CN110955423B - 一种模型设计方法、***、存储介质和终端 - Google Patents

一种模型设计方法、***、存储介质和终端 Download PDF

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Abstract

一种模型设计方法、***、存储介质和终端，其中，所述方法包括：使用架构建模工具建立***的架构模型以及该架构中所有子***的框架模型；使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块；分别使用架构建模工具和算法建模工具对每个子***的软件模块进行建模；将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成。本发明能够集成架构建模工具和算法建模工具进行模型设计。

Description

一种模型设计方法、***、存储介质和终端
技术领域
本文涉及软件建模技术，尤指一种模型设计方法、***、存储介质和终端。
背景技术
基于模型的软件开发方法通过对目标***建模，使得开发者可以围绕模型对***进行深入的思考和分析，以保证对***理解的正确性。通过选用一定的模型设计语言和建模工具，准确的建立目标***的模型，消除其它描述***方式的模糊性以及由此导致的歧义，是基于模型的软件设计方法的核心。
基于模型的软件开发使得安全关键***的设计更为容易，由模型生成代码，避免了人工生成代码的工作量。然而目前市场上基于模型驱动的开发工具要么关注***算法，要么关注***架构，建模工具功能单一，无法实现完整的从***架构到功能算法的详细设计与验证，从而导致***的开发周期被按片划分，交互性差。
发明内容
本申请提供了一种模型设计方法、***、存储介质和终端，能够集成架构建模工具和算法建模工具进行模型设计。
本申请提供了一种模型设计方法，包括：
使用架构建模工具建立***的架构模型以及该架构中所有子***的框架模型；
使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块；
分别使用架构建模工具和算法建模工具对每个子***的软件模块进行建模；
将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成。
本申请实施例能够集成架构建模工具和算法建模工具进行模型设计。
在一种示例性的实施例中，使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块，包括：
建立用于模拟每个子***处理器的硬件平台；
建立用于模拟每个子***功能模块的软件模块，并将软件模块以绑定的方式部署到硬件平台。
在一种示例性的实施例中，分别使用架构建模工具和算法建模工具对每个子***的软件模块进行建模，包括：
使用架构建模工具为每个子***的软件模块建立任务模型；
对需要算法支持的至少部分所述任务模型，使用算法建模工具建立相应的算法模型。
在一种示例性的实施例中，将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成，包括：
将对使用算法建模工具建立的模型生成的代码类型和文件名称，配置到使用架构建模工具建立的模型的编程属性中，然后通过架构建模工具生成对所述***建模的代码；或
将对使用算法建模工具建立的模型生成的代码嵌入到对使用架构建模工具建立的模型生成代码段中。
在一种示例性的实施例中，对需要算法支持的至少部分所述任务模型，使用算法建模工具建立相应的算法模型之后，所述方法还包括：
对建立的算法模型进行仿真，并记录算法模型各端口的输入与输出数据；
将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成之后，所述方法还包括：
以架构建模工具为平台，对集成后的模型进行仿真；其中，对集成后的模型中的算法模型部分，仿真时采用所述记录的算法模型各端口的输入与输出数据。
在一种示例性的实施例中，所述以架构建模工具为平台，对集成后的模型进行仿真之后，所述方法还包括：
对集成后的模型生成代码。
本发明实施例还提供了一种模型设计***，包括：
架构建模模块，用于使用架构建模工具建立***的架构模型以及该架构中所有子***的框架模型；使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块；使用架构建模工具对每个子***的软件模块进行建模；
算法建模模块，用于使用算法建模工具对每个子***软件模块的任务模型的算法部分进行建模；
集成模块，用于将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成。
本发明实施例能够集成架构建模工具和算法建模工具进行模型设计。
在一种示例性的实施例中，架构建模模块，用于使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块，包括：
建立用于模拟每个子***处理器的硬件平台；
建立用于模拟每个子***功能模块的软件模块，并将软件模块以绑定的方式部署到硬件平台。
本发明实施例还提供了一种计算机可读写存储介质，所述介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如前实施例所述的模型设计方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种终端，包括：
