CN102054087B - 一种基于本体论可重构的嵌入式***设计方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于本体论可重构的嵌入式***设计方法及***，其具体步骤为：所述的设计方法包括针对嵌入式***领域而设计的基于本体的知识***和为嵌入式***设计而专门开发的嵌入式开发平台共同构成。本发明的优点：大大缩短设计周期，实现设计知识的重用，解决传统设计方法所带来的设计周期长，设计知识无法重用等问题；开发基于本体的嵌入式知识***，该知识***的建立是在本体论的基础上建立的；知识***具备更新与自学***台的开发是在知识***的指导下来开发的，根据设计目的，由知识***生成设计方案，然后具体细节设计上，再由人工设计来完善***。
Description
【技术领域】
本发明涉及计算机与微电子技术领域，具体地说，是一种基于本体论可重构的嵌入式***设计方法及***。
【背景技术】
在嵌入式***开发领域，传统的设计方法设计者主要考虑只要***实现某个特定的功能就可以，对同一个设计目的可能会产生多种设计方案。不同的设计方案实现多需要经过硬件***设计，软件设计，调试，这几个阶段。设计方案功能固定，通用性差，难以满足不同层次，不断变化的用户需求。测控***设计针对具体用户，配置各异，而且如果***需要升级，更新换代，则有可能又要重新选择芯片，重新设计法案，进行很多重复的工作。很显然，这种设计方法的缺点是：无法实现知识的重用，开发周期长，浪费时间。随着嵌入式技术的不断发展与完善，现在的嵌入式***设计已经不再像早期那样，只要完成某个特定的功能就可以。越来越多的可选择SOC芯片的出现和对***性能稳定性、可靠性越来越高的要求，决定了嵌入式***设计方法日益的规范和标准。设计人员在设计的过程中主要的压力已经不再是实现某个特殊的功能，而是如何快速有效地实现整个***，并且使得这个***的设计尽可能满足产品生命周期要求。
本发明利用本体开发出嵌入式***设计领域的一套知识***，解决传统设计方法知识不能重用的难题。这套知识***是通过将嵌入式***设计领域中比较成熟的设计方案、实例、以及设计经验等以数据库的形式导入到其中，然后来开发目标嵌入式***。这种设计方法实现了知识的共享与重用，并能快速有效的实现目标***的开发。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于本体论可重构的嵌入式***设计方法及***。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于本体论可重构的嵌入式***设计方法，具体步骤为：
步骤一：建立嵌入式***设计的数据库
数据库的建立是用mysql来实现的，包括硬件数据库和软件数据库，软硬件数据库均包括通用模块和设计实例；通用模块包括如下几类，***芯片模块，键盘输入模块，液晶显示模块，存储模块，通信模块，模数转换，数模转换模块，打印机模块等；在建立硬件数据库时，通过获取上述模块的设计原理图来建立；在建立软件数据库时，通过获取软件模块源程序，包括以点c结尾的源程序和以点h结尾的头文件来建立；数据库的另一项内容是设计实例，设计实例是由传统设计方法所设计的，被验证是可行的设计案例，通过提取设计实例的软硬件设计方案，来建立设计实例的软硬件数据库；
步骤二：建立嵌入式***设计实例本体模型
该本体的建立涉及嵌入式***设计领域的设计知识与经验；嵌入式***设计包括***的硬件设计和软件设计，相应地，建立出***硬件设计本体和软件设计本体；所述硬件设计本体的建立是在步骤一硬件设计数据库的基础上，通过对数据库中的硬件模块原理图与设计实例进行语义标注，生成可读的格式，即OWL格式，在本体构建平台protégé中建立本体，并用本体描述语言OWL语言来描述；同理，所述软件设计本体是在步骤一软件设计数据库的基础上，通过对数据库中的相应源程序以及头文件代码进行语义标注，生成可读的OWL格式，在protégé平台中构建本体，用OWL语言进行描述；
