基于特定領域建模的綜合航電分區級元模型研究
來源:用戶上傳
作者:
摘要：針對當前綜合模塊化航空電子系統（IMA）開發中存在的問題，提出了一種基于特定領域元模型的綜合航電分區級系統建模方法。通過分析提取航電系統分區內核對象特性及相互間聯系，采用基于面向領域的元建模分析方法，構建了綜合航電分區級通信的元模型，通過建模工具將元模型解析生成了面向領域的元建模語言。通過實例分析驗證，該建模語言接近ARINC653標準對于分區內核對象的定義，具有較好的可理解性、易用性，可顯著提高航電系統的開發效率，為基于元模型的綜合航電系統建模方法奠定基礎。
關鍵詞：綜合航電;領域建模;元模型;通用建模環境
中圖分類號：TP391.9
文獻標識碼：A
隨著計算機技術、航空技術的不斷發展，綜合化和模塊化成為航空電子系統軟件發展的總體趨勢，新一代的航空電子系統已經演變成高度集成的綜合模塊化的系統，為了保證綜合航電系統的高安全性、高可靠性，ARINC653[1]系統提出了分區操作系統的概念。在系統的設計和實現過程中，傳統的開發測試方法已不能適應日益增長的軟件系統規模和復雜性需求，為實現系統的先期驗證，應采用各種分析、建模的方法在系統設計初期保證系統的功能驗證，降低系統的開發成本，確保系統的功能需求和非功能需求的正確實現。
構建模型是研究復雜系統的主要方法，采用基于元模型的建模方法，可以將綜合航電系統的分區操作系統特性抽取出來，建立平臺無關的元模型（PIM）[2]，使其適應不同的軟件環境。研究了綜合航電系統分區級內核對象的特征，設計了分區級通信軟件的元模型結構，構建專業技術人員適用的圖形化建模元素，從模型構建及使用的角度分析了綜合航電分區級建模語言的設計、實現與應用。
1 MDA與元模型
模型驅動構架（model driven architecture，MDA）[3]是由對象管理小組（object managementgroup，OMG）提出的一套以模型為中心的軟件設計開發方法，其主要思想是在軟件開發整個生命周期內，使用高度抽象的模型作為開發核心，使程序設計人員將設計中心轉向模型，將設計與實現分開。MDA從領域問題進行需求捕獲、分析、再到模型設計以及實現最終的系統平臺，每個階段都對應相應的模型。
元建模（ MetaModeling）[5，6]是MDA的重要組成技術之一，以模型為核心，通過建立描述領域特征的元模型來實現建模語言的定義。元建模是一種模型集成化的工程分析方法，其本質就是在特定領域內抽象該領域的元模型。實踐表明，利用元建模技術可以簡化建模語言的定義過程，大幅度提高軟件開發效率，滿足大量的建模需求。元模型是描述模型的模型，主要用于描述特定領域的模型，是模型的更高一級抽象，對如何建模、模型定義、模型間集成和互操作等信息作出了描述[7]。
關注的重點在于構建系統的元模型。在分析研究綜合航電分區級通信機制的基礎上，采用GME元建模工具來構建綜合航電分區級元模型。
2 綜合航電系統分區內核對象特性
綜合航電系統（IMA）[8]分區由一個或多個進程組成，各進程之間為實現其分區特性的功能和實時要求并發執行。分區級通信是指處在同一分區內的進程之間的通信，IMA中數據交換是通過內部通信機制，不需要使用模塊或內核的服務，主要通過緩沖區、黑板、信號量和事件等四種通信機制來實現。緩沖區和黑板被提供用于一般進程的通信，而信號量和事件提供進程間互斥和同步的功能。所有分區內消息傳遞機制必須確保原子消息訪問（即部分寫入的消息不能被讀取）。
?。?）緩沖區Buffers
緩沖區支持多個源和目的之間處理單個消息類型的進程通信，允許設置消息隊列，消息在緩沖區內具有排隊方式（FIFO和優先級隊列）。緩沖區的管理以及其存儲消息所需內存空間由系統構建時定義的分區內存分配。緩沖區內，消息可以攜帶不同數據，但是在傳送期間內不允許覆蓋先前數據。O/S允許緩沖區在消息隊列中存儲多條消息。
緩沖區的屬性主要有進程隊列、緩沖區內單一消息的大小、緩沖區整體大小。
?。?）黑板Blackboards
黑板與緩沖區類似，但是黑板只能攜帶單個消息，所以黑板無消息排隊機制，寫入黑板的消息將被O/S保留，直到此消息被新的消息覆蓋，這一機制允許發送過程中隨時顯示消息，并且可以隨時接受訪問最新消息的進程。進程可以讀取黑板上的消息、設置并顯示消息或者清除消息信息。
黑板的屬性主要包括黑板所攜帶消息的大小、黑板狀態。
?。?）信號量Semaphores
ARINC653中定義的信號量是計數信號量，與進程和緩沖區的創建一樣，創建信號量所需的內存空間將在系統構建時定義的分區內存中分配，通常用于提供對分區內共享資源的受控訪問。信號量存在于分區內，其屬性包括進程隊列、信號量最大值、信號量當前值。
（4）事件Events
事件被用于控制進程同步執行，進程通過事件通知保證進程之間有序執行，防止因為某些不可預測的原因導致進程陷入停滯狀態，事件允許通知可能等待某處理條件發生的進程。
事件的主要屬性包含進程隊列、事件當前狀態、事件信息。
3 分區級元模型的設計
3.1 元模型設計
綜合航電分區級元模型是機載操作系統分區級通信過程中的共性、基礎元素的抽象集合，通過建立其元模型，可以提供對其內核對象的統一理解和開發規范，實現分區級數據對象間的信息資源共享和重用。ARINC653中定義的內核對象之間的關系主要在于建立進程與信號量、事件、緩沖區、黑板之間的關系。
綜合航電分區內的通信是指屬于同一個分區的進程之間的通信，其中緩沖區和黑板實現一般的進程間的通信和同步，信號量和事件保證了進程之間的同步，必須保證所有的分區內通信信息在寫入信息的時候是無法讀取信息的，即信息是原子訪問的。
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/8/view-14806384.htm
