论文部分内容阅读
实时嵌入式系统具有微型化、紧耦合、低功耗、专用性等特点，在规模、结构、能耗、配置等方面对实时嵌入式软件提出更高要求。同时，实时嵌入式软件往往需要满足实时性、安全性、可靠性、硬件资源限制等诸多方面的特定要求，对非功能属性要求更为严格。这些因素增加了实时嵌入式软件开发的难度，提高实时嵌入式软件的开发效率、软件质量和执行效率成为三个关键问题。
针对上述问题，本文围绕建模、验证和配置这三方面开展实时嵌入式软件构件技术研究，以提升实时嵌入式软件开发效率、软件质量和执行效率。本文提出的面向实时嵌入式软件的构件技术框架，通过构件模型对实时嵌入式软件的功能及非功能需求进行建模，并根据建模结果验证系统非功能属性，在开发早期对应用模型与应用需求的一致性进行验证，并提供相应的建模与验证工具。同时基于对应用属性和性能指标的量化分析，自动配置实时嵌入式应用属性以提高系统性能。具体而言，本文主要研究内容包括：
1.总结实时嵌入式软件开发、移植过程中的主要难点，提出一种可用于多领域、资源受限环境的构件模型NanoCM，对应用的功能及非功能需求进行全面抽象与规约。通过构件属性/侧面属性对应用的具体非功能属性加以规约，通过侧面对应用的领域相关部分加以封装，使得构件模型具有多领域建模能力。基于NanoCM构件模型，提出一种提高实时嵌入式软件可移植性的方法，利用NanoCM的建模要素抽象规约影响应用移植的关键部分。基于NanoCM构件模型，提出一种生成满足用户个性化需求的部署方案的方法以提高实时嵌入式软件可配置性，利用NanoCM基本建模元素表达构件非功能属性和用户个性化需求的相关属性。本文采用NanoCM构件模型对若干实时嵌入式应用进行建模，验证了NanoCM对应用可移植性、可配置性的改善；
2.NanoCM构件模型对非功能属性的规约，为非功能属性模型检测奠定了工作基础。对实时嵌入式软件而言，网络相关属性(如网络带宽资源可满足性、网络交互正确性等)是重要的非功能属性。为此，本文提出验证实时嵌入式软件网络交互相关属性的通用方法。以实时自动机模型为基础，描述实时嵌入式软件的网络交互模式和网络资源占用情况，并对其共性特征加以抽象，形成网络交互相关属性模型检测工作的复用基础。以实时计算树逻辑为基础，描述网络交互相关属性。本文使用具体的实时嵌入式应用“移动相册”，验证了实时嵌入式软件网络交互相关属性的通用模型检测方法的合理性和有效性；
3.基于NanoCM构件模型对实时嵌入式应用功能和非功能属性的抽象结果，提出一种基于随机过程量化分析实时嵌入式应用属性与性能指标之间关系的方法。以应用属性为自变量、以随机过程为主要工具量化表达关键的实时嵌入式应用性能指标(包括实时线程执行时间确定性、吞吐量和内存消耗)，采用混合整数非线性规划算法生成满足特定性能指标需求的应用属性配置方案。本文为具体的实时嵌入式软件生成应用属性配置方案，通过该配置方案对应用性能指标的改善验证本文方法的有效性。
本文提出的面向实时嵌入式软件的构件技术框架对实时嵌入式应用建模、模型检测和应用属性配置等相关问题提供了一种可行且有效的解决方法，并研发完成了相应的系统与工具。