论文题目: Pcanel——基于模型驱动的嵌入式系统设计平台
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机应用
作者: 陈文智
导师: 石教英
关键词: 嵌入式系统,构件化,模型驱动
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 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.enPage 1 2 of 1232005一l一18
论文目录:
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图表索引
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1．1 嵌入式系统的传统定义
1．2 嵌入式系统的新的计算理论观点
1．3 嵌入式系统的本质特点
1．3．1 时间特性
1．3．2 并发性
1．3．3 生存能力
1．3．4 接口
1．3．5 异构性
1．3．6 应激灵敏度
1．4 嵌入式系统的功能属性和非功能属性
1．5 国内外嵌入式软件市场现状与趋势
1．5．1 市场现状
1．5．2 市场趋势
1．6 国内外嵌入式软件技术现状与趋势
1．6．1 技术现状
1．6．2 技术趋势
第二章 构件化相关技术
2．1 构件化技术定义
2．1．1 构件大小
2．1．2 构件接口
2．1．3 构件的装配工具和基础结构
2．2 子过程
2．3 对象
2．4 软件服务
2．5 框架
2．6 模型驱动体系架构
2．6．1 建模的基本原理
2．6．2 系统和模型转换
2．6．3 模型、建模和MDA
2．6．4 MDA理论
第三章 嵌入式系统研究现状
3．1 嵌入式操作系统
3．2 嵌入式构件模型
3．3 构件化的嵌入式操作系统
3．3．1 学术系统
Zyco
LIQUID
Choices
OS-Kit
Coyote
PURE系统
2K
THINK
3．3．2 工业系统
Java-OS
Jbed
MMLite
Pebble
icWORKSHOP
eCos
3．3．3 理论系统和工业系统的综述
3．4 基于模型的设计方法
3．4．1 基于端口的对象
3．4．2 UML
3．4．3 AIRES
3．4．4 Meta-H
3．4．5 其它
3．4．6 基于模型驱动的设计方法
第四章 Pcanel系统的提出
4．1 背景需求
4．2 设计目标
4．2．1 精确表达时间约束
4．2．2 有效处理并发事件
4．2．3 系统可分析可验证
4．2．4 支持鲁棒的应激性
4．2．5 适应异构计算特性
4．2．6 规范接口支持动态
4．3 设计思路
4．3．1 设计和实现处于同一视图
4．3．2 支持分级组合的建模方式
4．3．3 支持分级组合的构件体
4．3．4 基于模型驱动的构件框架
4．3．5 Os与App融合的一体化结构
4．3．6 充分考虑非功能属性要求
4．3．6．1 数据通信上的变化
4．3．6．2 执行序列上的变化
4．3．6．3 非功能的数据转换
4．3．6．4 运行平台上的限制
第五章 Pcanel系统设计
5．1 模型与框架的设计
5．1．1 Pcanel计算模型
5．1．1．1 基于通信的顺序进程模型
5．1．1．2 连续时间模型
5．1．1．3 离散事件模型
5．1．1．4 过程网络模型
5．1．1．5 同步数据流模型
5．1．1．6 服务质量调度模型
5．1．2 Pcanel计算模型的分级组合
5．1．3 Pcanel构件
5．1．4 Pcanel构件连接器
5．1．5 Pcanel构件框架
5．2 Pcanel构件转化的形式化描述
5．3 Pcanel数据结构
第六章 实例研究
6．1 实践过程
6．1．1 介绍
6．1．2 问题
6．1．3 解决方案
6．2 电子节气门控制
6．2．1 功能模型设计
6．2．1．1 混杂系统模型
6．2．1．2 连续系统模型
6．2．1．3 控制模型
6．2．2 结构模型设计
6．2．2．1 实时调度模型
6．2．2．2 分布式容错模型
6．3 小结
第七章 总结与展望
7．1 总结
7．1．1 主要创新点
7．1．2 相关的项目
7．1．3 相关的论文
7．1．4 相关的著作
7．1．5 软件著作权
7．1．6 相关的专利
7．2 进一步工作
7．2．1 进一步完善构件设计
7．2．2 安全性扩展
7．2．3 异构平台模型
参考文献
发布时间: 2005-03-31
参考文献
- [1].浮点乘加中混合算术加法可信性增强关键技术的研究[D]. 刘峰.国防科学技术大学2010
相关论文
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- [2].嵌入式操作系统功耗管理技术研究[D]. 吴琦.电子科技大学2006