文献综述Word文件下载.doc

1、ADL；全生命周期，综述 嵌入式实时系统广泛应用于航空航天、汽车控制、机器人、工业过程控制设备、医疗设备等领域，这些系统具有资源受限、实时响应、容错、专用输入输出硬件等特点，对性能、可靠性等性质有较高的要求1，文献2称之为性能关键系统（Performance Critcial Systems, PCS）。由于计算精度、实时响应的要求，这类系统变得越来越复杂，如何设计与实现高可靠、高质量的复杂嵌入式实时系统，并有效控制开发时间与成本，成为现在学术界和工业界的热门话题。软件体系结构是控制软件复杂性、提高软件质量、支持软件开发和复用的重要手段之一。研究复杂嵌入式实时系统的体系结构，不仅可以为方便软件

2、工程师和控制、机械工程师之间的交流与协作，而且可以在早期阶段对系统进行分析与验证，有助于保证系统的质量属性。UML以及C2、Darwin、Wright、Aesop、Unicon、Rapide等ADLs不是专门面向嵌入式实时系统领域，尚不能解决该领域的时限响应、并发处理等特定需求。为了能够对嵌入式实时系统建模与分析，OMG先后定义了UML profile for SPT（Schedulability, Performance, and Time, SPT3），UML profile for Qos/FT（ Quality of Service and Fault Tolerance, Qos/F

3、T4）。但这些方法还是很难支持基于模型、体系结构驱动的嵌入式实时系统设计与开发5。2004年，SAE（Society of Automotive Engineers）组织提出嵌入式实时系统体系结构分析与设计标准AADL（Architecture Analysis and Design Language）6。AADL借鉴了UML、MetaH7及多种ADLs的优点，目的是提供一种标准的、足够精确的方式，设计与分析嵌入式实时系统的软件、硬件体系结构及其性能关键属性。在嵌入式实时系统领域，还有其他体系结构描述语言：UML profile Marte（Modeling and Analysis of R

4、eal-Time and Embedded systems, Marte8）是OMG最近提出的嵌入式实时系统体系结构描述语言标准，Marte提供多模型多分析的模式，容易导致各种模型之间的不一致性，且语言本身还不成熟。ESAT-ADL9是专门面向汽车嵌入式电子系统的体系结构描述语言。AADL以语法简单、语义精确、功能强大的优点，日益受到学术界和工业界的广泛关注和支持。1 AADL简介AADL是一种体系结构描述语言，主要是用于对嵌入式实时系统进行建模。它在很多项目中都充当了核心的角色，像COTREFarines et al.,2003a，ASSERTASSERT, 2006，TOPCASEDFar

5、ail et Gaufillet, 2005等等。AADL 的第一个版本于2004年11月发布，第二个版本正在制定中。 AADL 标准定义了三种模型描述的方式：文本化，XML 和 图形化。正是由于这种多样化的描述方式，AADL 可以被许多不同的工具所使用。对UML的支持同样允许我们在UML的工具中插入AADL。 作为一种体系结构描述语言，AADL 通过描写构件和连接来建立系统的体系结构。一个AADL的描述由对一系列构件的描述组成，通过对这种描述的实例化来建立系统体系结构的模型。1.1 构件描述 AADL的构件被定义成两部分：类型和实现。 一个AADL的构件拥有一个类型（component ty

6、pe）以及对应的零个，一个或者很多个实现（component implementation）。 构件的类型描述了外部的接口（进出端口，属性等）。继承的机制允许我们通过对一个已知类型的扩展定义一个新的类型。构件的实现（component implementation）描述了构件的内部结构（子构件，其他的属性等）。一个构件的类型可以有多个实现，和构件类型一样，一个实现同样可以扩展为其他的实现。1.2 构件的种类 AADL 定义了很多构件的种类， 总的来说可以分成三大类：软件构件，硬件构件以及组合构件。每个种类中构件的语义和组合规则都被严格地定义。 软件构件 定义了系统体系结构中的应用元素。 数据（

7、data） 代表了在构件之间能够存储或者交换的那些结构数据。 线程（thread） 是软件应用程序的组成元素； 线程组（thread group） 允许集中线程用来建立系统的层次结构。 进程（process） 定义了执行线程的内存空间。 子程序（subprogram） 用来对指定程序语言的过程进行建模，例如ADA或者C。 硬件构件（或者叫执行平台构件） 对硬件元素进行建模。 总线（bus） 用来描述各种类型的连接网络以及总线等。 内存（memory） 代表了所有的存贮设备：硬盘，读写存储器等等。 处理器（processor） 用来描写含有调度程序的微处理器。 外设 （device） 代表了系统

