舒国强[1]2003年在《面向对象的实时系统可调度性验证和代码生成技术研究》文中进行了进一步梳理实时系统在工业界和人们日常生活中扮演着日益重要的角色，其开发方法学和实现技术也一直是学术界研究的热点课题。面向对象的分析和设计方法在非实时领域已经取得了巨大的成功，但它在实时系统特别是具有严格时间约束的硬实时系统中的应用目前仍然处在探索阶段。目前使用面向对象方法开发实时系统研究的热点问题包括：时间约束在对象模型中如何描述、如何应用传统的实时系统理论验证时间约束、以及如何在系统实现中保障时间约束的满足。 在上述研究背景之下，本文研究了一种以保证时间约束为最终目标的实时系统面向对象开发方法，该方法应用了可调度性验证和自动代码生成两项核心技术，解决了一类时间约束的验证和保障问题。本文的研究内容分为叁个部分：系统建模、模型的可调度性验证、模型的自动代码生成。这叁部分分别对应本文研究的实时系统开发方法应用的叁个步骤。 本文首先基于UML语言建立了一个实时系统对象模型的四部分核心元素集合，给出了系统行为特别是时间约束有关的建模元素的形式化定义，它们是对实时系统进行分析和实现的依据。本文研究了从对象模型中提取出和时间约束有关的任务集合，并应用传统的实时调度理论验证端到端时间约束的方法。本文讨论几种典型任务集合的实现，并分别分析了它们的调度性验证算法和结论。为了保障系统实现能够和设计模型一致地满足时间约束，本文给出了从对象模型自动生成目标平台上源代码的方法，并基于一个简单的目标平台接口规范设计了运行时支持库。 本文的研究工作是对使用面向对象方法开发实时系统的探索，本文的研究成果可以为实时系统开发的工程实践提供的理论指导。最后作者通过一个完整的实例研究说明了本文构造的方法在工程实践中的应用。
湛辉来[2]2003年在《基于UML的实时系统并行对象模型》文中研究说明随着面向对象的技术在应用软件系统领域的发展和成熟，人们也逐渐用面向对象的方法来分析和设计嵌入式实时系统。在面向对象的分析和设计过程中，人们经常借助模型来分析和设计系统。实时系统中的活动往往是并发进行的，而目前大多数面向对象模型只提供了描述系统顺序执行的能力。为了加强面向对象模型的表达能力，必须在面向对象模型中提供并发描述机制，使其能够描述系统中的并发行为。在最终的可运行的实时系统中，并行运行的任务往往是通过进程来实现，进程构成了系统并行运行的基本对象。UML作为面向对象的标准建模语言，是面向对象技术领域中的重要成果，在采用UML进行实时系统开发的过程中，人们往往采用主动对象来表示系统中并行运行的实体，而主动对象由于表达能力的限制，不能够对系统的并发性作出一个完整的、详尽的描述，这就要求我们能够提供一种新的机制来描述实时系统中的并行对象。本文针对实时系统中进程的特点，采用UML的扩展机制，提出了一种新的用于表示实时系统并发性的模型元素以及采用这些元素建立系统模型的方法。 首先，根据UML的扩展机制在UML的语义中定义了几种新的模型元素：用于表达系统中并行运行的对象的封装体和用于描述封装体对象间通信的协议。其中，封装体代表系统中并行运行的基本单位，因此是一种特殊的主动对象。它有着区别于主动对象的语义和表示方法，而协议被定义为一种协作，端口是参与协作的主要角色，通过状态机定义了端口间消息收发的序列，并隐式地描述了封装体对象之间的同步要求。其次，介绍了通过UML的标准建模机制，利用这些模型元素建立实时系统中并行对象模型的方法。最后，根据UML的扩展语义提出了构造基于编程语言的描述实时系统并行对象的基础类库的方案，和采用基础类库建立实际系统中子类的方法。对封装体和端口在基础类库中均给出了相应的C＋＋的类的定义。从而使得我们能够利用这些元素在模型层建立关于一个具体的实时系统的并发性的形式化的UML模型，并可以利用形式化的方法来分析和验证系统的正确性，同时也对系统运行代码的自动生产奠定了基础。
