基于AADL2SPN的飞行控制系统可靠性分析

飞行控制系统是典型的安全关键系统,其可靠性对保证飞机安全运行具有重要作用。传统的可靠性分析方法过于依赖分析人员的经验,主观性强,极易导致可靠性模型与设计模型之间存在不一致性。综合利用架构分析设计语言(AADL)和随机Petri网(SPN)描述系统的故障传播行为,提出一种基于模型的可靠性分析方法;利用AADL构建某横侧向电传飞控系统的名义模型和错误模型,提出AADL模型中错误传播相关信息的提取方法,利用所提取信息自动生成描述系统故障传播行为的SPN模型;在此基础上,通过蒙特卡洛仿真完成该横侧向电传飞控系统的可靠性评估。经与故障树分析方法对比,结果表明:最大相对误差小于0.018%,满足工程需要;所构建的可靠性模型由AADL模型自动生成,能够确保可靠性模型与设计模型的一致性,避免了对设计人员经验的依赖。

基于AADL的分布式综合模块化航电系统架构建模与分析

针对分布式综合模块化航空电子(DIMA)系统设计的早期验证问题,分析了架构分析与设计语言(AADL)和DIMA架构特征,以项目架构设计实例为输入,对DIMA系统进行了架构和模块间通信建模。在此基础上,对实例中的处理器资源利用率、分区/任务的可调度性进行了分析,对模块间通信进行了模拟,验证了架构设计实例的可行性。

系统架构描述语言AADL的功能行为建模扩展

架构分析与设计语言(AADL)是一种用于描述复杂嵌入式系统体系架构的建模语言,被广泛用于安全关键系统建模与验证。AADL通过行为附件以状态机的形式对组件的内部行为建模。工业界中的复杂系统常使用层次自动机描述组件的功能行为,而行为附件中没有表达层次自动机的机制。针对这一问题,提出了AADL行为附件的层次化扩展——HBA。首先给出了HBA的形式语法,然后定义了HBA的操作语义。提出了HBA的元模型,并在OSATE环境中实现其文本和图形化编辑器。为了便于形式化验证,给出了HBA到时间自动机(TA)的转换规则,并基于模型检测工具UPPAAL进行形式化验证。最后,给出一个案例研究来验证所提方法的有效性。

基于AADL的综合模块化航空电子通信调度分析与建模

针对具有最终配置信息的综合模块化航空电子(Integtated modular avionics,IMA)系统的通信调度问题,分析了IMA系统网络中通信调度流的产生、特性以及表示方式,并通过实例分析通信调度的生成表示过程。在此基础上,基于架构分析与设计语言(Architecture analysis and design language,AADL),对实例中的通信流进行建模,并进行实例化,得到端口连接一致性检测报告,验证了文中通信流模型的可行性和有效性。

软硬件综合AADL可靠性建模及分析方法

目前嵌入式系统广泛应用于航空电子、远程医疗、汽车电子等具有高可靠性要求的系统中.随着嵌入式系统的复杂度越来越高,为了保障系统的高可靠性需求,需要在系统开发的早期设计阶段对系统的可靠性进行分析评估,以提高系统的开发效率.嵌入式系统中软硬件功能的失效都会对系统可靠性产生影响,而AADL的可靠性模型缺乏对硬件构件错误的影响及传播机制进行刻画分析的能力.综合考虑软硬件错误发生失效后对系统可靠性的影响,提出了一种面向系统架构级别的软硬件综合可靠性分析方法.该方法基于电子电路设计中事务级建模方法,扩展了AADL事务级错误模型的语法和语义,来支持AADL对硬件构件错误传播的硬件功能行为建模,在此基础上,利用AADL模型实例化机制实现对嵌入式系统可靠性建模,刻画了错误行为在硬件构件之间、软硬件构件之间的传播与影响.同时,定义了AADL硬件构件事务级错误模型到广义随机Petri网模型的映射规则,实现了系统软硬件综合的可靠性行为仿真计算模型组合,支持嵌入式系统的软硬件综合可靠性分析.开发了软硬件综合可靠性建模与分析工具原型,并以某型飞机空气增压系统为例,在航空电子系统架构设计中进行尝试,验证了该方法在复杂嵌入式系统设计中进行软硬件综合可靠性分析的可行性与优越性.

