中国科学技术大学：《嵌入式系统设计方法》课程教学资源（课件讲稿，第二版）RTE规范与建模方法之 Domain Specific Modeling Languages（MARTE、AADL、Autosar）

中围种学技术大学 RTE规范与建模方法之 Domain Specific Modeling Languages 李曦 llxx@ustc.edu.cn 计算机系、计算机应用研究室

RTE规范与建模方法之 Domain Specific Modeling Languages 李曦 llxx@ustc.edu.cn 计算机系、计算机应用研究室

Distributed Car Systems Arch. Mobile Communications Navigation Information Systems MOST DAB Access to Firewire Www Fire Wall Theft warning Air Body Electronics Apog Conditioning CAN Door Module Lin Light Module Gate 园 Way ABS CAN TTCAN Shift by Engine Wire Management System Gate Electronics Way 3ned Steer by Brake Wire by Wire FlexRay

Distributed Car Systems Arch

“Y-Chart”Approach for Model--Based Analysis Applications,Platform,Allocation Application Platform Model Model Applic.Constraints Resources QoS .Environment Params .Capacity,speed.etc. .Quality Requirements Reliability(avallabillty .Design Constraints fault tolerance,etc.) Allocation Alloc.Information put Files for .Applic.to Platform Analysis mapping .Allocation-specific properties Analysis Tools Analysis Results Specification of Non-Functional Properties! Generated Code

“Y-Chart” Approach for Model-Based Analysis • Applications，Platform，Allocation

RTES系统设计过程：top-down V&V,Analysis! Ma Spunous Spurous Requirement Specification Validation or ed nto chios to extra过 Counterexample RA tched aith targn8g99 Control Design FD Functional Software Architecture HW Arch.Design HW Pwr/ Mod/Sim w、旦 Perf Est MC Somponent Design Arch Mod/Sim VPro VPal CD Param Code Gen. Verif. Latency/RT Analysis Alloc./Sched. DPL Analysis 5W Deployment

RTES系统设计过程: top-down V & V，Analysis！！！

内容提要 ·RTE系统体系结构建模、验证、分析 Domain Specific Modeling Languages ·MARTE@inria,工具Papyrus-+MAST,2008OMG标准 Modeling and Analysis of RT and Embedded systems UML:Specification languages 入式系统设计一入式 然息物理系陆 ·AADL@SEI,OSATE+Cheddar.,2004SAE标准AS5506 二 Architectural Analysis and Design Language -Autosar方法：汽车电子(ECU) ·Peter Marwedel,TU Dortmund教授 -《嵌入式系统设计·嵌入式CPS系统基础》，第2版2011 -第2.10节：UML ·Bran Selic,资深工程师@ibm.ca Modeling and Analysis of Real-Time and Embedded Systems with UML and MARTE: Model-Based Developing Cyber-Physical Systems,2014 ·Peter H.Feiler,CMU教授 Model-Based Engineering with AADL,2012 5/71

内容提要 • RTE系统体系结构建模、验证、分析 – Domain Specific Modeling Languages • MARTE@inria，工具Papyrus+MAST，2008 OMG标准 – Modeling and Analysis of RT and Embedded systems – UML：Specification languages • AADL@SEI，OSATE+Cheddar，2004 SAE标准AS5506 5/71 – Architectural Analysis and Design Language – Autosar方法：汽车电子（ECU） • Peter Marwedel，TU Dortmund教授 – 《嵌入式系统设计·嵌入式CPS系统基础》，第2版2011 – 第2.10节：UML • Bran Selic，资深工程师@ibm.ca – Modeling and Analysis of Real-Time and Embedded Systems with UML and MARTE: Developing Cyber-Physical Systems，2014 • Peter H. Feiler，CMU教授 – Model-Based Engineering with AADL，2012

UML (Unified Modeling Language) 。￥ 统一建模语言是可视化的设计说明语言 -统一了Booch、Rumbaugh和Jacobson的表示方法 ·Booch:描述对象集合和它们之间关系的方法 ·Rumbaugh:对象建模技术(OMT) ·Jacobson:用例方法 一统一描述系统的硬件和软件，对系统的功能建模 -可自动产生实际设计的HDL或C++代码 I-Logix公司的Rhapsody系列产品 一用于建立软件系统模型，也可以描述非软件系统 ·机械系统，企业机构，业务过程，信息系统 ·NASA火星探路者：运用Rhapsody在VxWorks.上开发 一通过表达系统的需求使软件系统的模型文档化 llxx@ustc.edu.cn 6/112