步骤三：开发可重构的嵌入式知识***
在Eclipse平台上，将上述数据库，本体模型，推理机racer进行整合，通过jena提供应用程序接口API，然后通过java编程，实现并开发出基于本体可重构的嵌入式知识***；
步骤四：生成设计方案
根据用户需求，通过步骤三所建立的本体知识***，然后按照问题求解或案例推理、过程推理推理机制得到开发***的设计方案；包括***软件设计方案和***硬件设计方案；硬件设计方案是***硬件上的设计，即***硬件模块组成；软件设计方案是***软件的设计，即***组成模块的软件驱动，头文件等；
步骤五：***二次开发
在上述生成的设计方案的基础上，按照设计方案的内容实现目标嵌入式***并对嵌入式***进行二次开发，使其完善，可靠；这可包含下面两个方面的内容，一是***软件的重构开发；另一方面则是***硬件的可重构开发。作为***软件的可重构开发，根据***功能的要求，划分为相关的任务，在基于实时操作***的嵌入式***中来开发，任务可划分为与MCU相关的任务和与MCU无关的任务；与MCU相关的任务需要开发人员根据MCU的具体要求进行配置；而与MCU无关的任务，则通过第四步由本体知识***映射到相应的代码组件生成的设计方案来完成，将生成的软件代码人工进行二次开发，对相关部分做出必要修改，生成最终目标嵌入式***代码；作为***硬件的可重构开发，则根据所设计产品的硬件功能模块，通过第四步本体知识***映射为相应的硬件组件模块生成的设计方案完成，载入到PCB设计环境Protel，对原理图和PCB经行二次开发，可开发出相应的硬件PCB；
步骤六：完成最终***
通过使用嵌入式***所特有的编程开发工具即仿真器，将步骤五生成的软件代码编程下载到目标嵌入式***，使嵌入式***满足客户需求。
一种基于本体论可重构的嵌入式***，包括针对嵌入式***领域而设计的基于本体的知识***和为嵌入式***设计而专门开发的嵌入式开发平台共同构成；如图1所示；
所述的基于本体的知识***是专门针对嵌入式***开发领域而设计的知识***，该知识***由数据采集模块、数据库、推理模块、图形界面以及应用接口构成；
所述的数据采集模块完成嵌入式***软硬件设计知识的获取，即抓取设计信息，设计经验，通过语义标注，将信息抽取后存入数据库中；使其拥有自学功能，能得到及时更新；
所述的数据库通过MySQL来构建，包括硬件设计数据库、软件设计数据库以及设计实例数据库等数据库；其中，所述的硬件设计数据库是由硬件设计电路图，电器原理图构成；所述的软件设计数据库由软件设计源程序代码，相关头文件构成；
所述的推理模块是在所构建的知识***中的实现基于知识推理的部件，即推理机，推理机是基于知识的推理在计算机中的实现，推理机采用racer，通过在***中加入推理机，就可按照用户需求，根据约束、判断规则、以及推理算法来推理得到设计方案；
所述的图形界面是用java语言编程实现的界面，实现平台是eclipse平台，将上述数据采集、数据库、推理机、以及所建立的本体模块用插件的形式加入到eclipse平台，编程得到基于本体的知识***；
所述的应用接口由人机接口，word，excel，protel，keil等软件接口组成，本知识***软件平台为java平台，可实现与其他应用软件良好接口，word，excel等办公软件实现报表生成、打印等功能，Protel实现硬件设计原理图的绘制，keil实现嵌入式软件程序开发；
