基于AADL的ARINC653配置工具的研究与实现

论文摘要

嵌入式系统已广泛运用于航空航天、核工业等高可靠性高安全性领域。为了提高此类关键领域系统开发的安全性及高效性,业界提出了模型驱动架构MDA (Model Driven Architecture)开发方法。MDA方法以模型为中心,通过模型的设计、建立、分析验证来实现系统的构架设计。体系结构分析设计语言(Architecture Analysis and Design Language,AADL)是一种MDA方法的建模语言,能有效为嵌入式软硬件系统进行建模,已广泛运用于航空电子系统的开发中。为满足航空电子系统高可靠性、高可用性以及高服务性的需求,ARINC组织发布了航空电子应用软件标准接口(AVIONICS APPLICATION SOFTWARE STANDARD INTERFACE)简称ARINC653。该标准接口详细阐述了分区操作系统、分区间通信、分区间管理及健康监测等核心内容,以此来规范航空电子系统的开发。在用MDA方法进行航空电子系统开发过程中,现有AADL不支持ARINC653标准中分区操作系统及健康监控等核心概念,不能有效为ARINC653标准的航空电子系统进行建模。因此,如何扩充现有AADL建模能力,使其能有效地为符合ARINC653标准的航空电子系统进行建模,并在模型基础上进行系统配置信息的自动生成及系统可调度性的判定是本文配置工具研究的核心问题。本文将分两个核心部分进行相关研究：首先,采用扩展属性集的方法扩展AADL建模能力,使其能为符合ARINC653标准的航空电子系统进行建模。在此基础上以插件的形式实现了系统模型到XML配置文件的自动生成工具,并将工具集成在OSATE开发环境下,以便在使用OSATE工具对航空电子系统进行建模时,能进一步验证系统中各模块配置信息的正确性和完整性,并自动生成XML格式的配置文件。最后,通过实例分析,验证了配置文件自动生成工具的正确性和有效性。其次,在分区调度理论和相关可调度性判定工具研究基础上,分别以时间自动机和仿真执行的方法实现了分区任务集可调度性判定工具。通过实例分析及性能测试证明了实现后的工具能准确快速地判定航空电子系统中分区调度模型的可调度性,从而帮助系统设计者验证各分区时间属性满足情况。本文实现的配置工具能为符合ARINC653标准的航空电子系统进行建模,能有效提取系统配置信息自动生成XML格式配置文件,并能准确分析系统的可调度性。从而帮助系统设计者和系统集成者,方便快速地发现系统设计中存在的配置问题,提高系统开发和集成效率。本文最后对配置工具的相关研究进行了总结,并阐述了下一步的研究方向和目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.3 课题来源
• 1.4 本文研究内容及论文结构
• 1.4.1 本文研究内容
• 1.4.2 论文结构
• 第2章 AADL与ARINC653综述
• 2.1 AADL概述
• 2.1.1 AADL组件类型
• 2.1.2 AADL组件结构
• 2.1.3 组件间关联
• 2.1.4 AADL扩展接口
• 2.2 ARINC653概述
• 2.2.1 时空分区概念
• 2.2.2 健康监控
• 2.2.3 配置文件
• 2.3 ARINC653与AADL对应规则
• 2.4 本章总结
• 第3章 配置工具开发分析与设计
• 3.1 配置工具开发需求分析
• 3.2 配置工具开发概要设计
• 3.2.1 配置工具构架设计
• 3.2.2 配置工具功能子系统设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 配置文件自动生成工具的设计与实现
• 4.1 配置文件自动生成工具的整体构架设计
• 4.2 配置文件自动生成工具的具体实现
• 4.2.1 AADL扩展规则
• 4.2.2 属性集扩展
• 4.2.3 OSATE开发环境及模型文件的建立
• 4.2.4 模型文件实例化及AAXL文件解析
• 4.2.5 交互类的设计
• 4.2.6 规则引擎的设计
• 4.2.7 配置信息的验证及配置文件的生成
• 4.2.8 工具插件版本的设计及实现
• 4.3 配置文件自动生成工具运行环境及使用图示
• 4.3.1 工具运行环境
• 4.3.2 工具使用图示
• 4.4 实例分析
• 4.5 本章总结
• 第5章 可调度性判定工具的研究
• 5.1 可调度性判定概述
• 5.2 SCT改进工作
• 5.2.1 SCT简介
• 5.2.2 SCT调度模型及实现过程
• 5.2.3 SCT改进
• 5.2.4 实例分析
• 5.3 基于仿真的可调度性判定工具的设计与实现
• 5.3.1 任务调度的模拟过程
• 5.3.2 工具整体结构
• 5.3.3 工具的核心实现及性能分析
• 5.3.4 实例分析
• 5.3.5 RM可调度性判定改进算法
• 5.4 本章总结
• 第6章 分区任务集可调度性判定工具的设计与实现
• 6.1 分区调度理论概述
• 6.2 分区调度模型
• 6.3 基于时间自动机的分区任务集可调度性等价判定工具的设计与实现
• 6.3.1 等价调度模型的研究
• 6.3.2 抢占算法实现
• 6.3.3 实例分析
• 6.3.4 工具性能描述
• 6.4 基于仿真的分区任务集可调度性判定工具的设计与实现
• 6.4.1 理论依据
• 6.4.2 核心算法实现
• 6.4.3 实例分析
• 6.4.4 工具性能描述
• 6.5 两种方法实现的分区任务集可调度性判定工具的对比
• 6.6 本章总结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文