[发明专利]一种基于模型的嵌入式系统流延时属性测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于模型的嵌入式系统流延时属性测试方法，是一种嵌入式系统模型中流延时属性的测试技术。

背景技术

随着嵌入式系统的快速发展，嵌入式系统的复杂性、规模和质量要求日益增长，除了对系统本身的功能有基本需求，对于系统的非功能属性也有着越来越高的要求。原有的嵌入式软件开发方法存在着很多弊端，各种错误在开发过程中逐层积累，加大了软件测试的技术难度和工作负荷，已经不能满足现在的嵌入式系统开发的质量保障需求。对象管理组织(Object Management Group，OMG)对此提出了模型驱动结构方法(Model Driven Architecture，MDA)，将模型这个统一的设计架构贯穿于整个开发过程中，并把模型作为开发过程的核心，在系统设计初期对系统的属性进行分析、验证，并可由软件模型直接生成代码和测试用例，大大提高了软件开发效率和软件质量，缩短了开发的周期。

为了适应这样的发展趋势，美国自动化工程师协会(Society of Automotive Engineers，SAE)提出了架构分析与设计语言AADL。AADL在模型级对系统架构进行描述，将进程、线程等软件概念抽象为软件构件，将处理器等实体抽象为硬件构件，通过构件及其之间的交互描述嵌入式系统的拓扑架构，在构件之上可以定义系统属性和系统行为，进而描述系统的运行。AADL作为一种半形式化建模语言，能在系统设计初期为设计者提供系统功能、非功能的分析与检测方法。按照验证方式划分，面向模型的验证方法可以分为静态架构分析和动态测试。实时性是衡量嵌入式系统功能和行为的重要指标之一，任何不满足实时性约束的模型设计都会对系统性能造成重大影响。AADL规范通过信息流描述各构件之间数据处理和通信等系统抽象信息路径，在系统级度量运行过程中构件间交互的实时性。

嵌入式系统对实时性、可靠性等非功能属性有着极高的要求。目前业界对于AADL模型实时性的验证主要采用静态分析的方法，将AADL模型结构及属性转化为成熟的数学模型进行推理计算，其中比较著名的有：法国Brest大学的LISyC团队采用Ada语言开发的实时调度分析工具Cheddar，用于检验实时系统中的时间方面的约束；美国Fremont Associates开发的Furness工具集将模型转换为实时进程代数来检测状态空间是否有违反时间需求的情况；卡耐基梅隆大学软件工程研究所(Software Engineering Institute，SEI)基于Eclipse平台开发了的开源AADL设计工具OSATE(the Open Source AADL Tool Environment)，通过将构件时间属性按照流路径进行整合并与流的时间属性进行对比，对信息流传递的实时性进行验证；法国INRIA的Su-Young Lee等人将AADL流转换到统一建模语言(Unified Modeling Language，UML)的MARTE(Modeling and Analysis of Real Time and Embedded systems)实时嵌入式系统建模与分析扩展包上进行流延时分析。

静态分析的方法一般通过系统模型的状态空间对其进行抽象，在系统运行状态较多的情况下有状态空间呈指数级爆炸的可能，无法对大规模复杂系统进行分析验证。另外，静态分析方法并不能模拟运行系统，只是在逻辑的层面对模型设计进行检查，无法检测系统在具体硬件环境下运行时的状态及其动态属性变化，对于实时性、调度分析等系统运行时属性，静态分析的方法存在着不精确的问题。

动态测试的方法弥补了静态分析方法的缺陷。动态测试不同于静态分析，动态仿真系统模型需要搭建软硬件协同仿真平台。静态验证的方法对AADL模型中的构件和属性进行抽象提取，而动态测试的方法则需要向架构描述中添加仿真所必需的运行属性，如调度实现、系统时钟和线程封装等辅助功能和属性。为了实现对AADL模型实时性的动态测试，需要先将AADL模型转化成为可在仿真引擎上运行的系统实例。