如图4所示为所述嵌入式开发平台分层框架，所述的嵌入式开发平台与上述基于本体的知识***之间相互依存，嵌入式开发平台为知识***提供开发平台的支持，知识***用于指导平台的开发与嵌入式***开发；所述的嵌入式开发平台包括硬件平台与软件平台，硬件平台包括嵌入式的处理器、存储模块、***电路等；软件平台包括硬件驱动、嵌入式操作***、应用软件等；其中，所述的硬件驱动直接与硬件模块相关联，实现最底层的硬件驱动功能；所述的嵌入式操作***可以是嵌入式ucos、嵌入式linux、wince等嵌入式操作***；嵌入式操作***往下与硬件驱动相连，往上与应用软件相连，为应用软件提供程序接口；所述的应用软件指为实现嵌入式***功能而开发的应用软件，典型嵌入式***平台中，应用软件由网络浏览、音视频播放器、电子邮件等软件构成。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)本发明的设计方法一种基于本体论可重构的嵌入式***设计方法是在嵌入式***设计领域的创新，在嵌入式***的设计上，采用本体论知识***与***平台相结合的思想；
(2)本发明的设计方法大大缩短设计周期，实现设计知识的重用，解决传统设计方法所带来的设计周期长，设计知识无法重用等问题；
(3)本发明开发基于本体的嵌入式知识***，该知识***的建立是在本体论的基础上建立的；
(4)本发明所开发的知识***具备更新与自学习的特性，知识***在开发的过程中加入了数据采集模块，能够及时采集web网站上的最新信息；
(5)本发明的嵌入式***平台的开发是在知识***的指导下来开发的，根据设计目的，由知识***生成设计方案，然后具体细节设计上，再由人工设计来完善***。
【附图说明】
图1本发明所包含的组件模块；
图2基于本体知识***模块搭建框图；
图3设计方法开发流程；
图4嵌入式***平台构建框图；
图5材料实验机结构组成图；
图6材料试验机控制***搭建图；
图7嵌入式***配置图。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种基于本体论可重构的嵌入式***设计方法及***的具体实施方式。
下面以某材料试验机控制***为例对上述设计方法作说明。材料试验机主要包括如下几个部分：硬件机体、信号采集装置、驱动装置、控制***。其工作原理：材料试验机控制***(控制器)驱动伺服控制器或变频控制器，控制伺服电动机或变频电动机运转，经减速装置减速后，带动螺旋丝杆运动，从而驱动实验台上下移动，实现对试样的加载过程，从而完成拉伸、压缩等力学性能实验。在实验过程中，控制***通过安装在实验机上的位移采集装置和力值采集装置，来采集试样运动过程中的位移值以及所受力值，最后作出***位移力值变化曲线。
材料实验机结构组成如图5所示：
材料试验机控制器本体模型在构建时，将其分为如下组件模块来构建本体知识模型；
(1)控制芯片：8位，如51系列、AVR系列；16位，如PIC系列；32位，arm系列；其它系列如DSP控制器；
(2)液晶显示模块：点阵图形式，按分辨率分为320*240、240*128、128*64；触摸式，其它；
(3)键盘输入模块：普通IO输入式、矩阵式、键盘控制器式；
(4)力值采集模块：按精度不同有10位精度，12位精度，16位精度，24位高精度；按是否片上集成有片上集成和片外控制器式；
(5)位移采集模块：有光电编码器位移采集和光栅尺位移采集等；
(6)电机控制模块：有变频电机控制和伺服电机控制等；
(7)打印模块：不同类型打印机。
据此，将此类材料试验机控制***搭建如图6所示本体模型：
如图6，将各模块硬件连接电路、软件程序存入本体库中，导入到protégé，并给出相应编码，导入Eclipse平台，建立基于本体的材料试验机控制器知识***。
接下来，给出如下用户需求，用户要求力值精度为高精度力值采集，位移采用一般编码器采集，需要有键盘输入命令和液晶显示界面，电机运动采用伺服电机控制，且程序运行具有实时性。
按照要求，力值采集要求高精度，对应于知识***中存储为24位高精度的AD3；位移采集对应知识***中存储为光电编码器采集的Dis1，键盘输入模块采用控制器模式Key3；液晶显示模块对应于知识***中的点阵图形式LCD3；导出上述编码对应的原理图与程序源码，为满足控制***实时性要求，软件编程在基于UCOS嵌入式操作***基础上来开发应用软件，控制芯片采用32位arm芯片，最终得出按用户要求的嵌入式***配置如图7所示：