薛建民[3]2007年在《分布式异构的实时系统的面向方面建模方法》文中认为“关注点分离”一直都是软件开发的一个重要目标和原则。针对面向对象技术在处理分散于系统各处的横切关注点上的不足，业界提出了面向方面编程。面向方面编程是在现有的面向对象编程的基础上，通过引入一个“方面”概念而产生一种基于关注点(concern)分离的新技术，系统不同的关注点能够分离并单独进行设计。由于面向方面方法在处理关注点分离上有优势，所以它被越来越多的软件系统引入来处理诸如安全性、授权、验证和异常处理等横切需求，因此软件界又提出了面向方面软件开发。面向方面的软件开发方法使横切于整个系统中的关注点的实现更具有模块性，容易实现系统的演化。系统功能构件设计时不需要考虑散杂在对象中的关注点，这样提高了模块的可追踪性、模块的可重用性、系统的可维护性。面向方面建模在软件开发各个阶段用一致的方法来详述、可视化、构造和文档化方面相关产品，在整个软件开发过程可以使用面向方面技术。UML是一种定义良好，易于表达、构建、文档化和可视化的建模语言。它捕捉了被构建系统的有关决策和理解，用来理解、设计、浏览、配置、维护以及控制系统的信息，UML可以与所有开发方法，生命阶段、应用领域及媒介一同使用，统一了过去的建模技术和经验，将当前软件的最佳实践合并之标准的方法。具有众多的开发工具与技术支持，它的扩展机制可以应用于不同的领域与场合。分布式异构实时系统是现实世界最为复杂的一类系统，利用基于UML扩展机制进行面向方面的建模，根据关注点分离技术，把系统的实时性方面、异构方面、分布方面、调度方面和同步方面从系统中分离出，对UML建模语言进行扩展，对实时性方面建立时间特性的方面模型，异构方面建立中间件模型，分布方面建立方面的并行／并发模型，调度方面建立方面调度模型，同步方面建立同步模型来完成分布式异构实时系统的建模。本文系统地介绍了面向方面技术的基本概念及核心思想，完整的介绍了面向方面建模领域的研究现状。对UML扩展机制进行分析，对其在面向方面的建模方法进行了研究和阐述，对分布式异构实时系统特点进行了分析阐述，建立了实时性、异构、调度、并发于同步的UML扩展模型并给出了一个应用实例。
王承启[4]2009年在《嵌入式系统设计方法研究与嵌入式避障机器人的实现》文中研究说明随着计算机产业的发展与变革,嵌入式系统的研发已经成为目前的热门领域。从最初的单片机结构到现在带有专门操作系统的嵌入式结构,嵌入式系统的需求复杂性日益提高,规模也在逐步扩大,因此如何设计复杂的嵌入式系统也就成了目前需要讨论的一个重要课题。然而,传统的嵌入式系统设计方法没有统一的标准,开发过程中人为因素影响严重,并且在软硬件协同设计方面缺乏灵活性和有效的联系手段,使得嵌入式系统在效率、成本等方面存在不足。因此本文主要对嵌入式系统设计方法进行了研究,提出基于UML的嵌入式系统建模方法和采用可重用设计方法的软硬件协同设计。并通过对嵌入式避障机器人系统的设计实例具体说明了各种嵌入式系统设计方法的应用过程。本文首先通过研究现有的UML技术,结合嵌入式系统开发中所存在的问题,提出了一种基于UML的嵌入式系统建模方法。并通过嵌入式避障机器人的成功设计实例证明了其有效性。在嵌入式系统设计中提出了一种适合软硬件协同设计的新方法,此方法基于可重用设计方法学并对其进行了拓展,延伸出了基于可重构平台的系统级设计方法和利用可测性算法的可重用设计方法。同时借助嵌入式避障机器人设计与实现的实例阐述了这两种可重用设计方法对嵌入式系统设计的作用。并且通过对嵌入式系统设计和开发的经历和经验的总结,详细论述了如何结合需求和不同嵌入式平台特点,探讨合理的嵌入式系统应用方案。在避障机器人设计与实现的过程中根据设计需求,在特定应用环境下对传统的人工势场机器人避障算法进行了改进,提出了一种改进的人工势场算法,并在实际应用环境中取得了很好的效果。在机器人无线视频传输系统的开发中对基于网络自适应技术的网络视频实时传输进行了研究和实验并得出了一套比较有效的网络自适应调节方法。降低了视频实时传输对网络的要求,提高了视频传输的实时性。
