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基于时间Petri网的AADL模型
基于时间Petri网的AADL模型
摘要：随着软件系统的复杂度不断增加，对于系统建模的需求也越来越高。AADL（ArchitectureAnalysisandDesignLanguage）作为一种描述实时嵌入式系统架构的领域特定语言，被广泛应用于航空航天、电子信息、交通运输等领域。同时，时间Petri网作为一种建模工具，能够对系统的并发性和时间特性进行准确描述。本文通过结合AADL和时间Petri网的方法，提出了一种基于时间Petri网的AADL模型，用于描述实时嵌入式系统，增加了系统的可靠性和可理解性。
关键词：AADL；时间Petri网；建模
一、引言
实时嵌入式系统在现代社会中得到了广泛应用，例如航空航天、电子信息、交通运输等领域。这些系统往往具有高度的复杂性和对时间的严格要求，因此如何对其进行准确描述和建模成为一个重要的问题。AADL作为一种描述实时嵌入式系统架构的领域特定语言，提供了一种形式化的建模方法。时间Petri网则是一种基于Petri网的建模工具，能够对系统的并发性和时间特性进行准确描述。因此，结合AADL和时间Petri网的方法，能够增加系统的可靠性和可理解性。
二、AADL简介
AADL是一种用于描述实时嵌入式系统架构的领域特定语言。它提供了一种形式化的方式来描述系统的静态结构和动态行为。AADL的核心概念包括组件、连接、特性和端口。组件是系统的基本单元，可以是硬件或软件组件；连接描述了组件之间的通信关系；特性描述了组件的属性和行为特性；端口描述了组件的输入和输出接口。
三、时间Petri网简介
时间Petri网是一种基于Petri网的建模工具，用于描述系统的并发性和时间特性。它由Petri网的基本元素（库所、变迁和弧）以及时间相关的元素（标识、时延和函数）组成。在时间Petri网中，库所表示系统的状态，变迁表示系统状态之间的变换，弧表示状态之间的变换关系。标识表示库所中的令牌个数，时延表示变迁的执行时间，函数表示系统的行为。
四、基于时间Petri网的AADL模型
基于时间Petri网的AADL模型将AADL的描述能力与时间Petri网的建模能力相结合，能够更加准确地描述实时嵌入式系统。基于时间Petri网的AADL模型包括以下几个步骤：
1.定义组件和端口：根据实际需求，定义系统的组件和端口。组件可以是硬件或软件组件，端口描述了组件的输入和输出接口。
2.建立连接关系：建立组件之间的连接关系，描述系统的通信。连接关系可以是同步或异步的，可以是点对点的或广播的。
3.添加特性和行为特性：为每个组件添加特性和行为特性，描述组件的属性和行为。特性可以包括资源需求、时钟周期等，行为特性可以包括任务执行时间、消息传输时间等。
4.构建时间Petri网：根据系统的组件、端口、连接、特性和行为特性，构建时间Petri网。库所表示系统的状态，变迁表示系统状态之间的变换，弧表示状态之间的变换关系。标识、时延和函数表示系统的并发性和时间特性。
5.仿真和验证：对构建的时间Petri网进行仿真和验证，验证系统的正确性和性能。通过仿真可以观察系统的行为，通过验证可以检测系统中可能存在的错误和性能瓶颈。
五、实例分析
以一个飞行控制系统为例，使用基于时间Petri网的AADL模型进行建模。系统包括飞机组件、传感器组件和执行器组件。飞机组件通过传感器组件获取飞行数据，通过执行器组件控制飞机的动作。飞机组件和传感器组件之间通过连接进行通信，传感器组件和执行器组件之间通过连接进行通信。
在该模型中，飞机组件的特性包括飞机的最大速度和最大高度，执行器组件的特性包括执行器的最大转角和最大速度。飞机组件的行为特性包括飞机的最大加速度和最大转弯半径，执行器组件的行为特性包括执行器的最大转弯半径和最大加速度。
通过构建时间Petri网，可以描述系统的状态和状态之间的变换关系。利用仿真工具，可以对系统进行仿真，观察系统的行为特性和性能。通过验证工具，可以对系统进行性能分析和验证，检测系统中可能存在的错误和性能瓶颈。
六、结论
本文提出了一种基于时间Petri网的AADL模型，用于描述实时嵌入式系统。通过结合AADL和时间Petri网的方法，能够准确地描述系统的并发性和时间特性，增加系统的可靠性和可理解性。该模型可以应用于航空航天、电子信息、交通运输等领域，对于实时嵌入式系统的建模和分析具有重要意义。
七、参考文献
[1]JohnJ.Hudak,PeterC.Chen.ArchitecturalanalysiswithAADL,amodeldrivenapproach.Proc.ofthe10thIEEE/IFIPInternationalConf.onEmbeddedandUbiquitousComputin