面向AADL模型的存储资源约束可调度性分析

嵌入式实时系统在安全关键领域变得越来越重要,其广泛应用于航空航天、汽车电子等具有严格时间约束的实时系统中.随着嵌入式系统的复杂度越来越高,在系统开发的早期设计阶段就需要对其可调度性进行分析评估.系统中的存储资源会对可调度性产生一定影响,在抢占式实时嵌入式系统引入缓存后,任务的最坏执行时间可能发生变化.因此,分析缓存相关抢占延迟对实时嵌入式系统的可调度性影响,一直以来是困扰大规模复杂系统架构设计的一个技术难题.提出一种面向软件架构级别、基于抢占调度序列的缓存相关抢占延迟计算方法,用来分析缓存相关抢占延迟约束下AADL(架构分析和设计语言)模型的可调度性.扩展了AADL关于存储资源架构设计的模型元素,来支持对缓存属性进行建模,提出一种基于模型构件进行抢占序列排序、缓存相关抢占延迟时间计算和被抢占任务最坏执行时间的估算方法,来对系统架构各功能构件在共享系统存储资源下系统的可调度性进行分析.还实现了分析缓存相关抢占延迟约束下的系统任务可调度性分析工具原型,并以某型飞机机载开放式智能信息系统为例,在航空电子系统架构设计中进行尝试,验证了该方法的在复杂系统设计中的对实时性分析的可行性.

基于MDA的C^4ISR系统分析设计方法

先进的分析设计方法是提高C4ISR系统开发质量的有效手段。基于软件领域的MDA思想,提出了基于MDA的C4ISR系统分析设计方法,研究了其开发过程和关键技术。该方法实现以模型为基础的系统开发与优化,通过不同阶段模型的转化演进来推进系统的分析设计,有利于提高系统的设计质量,并支持模型重用。

基于UML的软件需求分析和设计

统一建模语言UML(Unified Modeling Language)是面向对象软件开发的重要新技术,本文阐述了UML的特点、UML架构、软件需求分析原则及UML对软件建模的意义,并给出了UML技术在软件需求分析和设计阶段的成功应用.

AADL建模工具的设计

设计一种架构分析与设计语言(AADL)建模工具,便于用户建立AADL模型。基于模型驱动体系结构思想,在Eclipse插件开发平台上开发可扩展的插件集合AADL模型设计工具。用户根据该工具建立的嵌入式系统AADL架构模型,通过XML文档保存,分析与验证工具以第三方插件的形式集成到该工具中,提取系统的AADL架构模型。通过应用实例验证了该工具的有效性。

基于时间自动机的AADL端到端流的延迟分析

对复杂嵌入式系统的端到端信息流进行延迟分析是一种有效的实时性评估方法.体系结构分析与设计语言(AADL)是描述复杂嵌入式系统的标准语言,其中端到端流描述组件间的通讯.目前针对AADL模型中端到端流的延迟分析,手工方法能够深入剖析流语义,分析精确度高,但耗时且低效;自动化方法虽有较高的效率,但在延迟属性的覆盖度及语义精细度上都远远不足,导致分析结果精确度低.另外,这两类方法多只关注于最坏情况等典型场景,而无法分析不确定因素的影响.本文提出一种基于时间自动机的端到端流延迟分析方法,首先总结端到端流延迟的影响属性,并建立延迟属性的元模型,在此基础上提出面向流延迟分析的时间自动机模型生成方法,通过对时间自动机的仿真实现流延迟的分析.最后通过案例说明了该方法能够正确表达流的传输语义及延迟属性语义,即有足够的表达能力;展示了方法能灵活分析多样交互场景以及随机时间因素,即有灵活的分析能力;另外仿真过程的状态变迁及时间变量变化过程也为改进设计模型提供依据与建议.

基于AADL的RDC架构建模与关键特性仿真

随着系统工程的发展,基于模型驱动的开发与设计方法在复杂系统软硬件设计中扮演了越来越重要的角色.对于航空电子这一涉及多学科、资源受限的强实时性混杂物理信息系统,通过在设计初期进行建模仿真验证,能够有效降低潜在的设计风险。针对远程数据集中器(RDC),通过结构分析与设计语言(AADL)建立其架构模型,并对调度性和流延迟等关键特性进行仿真分析与评估,从而支持设计方案的验证与优化,该方法具有较高的使用价值和指导意义。

采用AADL的软件系统可靠性建模与评估方法

结构分析与设计语言(architecture analysis and design language,AADL)是应用于嵌入式领域的体系结构建模、分析和验证的重要手段。针对系统可靠性随着其规模、复杂度和性能需求的不断提升而愈显突出的问题,给出了一个基于AADL的软件系统可靠性建模与评估框架:首先建立AADL可靠性模型,然后将其转换为广义随机Petri网(generalized stochastic Petri net,GSPN)模型后再进行分析,最后根据分析结果判断是否需要进行模型改进。在研究已有的基本转换规则的基础上,重点讨论了系统中组件之间错误传播以及表示系统发生模式转换的Guard_Transition属性到GSPN的转换规则。以某飞行控制系统中数据发送和处理单元为实例,验证了所提转换规则和可靠性建模与评估框架的有效性。