刘瑞成[5]2006年在《基于UML和形式化方法的面向方面实时系统模型》文中提出关注分离在软件工程上是一种广泛应用的原理,认为难于理解的复杂问题应该被划分为一系列容易理解的简单问题。这些简单问题能够容易解决和集成到原处,从而解决原来复杂的问题。由于问题被分解为人容易理解的小单元,而且适合于各种需求的变化,因此这种软件开发方式能够给程序带来更好的可理解性、维护性、适应性和重用性。 实时系统已经广泛应用于各个领域,但是实时系统具有很多非功能需求(例如实时性),且这些非功能需求往往横切整个系统模块,引起代码混乱和代码分散等问题,导致系统难于设计、重用和维护,严重影响系统的性能。 面向方面编程作为一种基于关注分离的新软件开发范例,能够通过引入实现横切关注点的方面来获得更高的功能性和非功能性关注点的分离,而且系统不同的方面能够进行单独的设计,并织入系统。它不仅能够解决面向对象编程在设计横切关注点时陷入的“应该设计不足还是宁可过分设计”的两难境地,还能够很好的解决上述遇到的问题。 目前面向方面编程的实现语言已经不少,例如AspectJ等,但仍然没有适用面向方面程序设计的建模语言。因此,我们利用UML和形式化方法来设计面向方面程序,并建立相应的面向方面软件设计模型来设计实时系统。 本文分析介绍了实时系统、面向方面软件设计以及UML等技术;总结了UML建模实时系统现有的方法;论述了扩展UML建立的时间模型;提出一种新的基于UML的面向方面软件设计模型(AOSDM-UML),通过扩展UML表达AOP的相关概念,在UML的元模型层次上设计AOSD的模型框架,从结构模型、行为模型和方面织入等几部分建立面向方面的设计模型,并结合实例说明整个建模过程。即利用UML的类图实现方面的结构模型、方面与核心组件以及方面之间的静态关系,协作图表达方面与核心组件之间的动态行为,最后通过状态图细化系统的动态行为,实现在状态图中表达方面与核心组件以及方面之间的织入关系。接着进一步结合形式化语言实时逻辑对AOSDM-UML进行实时扩展,并通过电梯例子来说明实时系统的建模过程。
肖亚利[6]2003年在《面向对象的实时软件开发方法研究》文中认为本文通过对面向对象的方法研究，以及对实时软件工程过程的研究工作，提出了一个整体的实时软件的开发和实现方法，主要是针对空中交通管制中软实时系统的开发方法研究。文章建立了实时系统整个开发的过程模型，定义了在该模型过程中的各种活动，以及在开发的各个阶段应该建立的模型、需要的文档等。 文章分析了软件工程的现状、软件工程中的一般活动，以及在现代软件的开发中使用的开发过程模型。并针对实时软件的特点，特别是软实时软件的特点，以及传统的实时软件的分析、设计方法，深入地探讨了在实时软件中实施软件工程方法的困难和特点，同时提出实时软件的工程化的要求。 本文给出了一个实时软件的开发和实现方法。它的开发期模型采用对统一开发过程UP(Unified Software Development Process)开发模型的实例化，生成一个可用于实时软件开发的具体的开发方法。UP是一个工业标准的软件工程过程，它定义了软件开发的人员、开发活动、什么时候和怎么进行开发的过程，它是一个通用的软件开发过程，在具体的软件开发项目中必须进行实例化。 在对UP进行实例化的实时软件的开发过程中，我们采用四个开发阶段：初始阶段、细化阶段、构造阶段、移交阶段；每个阶段使用五个核心活动：需求、分析、设计、实现、测试。整个开发过程采用增量迭代开发：四个阶段的一次迭代产生一个迭代产品；每个阶段内部各种核心活动迭代，产生阶段输出结果，作为下一阶段的需求输入。 在本文的实时系统开发过程中，采用面向对象的方法进行实时软件的工程面向对象的实时软件开发方法研究化，对整个过程中如何实施面向对象方法从需求、分析、设计、测试等活动中进行了一一描述。在整个开发过程中使用面向对象的建模语言UML描述开发过程中的各种模型:需求模型、分析模型、设计模型、实施模型、部署模型等。， 基于该面向对象的实现方法，文章对空中交通管制系统的飞行计划处理子系统的开发过程作了详细描述。我们给出了四个阶段的一次迭代过程，描述了在每个阶段如何进行需求、分析、设计、实施、测试活动，给出了在每个开发阶段的各种核心活动中具体的模型，以及这些模型随着迭代活动的进行他们的变化过程。 使用这种面向对象的实现方法，在实时软件系统的开发过程中带来了面向对象开发技术的各种好处，增强复用、缩短开发周期、有利于提高软件质量、降低开发风险，降低开发成本等，使得实时软件的开发走上一个工程化的良性开发过程。
