基于uml的嵌入式系统系统级设计方法研究

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1、V7637．19饭旦大学博士学位论文学校代码；学号：基于UML的嵌入式系统系统级设计方法研究院系(所)：计算机与信息技术系专业：姓名：指导教师：完成日期：计算机系统结构陈燕彭澄廉教授2005年4月18日采经作守，譬师嗣总觑j文公斯10246021021099摘要随着微电子技术和超大规模集成电路的高速发展，嵌入式系统的规模越来越大，硬件部分的异构程度和软件部分的功能复杂程度都达到了历史最高点。在更高的设计复杂度和更短的面市时间压力下，提高抽象层次，采用软硬件协同设计方法，进行系统级设计已成为解决问题的有效途径。模型驱

2、动构架(MDA)是目前软件工程领域内重要的战略方向，它以若干的标准定义了一个软件开发框架。UML模型是MDA中的核心任务，整个开发过程以系统的建模行为为驱动。比较MDA与嵌入式系统软硬件协同设计方法可以发现，它们在任务和目标上非常一致，如系统软硬件无关的统一建模，系统综合和验证等等。嵌入式系统的设计方法一直和软件开发方法保持相对的距离，本文尝试在嵌入式系统设计中融合先进的软件工程成果，促进嵌入式系统设计方法的新发展。本文的重点是基于UML的嵌入式系统系统级设计方法研究。主要围绕模型驱动构架(MDA)，研究嵌入式系统

3、的平台无关模型(PIM)，平台相关模型(PSM)，模型转换方法，以及模型验证等方面。论文主要进行了以下四个方面的工作：1)以UML2．0版本的最终草案为依据，对UML和采用面向对象技术的实时嵌入式系统建模进行了介绍。提出以MDA为主要框架的嵌入式系统设计新流程，该流程的主要特点是：以UML模型为系统的主要设计模型，分别包括平台无关和平台相关两种不同抽象层次的模型，从而有效分离系统功能和实现描述；系统综合通过自动化的模型变换来实现，因此能够提高开发效率，支持设计空间的快速搜索。2)SystemC语言通过扩展c++类库

4、来提供对系统硬件结构的描述能力，且支持从寄存器级到系统级等不同的抽象层次，是目前重要的嵌入式系统级设计语言之一。本文采用它作为系统实现的目标平台语言，一方面用来对系统目标平台的特定软硬件结构进行描述，另一方面用来表示系统综合后的系统实现。扩展的UMLforSystemC语言是MDA中平台相关建模的基础，也是实现自动化模型变换的(系统综合)的重要形式化基础。在进行模型映射规则分析后，本文提供了自动的模型变换实现。3)UML可视化建模的运用为良好的设计奠定了基础，然而UML模型仍然缺乏细节的行为描述能力，阻碍了UML可

5、执行模型的创建。本文首先以UML的子集为基础，然后结合自定义的模型动作语言(actionIanguage，AL)。模型动作语言包含了普通可执行语言的特点，并增加了对模型元素的操作能力和嵌入式系统的并发特征，为UML模型提供了细节的行为描述手段，从而支持系统平台无关的完整模型描述。本文提供了动作语言的词法和语法分析，并基于模板变换实现了动第1页摘要作语言描述到SystemC代码的自动生成。4)设计验证仍然是整个设计流程中的瓶颈。在系统级和体系结构级，模拟仍然是主要的验证手段。本文基于UML和SystemC的嵌入式系统

6、系统级验证主要采用模拟的方法。提出借鉴面向方面编程技术(AOP)的面向方面的模型设计。AOP的核心是分离关注点，封装关注点为方面，然后通过方面编织器自动地将分离的关注点集成起来。本文将AOP技术从代码的层次提高到模型层，通过定义模型方面来实现对原模型的一种非侵入性的改写，从而可灵活地增加或删除相应验证的功能，满足系统级模型重复验证和评估的要求。本文实现了UML的面向方面扩展和模型方面编织算法，然后提出了基于AOP的功能覆盖率自动化分析和自动化验证方法。实时嵌入式UML建模，芷在成为新一代实时嵌入式系统分析和开发工具

7、的重要基础。本文以UML和SystemC语言为主要平台的嵌入式系统级设计和验证方法研究，提供了较为完整的基于UML的系统建模手段和自动的模型变换技术，开发了部分用户工具原型，为嵌入式系统的建模、设计空间搜索和验证等提供了新的方法和途径。关键词：嵌入式系统，软硬件协同设计构架，动作语言，模型转换，模型验证系统级设计，UML，SystemC，模型驱动面向方面第1I页Abstract●_。_。________。_。___●_-____。__●_●_______●_-_-_-_-_。。。。。。。。。。。●。。。。。。。。。

8、。。。。’—————————————————————————一Asthehigh—speeddevelopmentofmicroelectronicsandverylargescaleintegratedcircuits(VLSI)，modemembeddedsystemsnowrepresenttheapexofcomplexityandheterogen