AADL流模型與實(shí)時(shí)演算模型的轉(zhuǎn)換方法研究

唐家強(qiáng) 王星皓 安品臣 胡賓洋

摘? ?要：在分布式綜合航空電子信息流時(shí)延分析的過程中，時(shí)間觸發(fā)（TT）流量可以直接在體系結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)語言的流時(shí)延分析框架下進(jìn)行分析，而對(duì)速率約束（RC）流量的分析必須借助其他專用的分析模型，即實(shí)時(shí)演算（RTC）模型。因此，必須實(shí)現(xiàn)基于模型意義一致性的從AADL模型向RTC模型的轉(zhuǎn)換，并且使轉(zhuǎn)換后的模型可以利用RTC分析工具快速獲取必要的時(shí)延參數(shù)，文章對(duì)此進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：綜合模塊化航電;信息流;建模;體系結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)語言

體系結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)語言（Architecture Analysis and Design Language，AADL）[1]是SAE標(biāo)準(zhǔn)定義的一種兼有文本和圖形形式的體系結(jié)構(gòu)描述語言，特別適用于性能關(guān)鍵性實(shí)時(shí)系統(tǒng)的軟件和硬件體系結(jié)構(gòu)的描述、設(shè)計(jì)和分析。在分布式綜合航空電子信息流時(shí)延分析的過程中，時(shí)間觸發(fā)（Time Trigger，TT）流量可以直接在AADL的流時(shí)延分析框架下進(jìn)行分析，而對(duì)速率約束（Rate Constraints，RC）流量的分析必須借助其他專用的分析模型，即實(shí)時(shí)演算（Real-Time Clock，RTC）模型。

1? ? 與RTC分析相關(guān)的AADL構(gòu)件屬性

由于需要借助RTC模型對(duì)RC流量在具體互連情況下的時(shí)延進(jìn)行分析，因此，系統(tǒng)AADL模型中必須包含足夠的、構(gòu)建相應(yīng)的RTC模型所需的，主要用以描述輸入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的事件流的到達(dá)曲線、服務(wù)曲線以及通信和處理過程的歷時(shí)等的參數(shù)信息。下面，將從不同構(gòu)件的角度分析AADL模型中應(yīng)當(dāng)包含的用于RTC分析的參數(shù)。

1.1? 處理器構(gòu)件

每個(gè)有線程綁定的處理器都應(yīng)當(dāng)定義其調(diào)度方式，標(biāo)準(zhǔn)AADL中定義了屬性“調(diào)度協(xié)議（Scheduling_Protocol）”來描述處理器對(duì)線程的調(diào)度方式。

這里遇到的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是，AADL標(biāo)準(zhǔn)允許對(duì)一個(gè)處理器構(gòu)件定義多種調(diào)度方式，但未對(duì)綁定在其上的線程具體采用的調(diào)度方式進(jìn)行說明[2]，因此，有必要為線程增加相關(guān)的屬性，描述其能夠接受的調(diào)度方式。

1.2? 線程構(gòu)件

對(duì)于線程構(gòu)件，依據(jù)AADL標(biāo)準(zhǔn)中定義的“派發(fā)協(xié)議”屬性的不同取值，可以分為4種類型：周期線程、非周期線程、偶發(fā)線程以及背景線程。

周期線程和偶發(fā)線程必須定義“周期”屬性的參數(shù)值，如果在此時(shí)間間隔內(nèi)有多于一個(gè)的偶發(fā)消息到達(dá)時(shí)，后到達(dá)的消息必須等待前一消息，經(jīng)過此時(shí)間間隔之后方能接受調(diào)度并執(zhí)行。

針對(duì)不同的調(diào)度策略，線程需要提供不同的屬性值：對(duì)于FPS調(diào)度，線程必須提供“優(yōu)先級(jí)”屬性值（該屬性未在標(biāo)準(zhǔn)AADL中給出定義）;對(duì)于EDF調(diào)度，線程必須提供“截止期限”屬性值;對(duì)于RMS調(diào)度，線程同樣需要給出“周期”屬性的參數(shù)值。

1.3? 總線構(gòu)件

參考RTC資源模型中服務(wù)曲線的定義方式可知，總線的帶寬是刻畫其服務(wù)特性所必須的參數(shù);此外，由于分布式綜合航空電子系統(tǒng)采用時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)（Time Triggered Ethernet，TTE）實(shí)現(xiàn)構(gòu)件互連，因此，系統(tǒng)中總線采取時(shí)分多址（TDMA）的復(fù)用方式，故TDMA循環(huán)周期的長(zhǎng)度也是必須給出的參數(shù)值，上述兩個(gè)屬性均未在標(biāo)準(zhǔn)AADL中給出。