UML(Unified Modeling Language) • 统一建模语言是可视化的设计说明语言 – 统一了Booch、Rumbaugh和Jacobson的表示方法 • Booch：描述对象集合和它们之间关系的方法 • Rumbaugh：对象建模技术（OMT） • Jacobson：用例方法 – 统一描述系统的硬件和软件，对系统的功能建模 llxx@ustc.edu.cn 6/112 – 可自动产生实际设计的HDL或C++代码 • I-Logix公司的Rhapsody系列产品 – 用于建立软件系统模型，也可以描述非软件系统 • 机械系统,企业机构,业务过程,信息系统 • NASA火星探路者：运用Rhapsody在VxWorks上开发 – 通过表达系统的需求使软件系统的模型文档化

UML方法 Rumbaugh Booch Jacobson Odell Meyer 分类 预先和后续的条件 变 UML Shlaer-Mellor Harel 对象生命周期 状态图表 Gamma et al. Wirfs-Brock 框架、模式、注释 响应能力 如@百博 Embly Fusion 单元素类 操作描述，消息编号方式 llxx@ustc.edu.cn 7/71

UML方法 llxx@ustc.edu.cn 7/71

A Historical Perspective USTC 可lG INCOSE US D.O.D OO Programming 日0och ADA Bell Labs Eiffel SysML Smalltalk XEROX PARC Simula Wirfs-Brock C++ SPEM acC.ecC.... ooS MOF UML BPMN Shlaer/Mellor XMI Structured Method: Coad/Yourdon DDS SA&SD Entity Modelling OM Event Modellingi Martin/Odell MDA yrs'60 yrs'70 yrs'80 ys'90 yrs2000 llxx@ustc.edu.cn 8/71

A Historical Perspective OO Programming : ADA Eiffel Smalltalk Booch Wirfs-Brock Bell Labs US D.O.D SysML INCOSE llxx@ustc.edu.cn 8/71 XMI yrs ’60 yrs ’70 yrs ’80 yrs ’90 yrs2000 Smalltalk Simula C++ Shlaer/Mellor Coad/Yourdon Wirfs-Brock Jacobson: OOSE Martin/Odell Rumbaugh: OMT XEROX PARC ecc. ecc..... Structured Method: SA&SD Entity Modelling Event Modellingi MDA UML SPEM DDS BPMN MOF

UML Roots and Evolution:UML2 -------…2009 UML 2.3 --------2005 UML 2.0(MDA) 2003 UML 1.5(Action Semantics) UML 1.4 (bug fixes) UML 1.3(profiles) UML 1.1(First OMG Standard) 1996 Rumbaugh Booch Harel Jacobson Semantic Foundations of OO(Nygaard,Goldberg,Meyer, Stroustrup,Harel,Wirfs-Brock,Reenskaug,...) 9/71 1967

UML Roots and Evolution: UML2 llxx@ustc.edu.cn 9/71

UML的概念模型 UML的视图 - 用例视图-表示系统的功能和场景（用例图） 一结构视图-表示系统的静态或空闲的状态（类图/对象图） 行为视图-表示系统的状态变化（顺序/协作/状态/活动图） - 实现视图-表示系统的逻辑元素的分布（组件图) - 环境视图-表示系统的物理元素的分布（部署图） 对系统的功能建模 一用例模型：解释用户的要求 结构视图 实现视图 类模型：描述其静态结构 用例 - 交互模型：描述消息流 视图 一状态模型：表示对象的动态行为 行为视图 环境视图 实现模型：工作单元分布 部署模型：进程分配。应用与环境 (OS+HW)绑定 llxx@ustc.edu.cn 10/112

UML的概念模型 • UML的视图 – 用例视图–表示系统的功能和场景（用例图） – 结构视图–表示系统的静态或空闲的状态（类图/对象图） – 行为视图–表示系统的状态变化（顺序/协作/状态/活动图） – 实现视图–表示系统的逻辑元素的分布（组件图） – 环境视图–表示系统的物理元素的分布（部署图） llxx@ustc.edu.cn 10/112 – 环境视图–表示系统的物理元素的分布（部署图） • 对系统的功能建模 – 用例模型：解释用户的要求 – 类模型：描述其静态结构 – 交互模型：描述消息流 – 状态模型：表示对象的动态行为 – 实现模型：工作单元分布 – 部署模型：进程分配。应用与环境（OS+HW）绑定 用例 视图 结构视图 行为视图 实现视图 环境视图