嵌入式系统架构虚拟综合方法的理论研究

This proposal focus on some challenging theory problems of System Architecture Virtual Integration, shorted as SAVI, framework about modeling and analysis methodology for safety-critical embedded software, and three key contents will be researched includes the formal semantics of hierarchical component integrated model, the model transformation theory about heterogeneous models based on meta-model semantics and some technologies of SAVI model bus. It achieves some research goals as follow: 1) The formal semantics of hierarchical component integrated mode is presented according to set up AADL formal semantics, and constructs fundamental theory of SAVI framework; 2) To create a serial mapping relationships among heterogeneous models in multi-vision of model, an unified modeling theory for heterogeneous models is proposed to solve consistency problem for model transformation; 3) A data exchange mechanism is proposed for model instance of SAVI in order to build model bus for communication among heterogeneous model instance; and 4) a SAVI framework prototype is developed, and some research results will be verified via an avionics application development..It is very important to research on theories and technologies of SAVI frameworks for promoting development methodologies of complex embedded system in aviation or aerospace applications.

本课题针对安全攸关嵌入式软件模型设计和分析的SAVI框架的理论问题，遵循先＂先综合后构建＂嵌入式系统开发思路，开展基于AADL的多层次构件集成模型语义、基于元模型语义的异质模型转换理论和SAVI模型“总线”技术等研究，并实现如下目标：1）从AADL形式语义入手，提出层次化、形式化的SAVI模型语义，建立SAVI框架的理论基础；2）分析多视图的异质模型元模型语义映射关系，提出异构模型的同质化理论方法，解决SAVI模型转换的一致性问题；3）提出SAVI异质模型实例的数据交换机制，构建异质模型实例交互的模型“总线”，实现基于AADL模型的虚拟集成的SAVI框架；（4）开发SAVI框架原型系统，并结合我国航空电子系统开发需求开展研究成果应用验证。SAVI理论探索对促进我国航空/航天嵌入式系统研发技术发展具有重要科学意义。

针对复杂嵌入式系统采用分布式、集成化、模块化的新型软件体系结构的开发需求，研究解决安全攸关嵌入式软件模型设计和分析的SAVI（系统架构虚拟集成）框架的理论问题，如形式化架构模型语义缺失、异质模型转换一致性、异质模型间的互操作等，提出了一种多层次、异构模型综合的SAVI技术，保障安全攸关嵌入式系统功能正确性，提高嵌入式系统非功能属性的可信分析与评估能力。项目主要研究成果包括以下四个方面：1）从AADL模型形式语义出发，提出了系列化AADL模型语言的非功能属性建模子语言，制定了AADL模型的系列化模型附录（包括危险模型附录、事务级错误模型附录、资源模型附录和脆弱性模型附录等），提升了AADL的建模能力，形成了一种复杂嵌入式系统集成化建模框架；2）基于AADL非功能属性附录模型，提出了嵌入式系统架构非功能属性（可靠性、安全性、资源有效性和可调度性）分析评估方法，支持在系统早期设计阶段对复杂嵌入式系统的非功能属性进行分析评估；3）提出了一种基于MOF框架的异质模型一致性转换方法，给出了一种基于软总线的模型总线构建技术，支持异质模型的相互操作和系统联合仿真，有效解决了SAVI模型集成和模型互操作的关键问题；4）提出了一种智能嵌入式系统AI模块仿真验证方法，形成了一种智能嵌入式系统的分析评估框架。通过对以上理论及方法的研究，项目研究成果形成了一套完整的、系统的基于AADL模型的SAVI技术模型设计与分析理论，并在航空电子嵌入式系统与智能电网嵌入式装备开发中进行应用验证。