存储器，用于存储计算机可执行指令；
处理器，用于执行所述计算机可执行指令，以实现如前实施例所述的模型设计方法的步骤。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的模型设计方法流程图；
图2为本申请应用示例通过AADL创建的***的架构模型以及该架构中所有子***的框架模型示意图；
图3为本申请应用示例对燃油率控制子***的详细设计示意图；
图4为本申请应用示例通过AADL对燃油率控制子***的燃油计算模块建立任务模型示意图；
图5为本申请应用示例通过Simulink建立与AADL中前馈燃油率任务模型相对应的算法模型示意图；
图6为本申请应用示例中使用Simulink算法模型生成的代码文件示意图。
具体实施方式
本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。
本申请实施例提供了一种模型设计方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤S101使用架构建模工具建立***的架构模型以及该架构中所有子***的框架模型；
所述架构建模工具可采用体系结构分析与设计语言(Architecture Analysisand Design Language，AADL)，AADL是一种应用于嵌入式***领域的体系结构建模语言，具有语法简单、功能强大、可扩展等优点；AADL能够对嵌入式软件的功能和非功能属性进行建模与描述，它采用形式化的语义描述实时***的体系结构、软件到硬件的部署、***部件之间的功能接口和时间属性，使***设计者在***架构设计时能够及时发现潜在的错误和问题，便于开发时及时做出调整，缩短开发周期，并避免后期损失；
步骤S102使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块；
步骤S103分别使用架构建模工具和算法建模工具对每个子***的软件模块进行建模；
所述算法建模工具可使用Simulink，Simulink是以Matlab为基础的用于动态***和嵌入式***的多领域建模仿真工具，支持自动代码生成及测试；对多种时变***，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理***，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试；Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具进行算法研发、仿真分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义；
步骤S104将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成。
在一示例性实施例中，步骤S102使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块，包括：
建立用于模拟每个子***处理器的硬件平台；
建立用于模拟每个子***功能模块的软件模块，并将软件模块以绑定的方式部署到硬件平台。
在一示例性实施例中，步骤S103分别使用架构建模工具和算法建模工具对每个子***的软件模块进行建模，包括：
使用架构建模工具为每个子***的软件模块建立任务模型；
对需要算法支持的至少部分所述任务模型，使用算法建模工具建立相应的算法模型，所述算法模型包括对任务模型的运算处理，可使用算法建模工具，如simulink，搭建算法模型，Simulink自带了很多算法库，可方便实现常见控制算法模型的搭建；在搭建算法模型时需要建立任务模型和算法模型相对应的接口与连接关系；
在一示例性实施例中，步骤S104将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成，包括：
将对使用算法建模工具建立的模型生成的代码类型和文件名称，配置到使用架构建模工具建立的模型的编程属性中，然后通过架构建模工具生成对所述***建模的代码(如C/C++代码)；或
将对使用算法建模工具建立的模型生成的代码(如C/C++代码)嵌入到对使用架构建模工具建立的模型生成代码段(如C/C++代码段)中。
相关技术对较普遍使用的架构建模工具(如AADL)与算法建模工具(如Simulink)，缺乏完善的集成方法，对AADL与Simulink模型间的转换采用了由AADL转向Simulink的方式，此方式不利于***整体的建模仿真与代码生成。本申请实施例对通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成时，以架构建模工具为平台，将使用算法建模工具建立的模型生成的代码做映射及集成，当所述代码为C/C++代码时，本申请实施例所述的算法建模工具同样可以为其他可以生成C/C++代码的算法建模工具，如SCADE等。
在一示例性实施例中，对需要算法支持的至少部分所述任务模型，使用算法建模工具建立相应的算法模型之后，所述方法还包括：
对建立的算法模型进行仿真，并记录算法模型各端口的输入与输出数据；
将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成之后，所述方法还包括：
以架构建模工具为平台，对集成后的模型进行仿真；其中，对集成后的模型中的算法模型部分，仿真时采用所述记录的算法模型各端口的输入与输出数据。