1.4? 端口

由于“端口”是某一特定構(gòu)件的特性以及流量進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的入口，因此，RTC模型中刻畫輸入事件流特性的到達(dá)曲線所包含的參數(shù)均應(yīng)當(dāng)由端口的相關(guān)屬性來提供。RTC分析采用周期抖動(dòng)延遲（Period Jitter Delay，PJD）模型來描述輸入事件流的特性，對(duì)此，可自定義適用于端口的兩個(gè)屬性來提供上述3個(gè)參數(shù)：輸入速率“Input_Rate”屬性值以范圍[s，p]表示，其中，s表示在到達(dá)的事件流中相鄰兩個(gè)到達(dá)事件所應(yīng)具有的最小時(shí)間間隔（即參數(shù)D），p表示該事件流的長(zhǎng)期（long-term）周期（即參數(shù)P）;輸入抖動(dòng)“Input_Jitter”屬性值表征PJD模型中的參數(shù)J。

2? ? AADL語言擴(kuò)展支持RTC模型

從對(duì)TT流量進(jìn)行時(shí)延分析的過程中不難看出，AADL時(shí)延分析框架為分析提供了很大便利，使得在基于AADL描述的系統(tǒng)模型中[3]，只需給出構(gòu)件的相關(guān)屬性的參數(shù)值即可用于時(shí)延分析。這里的“相關(guān)屬性”，在AADL標(biāo)準(zhǔn)中均有相應(yīng)的定義。

AADL語言主要用于系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)、開發(fā)與驗(yàn)證，并未深入考慮系統(tǒng)中具體的網(wǎng)絡(luò)互連情況，僅定義了個(gè)別屬性（如總線構(gòu)件的“Transmission_Time”和“Propagation_Delay”屬性），而且，這些屬性的參數(shù)值是需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)者預(yù)先設(shè)定的，因此，設(shè)計(jì)者需要圍繞所使用的分析方法，結(jié)合系統(tǒng)中構(gòu)件的具體互連情況來修改和完善AADL模型，使之包含后續(xù)分析所必需的參數(shù)信息。在考慮系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)互連的情況下，本課題主要采用RTC模型開展信息流時(shí)延分析。RTC通過PJD模型刻畫到達(dá)曲線，而這3個(gè)參數(shù)都沒有在AADL信息流模型的標(biāo)準(zhǔn)屬性中給出定義。再如，RTC模型中刻畫資源模型所需的參數(shù)包括處理器的延遲確界、總線的復(fù)用方式等，這些參數(shù)也沒有體現(xiàn)在AADL流模型的定義中。因此，有必要借助AADL可擴(kuò)展的特性，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，增加適于表征具體互連特征的構(gòu)件屬性，以用于RTC分析。

SAE AS5506標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定，“可以通過‘屬性集（property set）‘附件子句以及‘附件庫(kù)對(duì)AADL語言進(jìn)行用戶自定義擴(kuò)展”?？梢?，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者依據(jù)開發(fā)需要，通過自定義屬性集增加相應(yīng)的屬性，實(shí)現(xiàn)對(duì)符合特定要求的系統(tǒng)功能的描述，正是AADL語言的一種合理擴(kuò)展。

只用于特定的AADL工程的自定義屬性集，建議存儲(chǔ)在相應(yīng)工程文件目錄中的“propertysets”文件夾下，此類屬性集不會(huì)對(duì)其他AADL工程造成影響，當(dāng)然，也不能為其他工程所用;如果希望所定義的屬性集在不同AADL工程之間能夠?qū)崿F(xiàn)共享，則可以將屬性集文件存儲(chǔ)在OSATE中構(gòu)建所有AADL工程所使用的根路徑下的“Plugin_Resources＼aadl”文件夾中。在自定義的屬性集中，可以定義適用于特定構(gòu)件類型的新的屬性，也可以定義新的單位類型，如下例所示。需要注意的是，除標(biāo)準(zhǔn)AADL定義的兩個(gè)屬性集“AADL_Project”和“AADL_Properties”之外，使用其他屬性集中定義的屬性時(shí)，必須在屬性名稱前通過“：：”符號(hào)冠以屬性集的名稱，如“SEI：：NetWeight”。

3? ? 結(jié)語

論文通過分析AADL語言的結(jié)構(gòu)特征，采用擴(kuò)展模式支持了RTC模型的分析，為后續(xù)開展實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析提供了基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Society of Automotive Engineers.SAE aerospace standard：SAE architecture analysis & design language[EB/OL].（2006-06-01）[2020-02-25].http：//www.so.com/s？src=lm&ls=sm2162189&lm_extend=ctype%3A31&q=SAE+AS5506%2F1%2C+2006.06.

[2]FEILER P，HANSSON J.Flow latency analysis with the architecture analysis and design language（AADL）[R].CMU/SEI-2007-TN-010，2007.

[3]FEILER P，GLUCH D，HUDAK J，et al.Embedded system architecture analysis using SAE AADL[R].CMU/SEI-2004-TN-005，Carnegie Mellon University & Software Engineering Institute，2004.