将扩展UML与Petri网应用在嵌入式系统设计中全解.pptVIP

将扩展UML 与Petri网应用在嵌入式系统设计中 1研究背景 * * 2嵌入式系统,UML,Petri网的介绍 3时间约束Petri网和扩展UML相结合 1研究背景 4 应用实例 随着嵌入式系统的不断发展，传统的嵌入式开发已经远远不能适应新的要求，需要借助UML 强大的系统设计能力来解决效率低下的问题，但是标准UML 在多系统级任务并发，任务之间同步、系统仿真以及实时性方面没有提供足够的支持，很难直接应用到嵌入式系统的设计中。本文研究了一种将时间约束Petri 网和扩展UML 相结合的方法， 通过利用Petri 描述异步性和并发性的能力来扩展UML 的构造型和流程图， 通过将UML 转化为Petri 图， 进而可以利用Petri 强大的理论体系来验证UML 的正确性。 2.1 嵌入式系统 嵌入式系统(embedded system) 是嵌入到目标应用系统中的计算机系统， 是集计算机技术、通信技术、半导体技术、传感器技术等先进技术为一体的后PC 时代标志性的产物， 存在于各种常见的电子设备、家用电器、通信设备以及医疗器械中， 已成为国防、汽车、电力、制造业等各个行业不可缺少的科技力量。然而伴随着嵌入式应用的不断发展， 嵌入式系统的复杂性、不确定性以及系统规模不断地扩大， 传统的嵌入式开发和设计已经远远不能适应新的要求， 各国的嵌入式系统设计专家也展开了各种各样的研究并已达成一个共识： 复杂实时嵌入式系统设计需要充分利用面向对象技术的强大系统设计能力。 2嵌入式系统,UML,Petri网的介绍 2.2 UML UML， 即统一建模语言， 是面向对象和基于构件的软件系统建模工具语言， 通过用例图、类图、对象图、时序图、协作图、活动图、状态图、组件图和配置图以不同的设计角度提供系统建模的完整细节。UML 的产生是为了解决20 世纪六七十年代软件产业遇到的一次危机， 危机原因就是软件越来越庞大和复杂， 而软件的质量和生产率却越来越低。UML 标准的出现与发展， 使得软件开发的规范化和效率都得到了很大提高。虽然UML 的功能如此强大， 在软件领域也取得了巨大的成就， 但是标准UML 却很难直接应用到嵌入式系统的设计中。UML 对多系统级任务并发， 任务之间同步、系统仿真以及实时性方面的描述都没有提供足够的支持， 而这些内容恰恰是嵌入式系统最主要的特点， 所以直接导致在实际的嵌入式系统中UML 模型很难被构建。即使构建出模型， 其正确性也很难得到验证和保证。 2.3 Petri Petri 网是是对离散并行系统的数学表示， 适合于描 述异步的、并发的计算机系统模型。Petri 网有严格的定义、数学表述式及一整套严谨的理论体系， 为计算机科学提供坚实的概念基础， 也为利用Petri 网的特性来扩展UML 提供了可能。 3时间约束Petri网和扩展UML相结合 3.1利用Petri 网扩展UML 构造型 将时间约束Petri网和扩展UML相结合并应用到嵌入式系统设计的方法。它主要包括两个方面， 一是利用Petri 描述异步和并发性的能力来扩展UML 的构造型和流程图， 另一方面是将UML 转化为Petri 图， 进而可以利用Petri 强大的数学理论体系来验 证UML 的正确性。利用Petri 网库所和变迁的性质，可以很好地扩展和描述UML 的状态和事件； 利用多个变迁都有被允许的可能， 但同一时刻只能有一个变迁发生， 来对应和描述UML 中的并发性； 利用令牌的转移来描述系统的动态特性。为了更准确地描述嵌入式系统的时间特性， 在传统Petri 网的基础上再引入时间因子， 进而可以支持系统对实时性的要求。 根据对Petri 以上特性的研究，本文利用UML 的扩展机制，扩展了UML 的构造型元素：描述并发机制的消息队列、控制共享资源和任务同步的信号量、描述任务之间关系的关联标志、描述任务之间实时性的时间约束。如图1 所示。 (1) 消息队列。用于任务和中断服务程序发送和接受消息的建模。消息队列可以实现带数据的通信和同步， 暂时保持来自一个发送者的消息， 直到有意的接受者准备读这些消息。消息队列把发送任务和接收任务分隔开， 同时释放发送和接收消息的任务。 (2) 信号量。用于控制共享资源的使用权、两个任务的行为同步以及事件的发生的建模。信号量可以控制多个任务行为同步。 (3)关系标志。用于控制任务与多个事件同步的建模。关系标志有两种类型： 独立型和关联型。独立型用于任务与任何事件之一发生同步的建模，在图标中用“OR” 标识，关联型在图标中用“AND” 标识，用于任若干事件都发生了同步的建模。 (4) 时间约束。用于系统实时性的建模。规定对一个任务输入消息的时间与输出消息的时间的差值满