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基于Petri網(wǎng)的嵌入式軟件組件的實(shí)時性分析

2017-10-30 | rar | 0.3 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

 隨著科技的發(fā)展,大多數(shù)的電子系統(tǒng)和產(chǎn)品含有特定的硬件器件和功能模塊,顯然這些系統(tǒng)是多種類、嵌入式的。嵌入式的軟/硬件設(shè)計是一項(xiàng)復(fù)雜工作,為了滿足系統(tǒng)的可靠性、運(yùn)行效果、內(nèi)存受限等要求,嵌入式系統(tǒng)除了需要實(shí)現(xiàn)功能需求外,非功能性的約束(Non-functional constraints)也是非常重要的。非功能性約束包括實(shí)時性、程序性能、穩(wěn)定性、可靠性、安全性、內(nèi)存限制、存儲空間限制等[1-2]。對于非功能性約束的考慮方法可以分為兩大類:面向過程(process-oriented)的方法和面向產(chǎn)品的方法(product-oriented)。面向過程的方法,指使用非功能性約束信息指導(dǎo)軟件的開發(fā)過程。面向產(chǎn)品的方法,指在組件內(nèi)部描述非功能性約束信息,并檢查組件構(gòu)成的產(chǎn)品的非功能性約束信息判斷軟件是否滿足要求的非功能性約束。本文中使用面向產(chǎn)品的方法對嵌入式組件模型SECOM(Simple Embedded Component Object Model)的非功能性約束進(jìn)行分析,在組件內(nèi)部采用Petri網(wǎng)方法描述非功能性約束信息。
  1 時間Petri網(wǎng)
  Petri網(wǎng)是一種可用圖形表示的組合模型,具有直觀、易懂和易用的優(yōu)點(diǎn),可用于模擬帶有并發(fā)性、異步性、分布式、非確定性、并行性等特性的系統(tǒng)。而用時間Petri網(wǎng)[3-4](簡稱時間網(wǎng)TPN)建立系統(tǒng)的動態(tài)模型,可進(jìn)一步將系統(tǒng)中事件從發(fā)生到結(jié)束所需的時間描述出來。
  時間網(wǎng)TPN中表示事件的持續(xù)時間的方法有兩種:一種是將各事件的持續(xù)時間標(biāo)在庫所的旁邊,表示庫所中產(chǎn)生的托肯要經(jīng)過一定的時間后才能參與網(wǎng)中的運(yùn)行;另一種方法是將時間標(biāo)注在變遷的旁邊,表示當(dāng)該變遷具有發(fā)生條件時要延遲一段時間后才能發(fā)生,或該變遷發(fā)生后,立即從相應(yīng)的輸入庫所中移走相應(yīng)的托肯,但要延遲一段時間后才在相應(yīng)的輸出庫所中產(chǎn)生相應(yīng)的托肯[5-6]。在下面的時間P/T網(wǎng)定義中采用的是后一種方法。
  定義1:當(dāng)某一變遷的發(fā)生條件滿足時,若該變遷要延遲一段時間后才從相應(yīng)的輸入庫所中移走相應(yīng)的托肯并得到發(fā)生后果,或該變遷發(fā)生后,立即從相應(yīng)的輸入庫所中移走相應(yīng)的托肯,但要延遲一段時間后才得到發(fā)生后果,則稱這樣的變遷為時間變遷。
  定義2:當(dāng)某一變遷的發(fā)生條件滿足時,若該變遷立即從相應(yīng)的輸入庫所中移走相應(yīng)的托肯,且立即得到發(fā)生后果,則稱這樣的變遷為立即變遷。
  在時間P/T網(wǎng)的圖形表示中約定,用矩形框表示時間變遷,用黑線表示立即變遷。下面是時間P/T網(wǎng)模型的形式化定義。
  基于Petri網(wǎng)的嵌入式軟件組件的實(shí)時性分析
  根據(jù)延遲時間是一個固定值還是一個區(qū)間值,TPN還可分為固定延遲時間P/T網(wǎng)和不固定延遲時間P/T網(wǎng)。在固定延遲時間P/T網(wǎng)中,對于任意的變遷t∈T1,都有一個非負(fù)的實(shí)數(shù)r與之相對應(yīng),使得變遷t的延遲時間為r。在不固定延遲時間P/T網(wǎng)中,對于任意的變遷t∈T1,都有一個對偶[Bcet,Wcet]與之相對應(yīng)(Bcet≥0,Wcet≥0),使得若在a時,t的發(fā)生條件成立,則t可在時間區(qū)間[a+Bcet,a+Wcet]內(nèi)執(zhí)行,即t有效時,其相應(yīng)的輸入庫所中的托肯將至少保留Bcet s,直至(a+Wcet) s時才移出,或t有效時,其相應(yīng)的輸入庫所中的托肯立即移出,但將至少保持Bcet s,直至(a+Wcet) s時才產(chǎn)生后繼標(biāo)識,本文中將采用第一種方式。
  2 SECOM組件模型
  基于嵌入式系統(tǒng)高度可裁剪性、資源受限的特點(diǎn)和對當(dāng)前現(xiàn)狀的分析[6],本文給出一種新的、基于源代碼復(fù)用的、精簡的嵌入式組件模型SECOM。該組件模型包含以下元素:
  (1)瘦組件:SECOM組件是設(shè)計、開發(fā)、重用的單元,是程序的基本組成塊,是在完成基本功能前提下的極小化,所以稱之為“瘦組件”。組件與接口相互獨(dú)立,是接口功能的具體實(shí)現(xiàn)者。組件之間通過接口通信,互相協(xié)作完成軟件功能。組件的定義是可遞歸的。
  (2)簡接口:接口用來定義功能函數(shù),是一組相關(guān)函數(shù)的集合,分離了瘦組件的定義與實(shí)現(xiàn),徹底消除了接口調(diào)用者和實(shí)現(xiàn)者之間的耦合關(guān)系,增強(qiáng)了信息封裝性。接口具有唯一性、不變性、繼承性和多態(tài)性。同一接口在不同組件內(nèi)有不同的實(shí)現(xiàn)方式。接口分為兩類:①服務(wù)接口(Provide Interface),接口所在組件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了此接口類型的功能,可以向組件外部提供服務(wù);②請求接口(Require Interface),接口所在組件內(nèi)沒有實(shí)現(xiàn)此接口的功能,組件需要向外部請求此接口的實(shí)現(xiàn)。
  (3)靈敏橋接器:橋接器完成接口之間的連接。根據(jù)現(xiàn)有條件的不同,采取不同的連接模式。連接模式有:直接連接(connecting),選擇連接(selecting)和代碼塊粘連(gluing)。接口之間的消息交換是通過一個橋接器連接兩個或更多的接口實(shí)例來實(shí)現(xiàn)[7-9]。組件模型類圖如圖1所示。
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