模型驱动的开放式结构悬挂物管理系统设计方法

开放式结构悬挂物管理系统是机载悬挂物管理系统的发展方向,可以将武器的设计与具体实现相分离,实现武器集成的松耦合。提出基于模型驱动的开放式结构悬挂物管理系统设计方法,采用UML设计平台无关模型,采用AADL设计平台相关模型,论述了基于UML Profile的UML模型到AADL模型的转换方法,最后,以一个设计实例描述了该方法的设计过程。结果表明:基于模型驱动的开发方法为开放式结构悬挂物管理系统的设计提供了有效的解决方案,实现了系统设计与平台实现的分离。

一种AADL系统可靠性模型转换方法

在原有构件依赖关系的基础上,提出一种架构分析与设计语言(AADL)系统可靠性模型的转换方法。该方法对AADL嵌入式系统体系结构进行可靠性建模,实现AADL可靠性模型到广义随机Petri网(GSPN)可靠性计算模型的转换。研究表明,该方法使AADL可靠性模型向GSPN模型的转换规则更加完备,能对嵌入式系统的可靠性进行准确与全面的分析与评估。

基于NuSMV的AADL行为模型验证的探究

鉴于模型在软件系统开发中日趋重要的地位和AADL模型在嵌入式软件建模中的良好应用前景,为了在嵌入式软件系统开发前期保证AADL模型的质量,提出了一种基于模型测试的AADL架构和NuSMV模型的验证方法。文中首先对当前的AADL发展情况作简单介绍,然后对NuSMV验证模型的结构作大致分析,在随后的文章中对NuSMV的验证过程作详细的介绍。与此同时,使用具体的汽车巡航控制系统作为实例进行具体分析。文中通过测试用例执行输出进行验证来判断该方法的正确性。

AADL2ECPN模型转换方法及其在IMA上的应用

在综合模块化航空电子(IMA)系统应用集成的过程中,对IMA系统的资源配置建模和安全性分析至关重要。首先利用模型转换的方法,提出一套从架构分析和设计语言(AADL)模型到扩展着色Petri网(ECPN)模型的转换规则,将AADL模型转换为ECPN模型,并且确保在模型转换过程中不丢失任何关键资源建模元素;然后基于目标模型进行后续的安全性分析研究;最后用一个简单例子演示如何应用提出的模型转换方法。结果表明,AADL2ECPN模型转换方法分析IMA系统安全性的可行性。

基于AADL的综合航电分区系统可调度性判定

综合模块化航电(IMA)系统中的分区系统提高了其可靠性和安全性,但在系统设计和实现过程中,应采用各种分析和验证方法确保系统的时间需求得到满足。为此,针对符合ARINC653规范的IMA系统,根据分区系统层级调度的特性,提出一种基于仿真的分区任务集可调度性判定方法。借助Cheddar工具及其自定义调度策略功能,使架构分析和设计语言(AADL)具有对分区系统进行建模的能力,并利用该工具对AADL模型进行仿真以判定系统的可调度性。实例分析结果表明,该方法能自动、准确、快速地进行可调度性判定,并以甘特图的方式绘制任务调度过程,得到直观、详细的结果。

基于XML的UML模型向AADL模型的自动转换

UML已经成为复杂系统建模的工业标准,并可借助代码自动生成工具实现从分析到编码的开发过程自动化;AADL具有精确的语义和严格的语法规范,可用于描述嵌入式实时系统的软、硬件体系结构,并能分析系统的功能及非功能属性。UML和AADL模型的基本元对象有相互对应关系,并且两种模型的表示都能够采用标准的XML的交换格式。为充分发挥两种语言的优势,文中研究了UML模型向AADL模型的自动转换,以XML为媒介实现两种模型的元对象的对应转换,最终达到两种模型的转换,使用户在设计阶段能够结合运用AADL、UML工具的优点对系统进行分析。

IMA系统管理功能的逻辑建模及性能分析

为保证IMA系统管理设计的正确性、高可靠性和实时性,本文使用AADL对IMA系统管理进行建模,通过对模型功能和性能的正确性分析,并在模型的基础上进行分析验证,从而保证了IMA系统管理设计的正确性,降低了设计风险。

基于AADL的IoP系统可靠性评估方法

人联网(IoP)系统的架构复杂且存在海量、实时变化的数据,使得基于IoP系统的可靠性分析变得十分困难,目前仍缺乏一种健全的基于IoP系统的可靠性建模及评估方法。提出一种新型的IoP系统可靠性评估方法,利用AADL及其附件语言对IoP系统进行可靠性建模,并基于该模型从定性角度评估系统故障的根本原因和风险。此外,结合Ocarina模型转换技术提出一种基于连续时间马尔科夫链(CTMC)的定量评估算法,将AADL可靠性模型转换为CTMC模型,实现对系统动态、实时等特性的评估。在此基础上,设计一个IoP系统通用模型,并以此为案例验证所提方法的可行性。实验结果表明,该方法不仅能对IoP系统建模,而且能自动、准确地对其进行可靠性分析,具有良好的应用价值。