[發(fā)明專利]一種實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410122430.0
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103885816B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王林章;曹婉瓊;陳志
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明利用UML和Simulink實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的仿真，對從序列圖提取的時(shí)間約束進(jìn)行測試，屬于軟件工程、模型驅(qū)動(dòng)工程和系統(tǒng)仿真的交叉技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的開發(fā)常常涉及多個(gè)學(xué)科，如電子工程、機(jī)械工程和軟件工程等。盡管在嵌入式系統(tǒng)中這些學(xué)科是緊密結(jié)合的，它們的開發(fā)卻常常是串行過程。一般是首先設(shè)計(jì)機(jī)械部分，然后硬件設(shè)施被固定下來，最后開發(fā)嵌入式軟件。這個(gè)方法會(huì)導(dǎo)致很多問題，尤其對于軟件工程人員。例如，傳感器的位置的選擇、速率控制、延遲控制、硬件等，這些對于軟件的復(fù)雜度有很大影響。而且，有很多隱含的假設(shè)條件在系統(tǒng)集成時(shí)候才會(huì)首次顯現(xiàn)，這樣會(huì)導(dǎo)致找不到最佳的方案。

UML(統(tǒng)一建模語言，Unified?Modeling?Language)是最為風(fēng)行的建模語言，軟件工程領(lǐng)域經(jīng)常使用基于UML的模型驅(qū)動(dòng)開發(fā)來盡早發(fā)現(xiàn)問題。Simulink是國際上十分流行的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模仿真工具,可以應(yīng)用于涉及工程和數(shù)學(xué)的許多領(lǐng)域,其強(qiáng)大的圖形建模功能極大地提高了仿真應(yīng)用的開發(fā)效率。

Simulink?Coder可以將Simulink模型轉(zhuǎn)換為C/C++代碼，并支持多種目標(biāo)環(huán)境：當(dāng)前主機(jī)、實(shí)時(shí)仿真器、嵌入式處理器，目標(biāo)環(huán)境可以是單核或多核，可以是獨(dú)立計(jì)算機(jī)也可以作為網(wǎng)絡(luò)通信的一部分。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中違反時(shí)間約束或者頻繁地違反它們會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的錯(cuò)誤，進(jìn)而會(huì)對人類的生活或者環(huán)境產(chǎn)生威脅。為了在早期有效地對嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行測試，急需一種對時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)測試的策略。UML和Simulink表示一個(gè)產(chǎn)品的不同的視圖，其中UML用于描述軟件結(jié)構(gòu)和行為，而Simulink用來獲取系統(tǒng)行為的不同方面。現(xiàn)有的方法不能支持UML的類圖、序列圖模型與Simulink的模型進(jìn)行通信并檢測違反實(shí)時(shí)約束的錯(cuò)誤，本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種自動(dòng)化的跨模型的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的仿真方法，以打破不同學(xué)科間的傳統(tǒng)的串行開發(fā)方法，使在設(shè)計(jì)階段便可以在一定程度上檢測系統(tǒng)的可行性以及時(shí)間約束。

技術(shù)方案：本發(fā)明首先讀取并解析基于XMI格式保存的、待仿真的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的UML模型，將它們轉(zhuǎn)換為C++代碼；然后使用工具將待仿真的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的Simulink模塊轉(zhuǎn)換為C++代碼并加入時(shí)鐘中斷；最后再將上述C++代碼自動(dòng)融合進(jìn)行仿真，給出仿真結(jié)果。

本發(fā)明提出的一種實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的仿真方法包括以下步驟：

步驟1）從磁盤文件讀入基于XMI格式保存的UML模型。

所述UML模型包括UML類圖模型、UML序列圖模型；所述UML類圖模型是描述系統(tǒng)中的類以及它們之間的關(guān)系的模型；UML類圖模型包括以下UML標(biāo)準(zhǔn)組成部分：包元素、類元素、接口元素、數(shù)據(jù)類型元素、基本數(shù)據(jù)類型元素、枚舉元素、信號元素、注釋元素，上述元素是UML類圖模型轉(zhuǎn)換為C++代碼的最大單位；所述UML序列圖模型是通過描述對象之間消息的發(fā)送和接收順序以顯示多個(gè)對象之間動(dòng)態(tài)協(xié)作的模型；UML序列圖模型包括以下UML標(biāo)準(zhǔn)組成部分：交互元素，該元素是UML序列圖模型轉(zhuǎn)換為C++代碼的最大單位；所述XMI是使用XML交換元數(shù)據(jù)信息的一種面向?qū)ο蠼M織OMG標(biāo)準(zhǔn)語言；所述XML是是一種用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的可擴(kuò)展標(biāo)記語言。

步驟2）將UML模型中的元素劃分到類圖元素集合和序列圖元素集合中。

步驟21）獲取UML模型包含的所有元素。

步驟22）若是包元素、類元素、接口元素、數(shù)據(jù)類型元素、基本數(shù)據(jù)類型元素、枚舉元素、信號元素、注釋元素，則將其加入類圖元素集合。

步驟23）若是交互元素，則加入序列圖元素集合。

步驟3）將待仿真的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的UML類圖模型轉(zhuǎn)換為C++代碼。

步驟31）當(dāng)類圖元素集合中還存在未轉(zhuǎn)換的類圖元素時(shí)，讀取一個(gè)未轉(zhuǎn)換的類圖元素；否則轉(zhuǎn)步驟4）。

步驟32）若當(dāng)前類圖元素是包元素，則生成一個(gè).h文件，在其中聲明一個(gè)命名空間，.h文件名和命名空間名均為該元素名稱。

步驟33）若當(dāng)前類圖元素是類元素，則生成一個(gè).h文件和一個(gè).cpp文件，將該元素轉(zhuǎn)換為C++中的一個(gè)類，轉(zhuǎn)步驟310）。

步驟34）若當(dāng)前類圖元素是接口元素，則生成一個(gè).h文件和一個(gè).cpp文件，將該元素轉(zhuǎn)換為C++中的一個(gè)公開方法均是純虛函數(shù)的抽象類，轉(zhuǎn)步驟310）。

步驟35）若當(dāng)前類圖元素是數(shù)據(jù)類型元素，則生成一個(gè).h文件和一個(gè).cpp文件，將該元素轉(zhuǎn)換為C++中的一個(gè)類，轉(zhuǎn)步驟310）。