[發明專利]基于廣義隨機Petri網的軟硬件綜合的AADL模型可靠性評估方法

有效

• 申請號: 202010891607.9
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112100062B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 陸寅;秦樹東;董云衛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F11/36
• 分類號: G06F11/36
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

1.一種基于廣義隨機Petri網的軟硬件綜合的AADL模型可靠性評估方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：根據系統規格說明書為系統設計AADL架構模型，根據可靠性需求為架構模型設計錯誤模型，其中錯誤模型包括軟件錯誤模型和HCEM，得到層次化結構的AADL可靠性模型；

步驟2：將AADL軟件構件錯誤模型轉換為軟件構件的GSPN模型；

步驟3：將AADL的HCEM中包含的基本模型元素轉換為GSPN模型中的元素；

步驟4：硬件構件中的每一個行為可以描述為一個功能事務單元，根據硬件構件內部數據流、控制流的關系確定HCEM中事務單元之間的連接順序，在此基礎上確定每個事務單元在HCEM中的前驅后繼關系；當事務單元A沒有前驅事務單元，只有后繼事務單元時，則事務單元A為起始事務單元；當事務單元A既有前驅事務單元又有后繼事務單元時，則事務單元A為中間事務單元；當事務單元A有前驅事務單元，沒有后繼事務單元時，則事務單元A為終點事務單元；在此基礎上，對AADL事務級錯誤模型中的錯誤傳播關系進行轉換

步驟5：對HCEM中起始事務單元和終點事務單元與架構模型中其他硬件構件和軟件構件的連接關系進行轉換，具體步驟如下：

步驟5-1：參考系統錯誤模型中error propagation path定義的錯誤傳播方向，若錯誤傳播方向為BUS總線到硬件構件，則將硬件構件的終點事務單元與BUS構件的起始事務單元進行匹配；提取BUS中起始事務單元EIT所允許傳入的錯誤類型In_type，將其轉換為GSPN模型中的一個遷移，用于接收從硬件構件所傳入的錯誤，表示在接受到外來錯誤輸入的情況下，BUS中事務單元的錯誤狀態發生了改變；提取硬件構件中終點事務單元中EOT允許傳出的錯誤類型Out_type，并與In_type進行比較，如果錯誤類型一致，建立一條雙向弧，用于連接BUS終點事務單元的EOT對應的臨時位置p₂和硬件構件初始事務單元EIT所對應遷移，然后添加一個瞬時遷移q₂，建立一條由臨時位置p₂指向瞬時遷移q₂的弧，最后建立由EOT變遷中的目標位置以及當前EIT變遷中的目標位置指向瞬時遷移q₂的兩條禁止弧；

步驟5-2：若錯誤傳播方向為BUS總線到硬件構件，則將硬件構件的起始事務單元與BUS構件的終點事務單元進行匹配；提取硬件構件起始事務單元中EIT所允許傳入的錯誤類型In_type，將其轉換為GSPN模型中的一個遷移，用于BUS傳入的錯誤，表示在接受到外來錯誤輸入的情況下，事務單元的錯誤狀態發生了改變；提取BUS的終點事務單元中EOT允許傳出的錯誤類型Out_type，與In_type進行比較，如果錯誤類型一致，建立一條雙向弧，用于連接硬件構件B終點事務單元的EOT對應的臨時位置p₃和硬件構件初始事務單元EIT所對應遷移，然后添加一個瞬時遷移q₃，建立一條由臨時位置p₃指向瞬時遷移q₃的弧，最后建立由EOT變遷中的目標位置以及當前EIT變遷中的目標位置指向瞬時遷移q₃的兩條禁止弧；

步驟5-3：通過binding關系找到與所有綁定到該硬件構件上的軟件構件，建立軟件構件列表，選擇表中的第一項，進入步驟5-3；

步驟5-4：根據所選軟件構件的名稱，找到該軟件構件錯誤模型中定義的錯誤行為狀態機，通過其錯誤行為狀態機中的內容找到該硬件對此軟件構件產生影響的事件h，同時找到該事件所對應的GSPN遷移q₄，用一條雙向弧將遷移q₄與硬件終點事務單元的EOT轉換得來的位置p₄連接起來，代表硬件構件將錯誤傳遞到軟件構件中；在當前軟件構件的錯誤模型中尋找以硬件對軟件構件產生影響的事件h為觸發條件的變遷，并找到該變遷中目標狀態在GSPN模型中所對應的位置p₅，用一條指向遷移q₄的禁止弧連接位置p₅，用來防止當前這條變遷在已經觸發并且未被修復的時候被多次觸發；添加一個瞬時遷移q₅，建立一條由臨時位置p₄指向瞬時遷移q₅的弧，最后建立由EOT中所定義變遷的目標狀態所轉換的位置以及軟件構件中事件h的前驅位置指向瞬時遷移q₅的兩條禁止弧，用于吸收邊界事務單元位置p₄中多余的token，防止硬件構件中的錯誤重復作用到軟件構件上而導致軟件構件中的修復功能失效；

步驟5-5：在步驟5-2所述的構件列表中選擇下一個軟件構件，重復步驟5-3，直到列表中所有的軟件構件都完成綁定關系的轉換，得到一個由硬件構件錯誤模型的GSPN子模型和軟件構件錯誤模型的GSPN子模型組合的GSPN模型；進入步驟五，根據源模型的屬性參數為GSPN模型配置遷移參數；

步驟6：提取錯誤模型和事務級錯誤模型屬性集中錯誤事件的概率屬性，將其賦給GSPN模型中每個事件對應遷移的概率屬性，最終得到完整的、可計算的軟硬件綜合的GSPN模型；調用GSPN計算工具，對軟硬件綜合的GSPN可靠性計算模型進行穩定概率分布計算，當進行一次計算時，可以得到系統在既定參數下處于不同狀態的概率值；

步驟7：選取源模型中的某些狀態作為查考對象，同時選定源模型中的一個錯誤事件，當該錯誤事件發生概率由初始值以固定步長逐漸改變時，重復執行步驟6中的計算過程，得到錯誤事件在不同發生概率情況下系統的可靠性概率值，并對可靠性概率值進行記錄，將結果通過二維折線圖、柱狀圖以及概率對應表格多種方式進行展示，最終得到系統可靠性在該錯誤事件影響下的變化規律；完成軟硬件綜合的可靠性評估。