified Modeling Language)表示数据库概念模型的方法。进一步还讨论了数据库概念模型向关系数据模型的映射方法。     

AADL模型代码自动生成技术研究*

随着嵌入式系统在安全关键领域的广泛应用,必须采用现代软件工程的技术进一步提高其可信性,以保证人们的生命安全。基于模型驱动方法,对AADL（体系结构分析设计语言）模型的框架代码自动生成技术进行了研究,提出了从AADL模型元素到C和Ada的语法元素的映射规则,由此实现了自动代码生成器generator并集成在开源工具OSATE中。最后通过一个实例,说明将AADL模型自动转换为框架代码后与模块代码结合的有效性。     

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-physical system，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（deterministic stochastic Petri-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。     

Towards a verified compiler prototype for the synchronous language SIGNAL

SIGNAL belongs to the synchronous languages family which are widely used in the design of safety-critical real-time systems such as avionics, space systems, and nuclear power plants. This paper reports a compiler prototype for SIGNAL. Compared with the existing SIGNAL compiler, we propose a new intermediate representation (named S-CGA, a variant of clocked guarded actions), to integrate more synchronous programs into our compiler prototype in the future. The front-end of the compiler, i.e., the translation from SIGNAL to S-CGA, is presented. As well, the proof of semantics preservation is mechanized in the theorem prover Coq. Moreover, we present the back-end of the compiler, including sequential code generation and multithreaded code generation with time-predictable properties. With the rising importance of multi-core processors in safetycritical embedded systems or cyber-physical systems (CPS), there is a growing need for model-driven generation of multithreaded code and thus mapping on multi-core. We propose a time-predictable multi-core architecture model in architecture analysis and design language (AADL), and map the multi-threaded code to this model.     

一种结合AADL和IMC的系统可靠性建模方法

随着嵌入式软件在安全关键领域广泛应用,系统可靠性随着其规模、复杂度和性能需求的不断提升而愈显重要。结构分析设计语言AADL是应用于嵌入式领域的体系结构建模、分析和验证的重要手段。由于AADL是一种半形式化模型,需要精确描述其语义才能进行定量分析。提出一种基于AADL的系统可靠性建模方法。首先,结合AADL模型和AADL错误模型附件,得到AADL可靠性模型;然后,提出一种模型转换方法,将AADL可靠性模型的基本元素和错误传播等特殊元素转换到交互式马尔科夫链模型IMC,进行可靠性定量分析;最后,结合法国空中交通控制系统的实例,证明该方法的可行性和有效性。     

复杂嵌入式实时系统体系结构设计与分析语言:AADL

首先归纳了AADL(architecture analysis and design language)的发展历程及其主要建模元素.其次,从模型 驱动设计与实现的角度综述了AADL 在不同阶段的研究与应用,总结了研究热点,分析了现有研究的不足,并对 AADL 的建模与分析工具、应用实践进行了概述.最后,探讨了AADL 的发展与研究方向.     

复杂嵌入式实时系统体系结构设计与分析语言:AADL

首先归纳了AADL(architecture analysis and design language)的发展历程及其主要建模元素.其次,从模型驱动设计与实现的角度综述了AADL在不同阶段的研究与应用,总结了研究热点,分析了现有研究的不足,并对AADL的建模与分析工具、应用实践进行了概述.最后,探讨了AADL的发展与研究方向.     

软硬件综合AADL可靠性建模及分析方法

目前嵌入式系统广泛应用于航空电子、远程医疗、汽车电子等具有高可靠性要求的系统中。随着嵌入式系统的复杂度越来越高,为了保障系统的高可靠性需求,需要在系统开发的早期设计阶段对系统的可靠性进行分析评估,以提高系统的开发效率。嵌入式系统中软件、硬件功能的失效都会对系统可靠性产生影响,而AADL的可靠性模型缺乏对硬件构件错误的影响及传播机制进行刻画分析的能力。本文综合考虑软、硬件错误发生失效后对系统可靠性的影响,提出了一种面向系统架构级别的软硬件综合可靠性分析方法。该方法基于电子电路设计中事务级建模方法,扩展了AADL事务级错误模型的语法和语义,来支持AADL对硬件构件错误传播的硬件功能行为建模,在此基础上,利用AADL模型实例化机制实现对嵌入式系统可靠性建模,刻画了错误行为在硬件构件之间、软硬件构件之间的传播与影响。同时,定义了AADL硬件构件事务级错误模型到广义随机Petri网模型的映射规则,实现了系统软、硬件综合的可靠性行为仿真计算模型组合,支持嵌入式系统的软硬件综合可靠性分析。论文开发了软硬件综合可靠性建模与分析工具原型,并以某型飞机空气增压系统为例,在航空电子系统架构设计中进行尝试,验证了该方法在复杂嵌入式系统设计中进行软硬件综合可靠性分析的可行性与优越性。