8、体系结构内部忽略的元素，例如传感器。 组合构件（system） 用来集中各种不同的构件（软件和硬件），在逻辑上以实体的形式建立系统的体系结构。1.3 特征 构件的特征（features）在构件类型（type）中声明，以这样的方式，构件类型的所有实现（implementation）给其他构件提供同样的接口。AADL存在很多种的特征：交互的进出端口（port），接口子程序（subprogram），子程序的参数（parameter），以及子构件的存取。它们之间通过定义在实现（implementation）中的连接（connection）来完成。1.4 属性 属性（property）是AADL组成中重

9、要的一个方面，它不但能够描述AADL实体的不同的特性，而且能够描述应用在体系结构中的约束条件，进而验证系统的可靠性，例如，属性被用来规定子程序的执行时间，线程的周期，数据或事件端口的等待队列协议等。属性的声明集中在属性集（property sets）中，有三种声明方式：类型，常量和属性名。一些属性已经定义在AADL标准里，用户可以根据自己的需要定义新的属性1.5 扩展 当定义新的属性不能满足用户需要时，AADL又引入了附件（annex）的概念。附件是另一种对描述的元素添加信息的方式，和属性的不同，它仅仅能够使用在构件的声明中，并且拥有自己独立的语法规则。附件的使用允许我们扩展AADL的语法规则

10、以用于描述构件的动态行为。2 AADL的研究现状在学术和工业界的共同努力下，AADL的研究已经渗透到系统全生命周期的各个阶段。AADL的研究与传统软件工程、软件体系结构的研究一样，AADL的研究首先关注全生命周期的设计阶段，然后过渡到设计之后的实现、后开发阶段，最后再关注设计之前的需求分析阶段，从而成为覆盖全生命周期的整体框架。表1从系统全生命周期的角度，对现有的AADL研究进行了分类与总结。 Table 1 Research and practice of AADL in the system life cycle表1 系统全生命周期中AADL的研究与应用 Requirement phase

11、System level requirements : system decomposition and architectural constraintsTiming requirementsDesign phaseFunctionality and semantics extension of AADL：behavior annex， error model annex，ARINC653 annex and UML annexArchitecture Description using AADLAnalysis and Verification of AADL Model: Dependa

12、bility Analysis, Schedulability Analysis, Model Checking and SimulationImplementation phaseModel transfermationCode generation: C，ADA，AutoSARComponents CompositionPost-development phaseAADL components are split into specification and implementation, which can help in modifying implementationsDynamic

13、 architectureArchitecture reconstruction2.1需求阶段的AADL研究 在需求阶段研究AADL，主要有如下两种：用AADL的基本元素和描述手段在较高抽象层次规约系统需求与问题；研究基于其他描述方法的需求规约自动或半自动地转换到AADL模型。AADL提供一种面向体系结构的需求工程方法，将软件体系结构的概念引入到需求分析阶段，有助于保证需求规约和设计之间的一致性和可追踪性。AADL用构件和连接子的概念来对系统级别的需求进行形式化规约，得到系统的层次组织结构、构件的需求规约、连接子的需求规约以及系统约束的需求规约等，例如构件接口需求规约、可靠性需求规约、实时任务

14、的时间需求规约、资源需求规约等。AADL能够同时获取与描述功能需求和非功能需求，对于嵌入式实时系统，非功能需求显得尤为重要。在设计阶段，功能与非功能需求的实现将会被验证与分析。由于UML、XUML、SysML等描述语言已经广泛应用于需求的描述，因此AADL结合这些描述语言的优势是必要的，从需求模型到AADL模型的转换成为重要的研究内容。文献 采用UML作为需求模型，并提出结构化转换（Structural transformation）作为需求模型到AADL模型转换的规则，这些规则包括UML类转换到AADL Component Type、UML类之间的组合连接（Composition Links

15、）转换到AADL Subcomponent、UML类之间的直接连接（Directed Associations）转换到AADL Port等。文献 研究了将XUML和AADL集成到统一的模型驱动开发过程（MDD），通过一些经验规则来完成需求模型到AADL模型的转换。SysML是UML在系统工程领域的改进，增加了需求图、参数图，并修改了活动图和配置图，SysML能够更好的描述系统层次的需求，文献 采用SysML作为需求模型，并研究了SysML到AADL的模型转换。总体上，需求阶段的AADL研究还处于初步阶段。如何保证模型转换的可追踪性是需求模型到AADL模型的关键。现有的需求模型到AADL模型的转换大部分只涉及如何根据需求模型构件AADL模型，但很少涉及模型转换的可追踪性。传统软件体系结构领域，采用表格 、Use Case Map 、“特征责任构件”映射关