李双庆, 曹银龙[7]2006年在《基于UML扩展的实时系统建模方法》文中进行了进一步梳理UML是一种应用广泛的面向对象建模语言,但是在对实时系统的建模中,UML缺乏实时和并发特性的描述能力,运用UML的扩展机制,借鉴着色Petri网描述并发的思想,扩充了UML的模型元素,并在此基础上提出了一种并发图,用于描述实时系统任务间的动态并发行为。最后通过一个实例说明了该扩展的应用方法和有效性。
李秀华[8]2007年在《基于UML模型的软件可靠性测试技术的研究与实现》文中进行了进一步梳理计算机技术已经广泛应用于航空、航天、国防、电信、交通、金融、医疗等领域。在这些领域中,软件系统规模庞大,逻辑复杂,其可靠性和安全性往往有很高的要求。因此,研究如何保证并提高软件产品的质量和可靠性已成为计算机科学的一个重要领域。统一建模语言(UML)是一种描述能力强大且涵义直观的面向对象系统的可视化建模语言,它提供多种图形元素从不同角度和应用层次描述系统特征及其运行环境。基于UML的软件开发过程和建模已经被工业界广泛接受。因此基于UML的软件测试得到了学术界和工业界的广泛重视,其中基于UML的可靠性测试也成为值得深入研究的课题。鉴于以上的分析,本文在下述几个方面进行了深入研究。首先,分析了软件可靠性测试和可靠性仿真测试环境的研究现状,重点研究了两种主流的软件可靠性测试方法,分析和比较了其特点与存在的不足,指出基于使用模型的可靠性测试方法更符合软件工程实践。其次,分析了UML各模型用于指导软件测试的可行性及测试策略,指出不同的模型对应的测试层次,并得出结果:UML状态图、用例图、活动图和顺序图模型是基于UML模型测试(尤其是系统级功能测试)研究的重点。在此基础上,重点研究了基于UML状态图的测试用例设计与生成方法,对基于UML状态图的EFSM模型,提出了一种实时测试序列的生成和优化方法。第叁,针对使用模型建立困难的问题,从UML的用例图、活动图和顺序图入手,研究了获取使用模型的形式化算法,导出的使用模型可直接用于基于统计原理的可靠性测试。最后,研究了实现软件自动化测试的关键技术,提出了一种基于UML模型的软件可靠性仿真测试系统框架,设计并实现了一个与Rational Rose相集成的软件使用模型自动生成工具。
安越[9]2016年在《基于UML和TA的RBC系统形式化建模与分析》文中进行了进一步梳理RBC(Radio Block Center,无线闭塞中心)是CTCS(Chinese Train Control System Level,中国列车控制系统等级)3级列控系统中保障列车安全可靠运行的关键设备,其根据从地面设备收到的信息数据以及通过GSM-R(Global System for Mobile Communications–Railway,全球数字铁路移动通信系统)网络与车载系统进行连续双向的交互信息生成MA(Movement Authority,行车许可)来控制列车可靠行驶,从而保证了列车在运行线路上安全运行。RBC具有苛刻的实时性要求,能否满足此要求直接影响CTCS-3级列控系统安全、可靠、高效和精确地控制列车。保证RBC系统的可靠工作和实时性要求,必须保证指导列控系统设计的需求规范和设计技术规范中不存在任何缺陷,否则都有可能将潜在的风险演变成系统的失效从而导致安全事故的发生。因此,对相应的规范建模验证将成为保证其正确合理的有效手段。本文以CTCS-3列控系统需求规范为背景,采用半形式化方法UML(Unified Modeling Language,统一建模语言)和形式化方法时间自动机相结合的方法,对等级转换和RBC切换两个运营场景进行建模验证,保证RBC控车的实时性和安全性要求。