基于模型的软件工具链的设计与实现

论文摘要

为了提高嵌入式软件开发的效率和系统的稳定性,模型整合计算（Model-Integrated Computing, MIC）方法被提出用于构建嵌入式系统。模型整合计算方法扩展了模型在系统开发中的用途和范围,在模型整合计算框架下,通过对元模型抽象特定领域的建模语言（Domain Specific Modeling Language, DSML）在图形化的环境中描述系统的需求、架构以及环境,以实现该领域的工程人员对其特定的应用进行快速的定制。模型集成框架中型框架下的语义单元,利用CME模型实现Ptolemy II模型在GME环境中的描述,通过ECSLDP模型在GME环境中实现对Simulink仿真模型的描述,建立转换器将ECSLDP模型转换到CME模型,然后将CME模型转换到Ptolemy II模型。在软件工具链中,运用模型来描述系统可以提高系统设计的抽象层次,简化了嵌入式系统的开发;此外,利用工具链中模型之间的相互转换,可以对不同工具下的系统模型进行重用,提高了系统开发的效率的特定领域的建模仿真工具、模型转换工具以及用于翻译可执行代码的模型翻译器,都统一于同一语义单元之下,通过无缝的链接,形成嵌入式系统设计软件工具链。本论文构建了一条可以整合不同的基于模型软件的工具链,实现从Simulink模型到Ptolemy II模型的转换。Simulink是一种可视化数据流程序设计语言,Ptolemy II可以对异构系统进行设计和仿真,且支持多种已定义的计算模型（Model of Computation, MoC）,每种工具各自的建模语言有不同的语法、语义。构建该工具链以通用建模环境（Generic Modeling Environment, GME）中构建的CME（Constrained Modeling Environment）作为语义单元,CME元模型基于Ptolemy II的类图（ClassDiagram）,可以实现Ptolemy II模型在GME中的描述。在工具链中,利用转换器将Simulink在GME环境中的元模型ECSLDP模型转换到语义锁定单元CME模型,再将CME模型通过翻译器翻译成Ptolemy II模型,利用模型整合计算中的语义锁定理论保证不同模型相互转换的语义一致性。以CME为中心建立的软件工具链,整合了基于模型的具有不同领域建模语言的工具,从而简化了嵌入式系统的设计,更准确高效的进行嵌入式软件的开发。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 嵌入式软件的开发
• 1.2 模型驱动架构
• 1.3 基于模型的软件工具链
• 1.4 论文结构
• 第2章 背景技术介绍
• 2.1 模型整合计算理论
• 2.2 特定领域建模语言DSML
• 2.3 语义锁定
• 2.4 基于模型的软件工具
• 2.4.1 Simulink
• 2.4.2 Ptolemy II
• 2.4.3 统一建模工具GME
• 2.4.4 图形转换工具GReAT
• 第3章 语义单元CME的构建
• 3.1 CME元模型的构建
• 3.1.1 Ptolemy II类图的简介
• 3.1.2 CME元模型的构建
• 3.1.3 CME元模型的约束语义
• 3.2 用建模标记语言 MoML 描述 CME 模型
• 3.2.1 图形集
• 3.2.2 模型元素
• 3.2.3 模型之间的连接关系
• 第4章 软件工具链的实现
• 4.1 以 CME 为中心的软件工具链
• DP的元模型'>4.2 ECSL_DP的元模型
• DP到CME的转换'>4.3 ECSL_DP到CME的转换
• 4.4 CME到Ptolemy II的转换
• 第5章 实例研究：小型四浆直升机控制器模型的转换
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 附录 1 MoML的语法描述文件DTD文件
• 致谢