如附图7，得到产品配置如下表所示：
| 控制芯片 | 液晶显示模块 | 键盘模块 | 力值采集模块 | 位移采集模块 | 电机控制模块 |
| CU4 | LCD3 | Key3 | AD3 | Dis1 | Motor1 |
至此，就实现了材料试验机的基于本体可重构设计。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于本体论可重构的嵌入式***设计方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一：建立嵌入式***设计的数据库
数据库的建立是用mysql来实现的，包括硬件数据库和软件数据库，软硬件数据库均包括通用模块和设计实例；通用模块为***芯片模块，键盘输入模块，液晶显示模块，存储模块，通信模块，模数转换，数模转换模块，打印机模块；在建立硬件数据库时，通过获取上述模块的设计原理图来建立；在建立软件数据库时，通过获取软件模块源程序，包括以点c结尾的源程序和以点h结尾的头文件来建立；数据库的另一项内容是设计实例，设计实例是由传统设计方法所设计的，被验证是可行的设计案例，通过提取设计实例的软硬件设计方案，来建立设计实例的软硬件数据库；
步骤二：建立嵌入式***设计实例本体模型
该本体模型的建立涉及嵌入式***设计领域的设计知识与经验；嵌入式***设计包括***的硬件设计和软件设计，相应地，建立出***硬件设计本体和软件设计本体；所述硬件设计本体的建立是在步骤一硬件设计数据库的基础上，通过对数据库中的硬件模块原理图与设计实例进行语义标注，生成可读的OWL格式，在本体构建平台protégé中建立本体，并用本体描述语言OWL语言来描述；所述软件设计本体是在步骤一软件设计数据库的基础上，通过对数据库中的相应源程序以及头文件代码进行语义标注，生成可读的OWL格式，在protégé平台中构建本体，用OWL语言进行描述；
步骤三：开发可重构的嵌入式知识***
在Eclipse平台上，将上述数据库，本体模型，推理机racer进行整合，通过jena提供应用程序接口API，然后通过java编程，实现并开发出基于本体可重构的嵌入式知识***；
步骤四：生成设计方案
根据用户需求，通过步骤三所建立的本体知识***，然后按照问题求解或案例推理、过程推理的推理机制得到开发***的设计方案；包括***软件设计方案和***硬件设计方案；硬件设计方案是***硬件模块组成；软件设计方案是***组成模块的软件驱动和头文件；
步骤五：***二次开发
在上述生成的设计方案的基础上，按照设计方案的内容实现目标嵌入式***并对嵌入式***进行二次开发，使其完善，可靠；包含下面两个方面的内容，一是***软件的可重构开发；另一方面则是***硬件的可重构开发；作为***软件的可重构开发，根据***功能的要求，划分为相关的任务，在基于实时操作***的嵌入式***中来开发，任务可划分为与MCU相关的任务和与MCU无关的任务；与MCU相关的任务需要开发人员根据MCU的具体要求进行配置；而与MCU无关的任务，则由本体知识***映射到相应的代码组件生成的设计方案来完成，将生成的软件代码人工进行二次开发，对相关部分做出必要修改，生成最终目标嵌入式***代码；作为***硬件的可重构开发，则根据所设计产品的硬件功能模块，本体知识***映射为相应的硬件组件模块生成的设计方案完成，载入到PCB设计环境Protel，对原理图和PCB进行二次开发，开发出相应的硬件PCB；
步骤六：完成最终***
通过使用嵌入式***所特有的编程开发工具仿真器，将步骤五生成的软件代码编程下载到目标嵌入式***，使嵌入式***满足客户需求。
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