在一示例性实施例中，所述以架构建模工具为平台，对集成后的模型进行仿真之后，所述方法还包括：
对集成后的模型生成代码。
本申请实施例基于架构建模工具和算法建模工具，提出了一种基于所述两种建模工具的建模方法，从而弥补了现有建模过程中使用建模工具功能单一的问题，实现了从架构到功能行为及算法的完整流程设计。
下面以一个具体的应用示例对本发明实施例进行说明。
本应用示例以飞机燃油控制***为例进行模型设计。该***由三大子***组成：传感器子***、燃油率控制子***、引擎气体动力学子***。进行模型设计的方法包括：
步骤一，进行架构设计，使用架构建模工具AADL建立***级的架构模型，并依据需求及功能对飞机燃油控制***划分子***，同样使用AADL建立所有子***的架构模型；
步骤二，设置子***的接口以及接口之间的连接关系；如图2所示，从左至右为由AADL创建的“SensorSystem”、“FuelRateController”、“EngineGasDynamics”，分别表示飞机燃油控制***FuelControlSystem的三大子***：传感器子***、燃油率控制子***、引擎气体动力学子***；
步骤三，对子***进行详细设计；建立每个子***的软件模块与硬件平台；图3为以燃油率控制子***“FuelRateController”为例，如图3所示，该子***包括：用于模拟燃油率控制子***处理器CPU的硬件平台；由AADL子程序组件创建的“validate_sample_time”采样时间验证模块，用于执行一段可执行代码及对程序的调用；由AADL进程组件创建的“control_logic”控制逻辑模块、“airflow_calc”气流计算模块、“fuel_calc”燃油计算模块；
步骤四，进行***部署设置；将软件模块以绑定的方式部署到硬件平台，由硬件平台提供模型得以调度仿真的基础；
步骤五，软件模块中任务模型的设计；依据软件建设需求及功能划分，建立各功能软件模块相对应的任务模型及接口。其中任务模型的设计由AADL中的“thread”组件完成，如图4所示，建立燃油计算模块“fuel_calc”的两个任务模型“feedforward_fuel_rate”前馈燃油率任务模型与“switchable_compensation”可切换补偿任务模型；
步骤六，任务模型的详细设计；分别对燃油计算模块中的前馈燃油率任务模型及可切换补偿任务模型建立相应的simulink算法模型。以燃油计算模块“fuel_calc”中的任务模型“feedforward_fuel_rate”为例，使用算法建模工具Simulink建立相应的算法模型。软件建模是一个自上而下的过程，包括架构层、任务层、行为层的设计。行为层的设计，即算法建模包括具体的运算处理，这是架构建模工具所不具备的，需要使用专门的算法建模工具，如Simulink。Simulink其强大的仿真分析功能，也有助于软件工程师提前对算法模型进行验证，并可将算法模型生成代码。由算法模型生成的代码通过集成及调用的方式，配置到架构模型，可完善架构模型的设计与验证。如图5所示，通过Simulink建立与AADL建立的任务模型“feedforward_fuel_rate”相对应的算法模型，建立任务模型和算法模型相对应的接口与连接关系，此时应注意接口数据类型的一致性。图5中有两个输入端口“实际进气量”与“燃油模式”，端口类型分别为“single单精度数据类型”与“燃油模式的数据类型”；一个输出端口“表示前馈燃油率”，端口类型为“单精度数据类型”。图5中算法模型的端口与图4中前馈燃油率任务模型的端口相对应。对Simulink算法模型进行仿真，记录算法模型各端口的输入与输出数据；
步骤六，AADL与Simulink模型的集成设计，可通过以下两种集成方式实现：
配置图4中AADL任务模型的属性，配置程序如下，从该配置中也可看出，两者输入及输出端口的数据类型具备一致性；
Figure BDA0002292676400000091
将Simulink生成的代码类型和文件名称配置到AADL任务模型的编程属性中，然后通过AADL代码生成工具生成整个***的C/C++代码；或
将AADL模型生成C/C++代码，再将Simulink生成的代码以添加或引用的方式嵌入到AADL模型相应的C/C++代码段中；
图6为对前馈燃油率任务模型建立相应的simulink算法模型后，生成的代码文件；其中，html文件是网页版的代码生成报告；“feedforward_fuel_rate.c”与“feedforward_fuel_rate.h”是算法模型的C代码文件及其头文件；“signals.c”与“feedforward_fuel_rate_types.h”是算法模型所使用到的信号和数据类型的C代码文件，即“feedforward_fuel_rate.c”与“feedforward_fuel_rate.h”需引用“signals.c”与“feedforward_fuel_rate_types.h”中的信号和数据类型；
步骤七，仿真验证；以AADL建模工具为平台，对集成的模型进行仿真分析，其中涉及到Simulink算法模型的部分，由于算法模型已在Simulink中进行了仿真验证，此处只需记录算法模型各端口的输入与输出数据，在使用AADL对集成的模型仿真时，采用该组数据，在此基础上完成整个***模型的仿真验证；
步骤八，代码生成。基于步骤六中不同的集成方式，生成相应的代码。
通过以上的方法，可以更完善的建立***模型并进行仿真分析，提升设计效率。
本发明实施例还提供了一种模型设计***，包括：
