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基于UML和时间ER网的嵌入式实时软件建模与分析

2020-11-30阅读(667)

基于UML和时间ER网的嵌入式实时软件建模与分析

论文摘要

随着计算机技术的不断发展,嵌入式系统已经广泛渗透到日常生活的各个方面,并发挥着极其重要的作用。与别的软件系统相比,嵌入式实时软件具有更严格的实时性,任何时间错误都可能造成重大的经济损失甚至导致灾难性的后果。因此,在软件开发早期,对嵌入式实时软件的性质进行形式化的分析和验证是非常重要的。然而,随着计算机硬件性能的不断提高,嵌入式实时软件的规模和复杂性不断增加,这给其建模和形式化分析工作带来了新的困难和挑战。为了降低建模和形式化分析的复杂度,本文将构件技术引入到嵌入式实时软件的建模和时间性质分析中,提出了一种基于UML与时间ER网(TER nets)的嵌入式实时软件建模和组合时间分析方法。本文首先对UML以及形式化方法进行概述,着重介绍了时间ER网的相关概念;接着对UML进行实时扩展,以实现其对嵌入式实时软件的描述;然后把时间ER网扩展为构件时间ER网(CTERs),并建立了UML模型到CTERs模型的映射规则,探索了一种将UML与形式化方法结合起来对嵌入式实时软件建模的新途径,为下一步对嵌入式实时软件的组合时间分析奠定了基础;随后,给出对各CTER构件模型进行组合时间分析的方法,我们先分别对各构件模型的局部时间性质进行分析,接着探讨了CTERs模型的组合规则和约简规则,然后根据组合规则把CTERs构件模型组合起来,并最终实现对整个软件全局时间性质的组合分析和检测;最后,通过一个高尔夫球场门禁系统实例,把所提出的方法运用到对实例系统的建模和分析中。本文对嵌入式实时软件的建模和组合时间分析不仅可以在尽可能早的阶段发现软件系统时间性质的冲突,从而降低开发后期的修复费用,而且,构件技术的运用,有效降低了形式化分析的复杂度,提高了形式化分析的效率,并进一步降低了软件的开发成本,缩短了软件开发时间,特别是缩短了软件开发过程中系统分析的时间,也使得各软件构件模型以及分析结果具有可复用和可扩展的优点,真正体现了基于构件的软件开发方法的优越性,对可复用嵌入式实时软件的研究具有一定的现实意义。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 1 绪论
  • 1.1 研究背景介绍
  • 1.1.1 嵌入式实时软件概述
  • 1.1.2 嵌入式实时软件的建模和分析方法
  • 1.1.3 构件技术在嵌入式实时软件开发中的作用
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 本文的研究内容及意义
  • 1.4 本文的组织结构
  • 2 UML 与时间ER 网概述
  • 2.1 UML 及其建模方法分析
  • 2.1.1 UML 概述
  • 2.1.2 UML 的建模机制
  • 2.1.3 UML 的扩展机制
  • 2.2 时间ER 网概述
  • 2.2.1 Petri 网概述
  • 2.2.2 时间Petri 网的相关研究
  • 2.2.3 时间ER 网的定义和特性
  • 2.3 UML 与时间ER 网结合建模的优点
  • 2.4 本章小结
  • 3 基于UML 与时间ER 网的嵌入式实时软件建模
  • 3.1 UML 的实时扩展
  • 3.1.1 UML2.0 顺序图的实时扩展
  • 3.1.2 UML2.0 状态机图的实时扩展
  • 3.2 时间ER 网的构件化扩展
  • 3.3 UML 与CTERs 相结合的嵌入式实时软件建模方法
  • 3.3.1 基于UML 的系统建模
  • 3.3.2 UML 到CTERs 的映射规则
  • 3.4 本章小结
  • 4 基于构件的组合时间分析方法
  • 4.1 组合时间分析方法概述
  • 4.2 CTERs 模型的组合规则
  • 4.2.1 CTERs 模型的组合方法
  • 4.2.2 构件模型的组合顺序规则
  • 4.3 CTERs 模型的约简规则
  • 4.3.1 连续时间约简规则
  • 4.3.2 包含时间约简规则
  • 4.4 对CTERs 模型时间性质的分析方法
  • 4.5 本章小结
  • 5 实例分析：一个高尔夫球场门禁系统的研究
  • 5.1 系统概述
  • 5.2 基于UML 与CTERs 的系统建模
  • 5.2.1 基于UML 的系统建模
  • 5.2.2 UML 模型到CTERs 模型的映射和转换
  • 5.3 对系统进行组合时间分析
  • 5.4 进一步讨论
  • 5.5 本章小结
  • 6 相关工作介绍与比较
  • 7 总结与展望
  • 7.1 本文工作总结
  • 7.2 下一步工作
  • 参考文献
  • 附:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录、科研情况
  • 致谢

    • 相关论文文献

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