首先,对CTCS-3级列控系统需求规范和设计技术方案中的两个场景过程进行分析,并根据时间特征将各场景划分为若干模块;其次,根据系统实时性和信息动态交互等要求,使用UML中扩展了时间特征的顺序图和定时图对每一个子模块进行建模;再次,利用从UML顺序图到时间自动机的转换规则,将建立的UML顺序图和定时图模型无差别的转化为时间自动机子模型;最后,根据时间自动机积的原理将各独立的时间自动机子模型合并成系统的时间自动机整体网络模型,并采用UPPAAL验证工具对已有模型仿真得到状态迁移图,利用从规范中提炼出的BNF(Backus Normal Form,巴科斯范式)验证语句,逐一验证整体网络模型中系统的实时和安全等性质,最终达到对规范建模验证的目的。UML和时间自动机结合,在对系统规范进行建模验证中,不仅能够准确的表达规范语义,而且能够合理的对系统的性能进行验证,为CTCS-3级列控系统的完善和更高级列控系统的研究和开发提供了参考。
杨林[10]2007年在《基于UML的实时系统建模及顺序图时间约束研究》文中研究表明随着信息技术的高速发展,实时系统的应用范围变得越来越广泛。要正确的设计出一个实时系统,就要在分析实时系统的早期给出实时系统的正确模型。统一建模语言UML正是用来对复杂系统进行建模的。UML模型分为静态结构模型和动态行为模型两类,静态模型关注系统的结构信息,而动态结构模型关注系统的行为信息。一般而言,UML动态行为模型往往更加复杂和重要。使用UML为实时系统的动态行为建模的方法是本文的研究内容之一。同时,实时系统的实时行为可以用时间约束条件来描述,但UML是一种图形化的语言,它的语义使用自然语言描述的,存在不精确性。因此,形式化的语义就成了UML的一个迫切需求。把UML和形式化语言进行融合,通过形式化的方法来弥补UML语义上的不足,给出实时行为方面模型的精确语义,也是本文的研究重点。本文工作主要内容归纳如下:首先,对UML2新增图之一交互概观图进行了研究,提出了一种基于交互概观图对实时式系统进行建模的方法,并通过一个具体建模实例来说明这种方法。此方法与通常的建立动态行为模型方法相比更加直观和全面,能从整体上把握系统的动态行为。然后,在前人研究的基础上给出了UML顺序图和时间约束属性相关方面的形式化定义,包括简单顺序图、带组合片段的顺序图和时间约束同一性。并对顺序图扩充时间性质以便于描述实时系统。精确的形式化描述是整个研究的基石,后面的分析和验证都基于该形式化描述。最后,对带组合片段的顺序图满足时间约束同一性的定理进行了证明,并以此定理为基础对带时间约束属性的UML顺序图提出了一种验证算法,判断其是否符合某些时间约束属性。带时间约束属性的顺序图为实时系统的建模提供了便利,通过检验系统的行为是否满足某种时间约束属性,能够提高实时系统的安全性。
参考文献：
[1]. 面向对象的实时系统可调度性验证和代码生成技术研究[D]. 舒国强. 中国科学院研究生院（软件研究所）. 2003
[2]. 基于UML的实时系统并行对象模型[D]. 湛辉来. 重庆大学. 2003
[3]. 分布式异构的实时系统的面向方面建模方法[D]. 薛建民. 广东工业大学. 2007
[4]. 嵌入式系统设计方法研究与嵌入式避障机器人的实现[D]. 王承启. 北京交通大学. 2009
[5]. 基于UML和形式化方法的面向方面实时系统模型[D]. 刘瑞成. 广东工业大学. 2006
[6]. 面向对象的实时软件开发方法研究[D]. 肖亚利. 四川大学. 2003
[7]. 基于UML扩展的实时系统建模方法[J]. 李双庆, 曹银龙. 计算机工程与设计. 2006
[8]. 基于UML模型的软件可靠性测试技术的研究与实现[D]. 李秀华. 电子科技大学. 2007
[9]. 基于UML和TA的RBC系统形式化建模与分析[D]. 安越. 兰州交通大学. 2016
[10]. 基于UML的实时系统建模及顺序图时间约束研究[D]. 杨林. 湖南大学. 2007
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