架构建模模块，用于使用架构建模工具建立***的架构模型以及该架构中所有子***的框架模型；使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块；使用架构建模工具对每个子***的软件模块进行建模；
算法建模模块，用于使用算法建模工具对每个子***软件模块的任务模型的算法部分进行建模；
集成模块，用于将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成。
在一示例性实施例中，架构建模模块，用于使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块，包括：
建立用于模拟每个子***处理器的硬件平台；
建立用于模拟每个子***功能模块的软件模块，并将软件模块以绑定的方式部署到硬件平台。
本发明实施例还提供了一种计算机可读写存储介质，所述介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如前实施例所述的模型设计方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种终端，包括：
存储器，用于存储计算机可执行指令；
处理器，用于执行所述计算机可执行指令，以实现如前实施例所述的模型设计方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、***、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (8)

1.一种模型设计方法，包括：
使用架构建模工具建立***的架构模型以及该架构中所有子***的框架模型；
使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块；
分别使用架构建模工具和算法建模工具对每个子***的软件模块进行建模，包括：
使用架构建模工具为每个子***的软件模块建立任务模型；
对需要算法支持的至少部分所述任务模型，使用算法建模工具建立相应的算法模型；
将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成，包括：
将对使用算法建模工具建立的模型生成的代码类型和文件名称，配置到使用架构建模工具建立的模型的编程属性中，然后通过架构建模工具生成对所述***建模的代码；或
将对使用算法建模工具建立的模型生成的代码嵌入到对使用架构建模工具建立的模型生成代码段中。
2.根据权利要求1所述的模型设计方法，其特征在于，使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块，包括：
建立用于模拟每个子***处理器的硬件平台；
建立用于模拟每个子***功能模块的软件模块，并将软件模块以绑定的方式部署到硬件平台。
3.根据权利要求1所述的模型设计方法，其特征在于，
对需要算法支持的至少部分所述任务模型，使用算法建模工具建立相应的算法模型之后，所述方法还包括：
对建立的算法模型进行仿真，并记录算法模型各端口的输入与输出数据；
将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成之后，所述方法还包括：
以架构建模工具为平台，对集成后的模型进行仿真；其中，对集成后的模型中的算法模型部分，仿真时采用所述记录的算法模型各端口的输入与输出数据。
4.根据权利要求3所述的模型设计方法，其特征在于，所述以架构建模工具为平台，对集成后的模型进行仿真之后，所述方法还包括：
对集成后的模型生成代码。
5.一种模型设计***，其特征在于，包括：
架构建模模块，用于使用架构建模工具建立***的架构模型以及该架构中所有子***的框架模型；使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块；使用架构建模工具对每个子***的软件模块进行建模；
算法建模模块，用于使用算法建模工具对每个子***软件模块的任务模型的算法部分进行建模，包括：
使用架构建模工具为每个子***的软件模块建立任务模型；
对需要算法支持的至少部分所述任务模型，使用算法建模工具建立相应的算法模型；
集成模块，用于将通过所述架构建模工具建立的模型和使用所述算法建模工具建立的模型进行集成，包括：
将对使用算法建模工具建立的模型生成的代码类型和文件名称，配置到使用架构建模工具建立的模型的编程属性中，然后通过架构建模工具生成对所述***建模的代码；或
将对使用算法建模工具建立的模型生成的代码嵌入到对使用架构建模工具建立的模型生成代码段中。
6.根据权利要求5所述的模型设计***，其特征在于，
架构建模模块，用于使用架构建模工具建立所述每个子***的硬件平台和软件模块，包括：
建立用于模拟每个子***处理器的硬件平台；
建立用于模拟每个子***功能模块的软件模块，并将软件模块以绑定的方式部署到硬件平台。
7.一种计算机可读写存储介质，其特征在于，所述介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的模型设计方法的步骤。
8.一种终端，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机可执行指令；
处理器，用于执行所述计算机可执行指令，以实现如权利要求1至4中任一项所述的模型设计方法的步骤。
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