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Pcanel——基于模型驱动的嵌入式系统设计平台

陈文智  
【摘要】:随着嵌入式系统日趋复杂,功能日益增强,对嵌入式操作系统技术和嵌入式软件开发技术提出了新的挑战。这主要包括:支持软件快速开发和升级、支持嵌入式软件的高度可配置性、轻便的移动应用和多媒体的信息处理。为了控制功能的复杂性、满足非功能属性需求、减少开发难度、保障软件质量和缩短开发周期,必须研究开发新一代的嵌入式系统开发技术。 软件开发技术从最早期的“纯代码”方式到“代码可视化”方式,再到“代码—模型双向交互”方式,直至“以模型为中心”的方式演变。这些演变和进步确实给嵌入式系统软件开发带来了巨大的好处。典型的有Model-Integrated Computing和MetaH等包含建模过程的构件模型和运行环境,这一类架构主张在开发过程的各个阶段都使用面向模型的构件化开发,模型里包含了嵌入式软件乃至中间件,以及应用的需求一并显式表达。此外还有用于研究领域的建模工具如Ptolemy Ⅱ等,为嵌入式软件及其要嵌入的系统提供构建平台环境,用户可以使用它所支持的计算模型。但是由于现存的设计方法典型的假定了通用的运行环境而都忽略嵌入式软件对运行环境的苛刻的非功能上的需求,比如很有限的CPU能力,内存,以及应用领域的硬实时约束等。使得这些方法应用于嵌入式软件存在许多障碍。 本文介绍的Pcanel系统,将嵌入式系统设计的着眼点从功能定义、模块裁减和硬件管理向模型驱动的构件化软件工程转变。本文有几个创新点:第一,指出在构造嵌入式系统过程中必须注意功能性属性和非功能性属性的构件,对嵌入式系统的运行环境的建模应和软件模型集成在一起,通过有组织的抽象模型,分层解构不同属性的问题。第二,提出基于模型驱动的构件化嵌入式系统设计方法,以模型贯穿于系统各个方面的设计过程中。第三,设计了一套元模型的抽象语义。这套元模型能够定义不同意义的模型中的构件以及组织结构,并支持不同模型的分级组合,解决多模型设计的交互和集成问题。第四,介绍了一个用于汽车电子装置的电子节气门自动控制系统,对基于模型驱动的设计理论在实践中可能遇到的问题进行初步探讨。实验证明,基于模型驱动的构件化嵌入式系统设计方法能 浙江大学99秋博士论文 Pcanel—基于模型驱动的嵌人式系统设计平台 够满足嵌入式系统的本质特点和需求:精确表达时间约束,有效处理并发事件, 系统可分析可验证,支持鲁棒的应激性,适应异构计算特性,规范结构支持动态。 全文内容是这样安排的:第一章是绪论。介绍嵌入式系统如本质,它与物理 世界的交互特点,以及现代嵌入式系统开发技术面临的挑战。第二章是相关技术 介绍。包括构件、子过程、对象、软件服务、软件框架、模型驱动体系相关概念 和技术等。第三章介绍相关技术的研究状况。包括嵌入式操作系统技术、嵌入式 构件模型,构件化嵌入式操作系统技术,模型驱动及框架技术等。第四章是Pc幼el 系统的提出。简单介绍它的背景需求,设计目标以及设计思路。第五章是Pcanel 系统的设计过程。包括构件的设计和实现,构件的连接及分级组合,模型驱动的 方式等。第六章是案例研究。通过嵌入式系统的典型应用领域,即汽车电子领域 中的电子节气门自动控制系统的设计,来分析讨论模型驱动设计方法的可行性及 其学术价值。第七章是总结和展望。先归纳总结论文的有价值观点,然后提出进 一步的研究方向。 关键词:嵌入式系统构件化模型驱动 wzehen@ead.zju.edu.en Page 1 2 of 123 2005一l一18


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