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基于模型驱动的汽车电子软件开发方法研究

作　者: 杨国青
导　师: 吴朝晖
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 嵌入式系统汽车电子控制系统基于模型设计模型驱动设计 OSEK/VDX标准 AutoSAR架构领域专用语言
分类号: TP311.52
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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引　用: 22次
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内容摘要

汽车的发明与发展深刻的改变了人类的生活方式，汽车电子控制技术的应用带来了汽车制造技术的重大变革，同时以更为完美的性能和更为丰富的功能重新诠释了汽车的概念。汽车电子控制系统是嵌入式系统技术集中应用。现代汽车性能的提高已经发展到以采用先进电子控制系统进行综合控制的阶段。在这个阶段，嵌入式系统的广泛应用和以嵌入式软件为载体的控制技术的应用成为未来汽车技术发展的重点。同时以嵌入式系统为主要形态的汽车电子控制系统在整车中所占的价值比重不断攀升，预示着汽车正在成为高度信息化的产品。随着汽车电子控制技术的发展，软件成为汽车产品的核心组成部分。面对日新月异的汽车消费需求，传统的汽车电子控制系统软件开发方法遭遇到下问题的挑战：1)严格的环保和安全法规；2)日益复杂的功能要求；3)日趋激烈的市场竞争压力。面对以上挑战，传统的汽车电子软件开发无法解决以下问题：1)面向汽车领域的问题描述；2)有效的软件正确性验证；3)自动生成高质量的代码，因此迫切需要研究新的汽车电子软件开发方法以满足汽车产业发展的需要。本文针对汽车电子控制系统对软件开发技术的需求，将嵌入式软件设计技术与软件工程理论发展的最新成果相融合，研究面向汽车领域的嵌入式系统软件设计方法。本文研究了基于模型的软件设计方法和模型驱动的软件工程方法，提出基于模型驱动的汽车电子软件开发方法——ModaEDA方法，并对该方法涉及的若干问题进行了深入的研究。本文的工作主要集中在以下四个方面： 1)基于模型驱动的汽车电子软件开发ModaEDA方法研究。本文将基于模型软件设计方法和模型驱动的软件开发方法进行融合，提出应用于汽车电子软件开发的ModaEDA方法。该方法从系统设计方法论的角度，采用基于模型的设计方法，解决汽车电子控制系统中的软件设计的正确性和可靠性问题；从软件工程的角度，采用模型驱动的方法，通过模型间以及模型与代码和模型与文档间的自动转换，保证了软件开发过程成各个阶段设计的一致性，通过自动化工具的使用提高软件开发的效率。 2)支持两级构件的层次化建模语言研究。本文在考察了嵌入式领域各种设计方法和描述语言的基础上，提出了面向ModaEDA方法的支持两级构件的层次化建模语言-SmartC。SmartC语言支持五个层次的系统设计。每个设计层次针对系统不同设计阶段的特殊需求，解决了汽车电子软件从功能框架到系统实现，从算法设计到程序调度等各个层面上的问题。针对汽车电子分布式应用的需求，SmartC提出了两种层次的构件架构，分别支持软件的部署和算法的复用。同时解决了安全可靠的通信、混

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-12
图索引  12-15
表索引  15-16
第1章引言  16-32
  1.1 研究背景  16-17
  1.2 嵌入式系统与软件概述  17-18
  1.3 汽车电子的发展及挑战  18-25
    1.3.1 汽车电子发展概述  18-20
    1.3.2 汽车电子的关键系统  20-22
    1.3.3 汽车电子发展的挑战  22-23
    1.3.4 汽车电子软件开发的问题  23-25
  1.4 基于模型的软件开发思想  25-27
  1.5 模型驱动的软件开发思想  27-28
  1.6 研究动机  28-30
  1.7 论文的主要内容和贡献  30-31
  1.8 论文结构  31-32
第2章研究基础和现状  32-62
  2.1 汽车电子软件的开发综述  32-41
    2.1.1 汽车电子软件开发方法  32-33
    2.1.2 传统开发方法的不足  33-34
    2.1.3 开发方法的发展趋势  34-36
    2.1.4 OSEK/VDX标准概述  36-38
    2.1.5 AutoSAR体系架构  38-41
  2.2 基于模型的软件设计方法  41-56
    2.2.1 嵌入式系统建模方法  41-45
    2.2.2 嵌入式系统计算模型  45-46
    2.2.3 嵌入式系统设计语言  46-50
    2.2.4 基于构件的系统设计  50-55
    2.2.5 基于模型方法的工具  55-56
  2.3 模型驱动的软件开发方法  56-61
    2.3.1 模型驱动框架-MDA  57-58
    2.3.2 统一建模语言-UML  58-60
    2.3.3 模型驱动的设计平台  60-61
  2.4 本章小结  61-62
第3章基于模型驱动的汽车电子软件开发方法-ModaEDA  62-78
  3.1 ModaEDA的开发思想  62-74
    3.1.1 ModaEDA的设计目标  62-64
    3.1.2 ModaEDA的设计理论  64-71
    3.1.3 ModaEDA的开发流程  71-74
  3.2 ModaEDA的核心方法  74-76
  3.3 ModaEDA的关键技术  76-77
  3.4 本章小结  77-78
第4章支持 ModaEDA方法的建模语言-SmartC  78-108
  4.1 SmartC语言概述  78-79
  4.2 SmartC的主要特点  79-81
  4.3 SmartC语言的结构  81-90
    4.3.1 SmartC的层次结构  81-89
    4.3.2 SmartC的语法表达  89-90
  4.4 SmartC语言的机制  90-107
    4.4.1 SmartC的构件结构  90-93
    4.4.2 SmartC的通信机制  93-97
    4.4.3 SmartC的并发特性  97-101
    4.4.4 SmartC的计算模型  101-104
    4.4.5 SmartC与AutoSAR架构  104-107
  4.5 本章小结  107-108
第5章 ModaEDA方法的模型转换与验证  108-128
  5.1 模型转换方法研究  108-114
    5.1.1 模型转换概述  108-109
    5.1.2 模型转换规则  109-113
    5.1.3 模型同步方法  113-114
  5.2 模型验证方法研究  114-127
    5.2.1 形式化方法  114-115
    5.2.2 模型的验证  115-123
    5.2.3 可调度性分析  123-127
  5.3 本章小结  127-128
第6章支持 ModaEDA方法的平台与开发实例  128-150
  6.1 ModaEDA开发平台-SmartOSEK  128-138
    6.1.1 SmartOSEK操作系统  129-131
    6.1.2 SmartOSEK IDE  131-138
  6.2 ModaEDA开发实例-SmartAMT  138-148
    6.2.1 SmaltAMT应用背景  138
    6.2.2 SmartAMT整体结构  138-139
    6.2.3 SmartAMT需求建模  139-141
    6.2.4 SmartAMT模型转换  141
    6.2.5 SmartAMT系统建模  141-145
    6.2.6 SmartAMT验证模型的构造  145-146
    6.2.7 SmartAMT控制算法  146-147
    6.2.8 SmartAMT控制系统  147-148
  6.3 本章小结  148-150
第7章结束语  150-152
  7.1 本文工作总结  150-151
  7.2 未来工作设想  151-152
参考文献  152-160
攻读博士期间发表论文及专利申请  160-163
  发表和录用的论文  160-162
  知识产权申请  162-163
    专利申请  162
    软件著作版权  162-163
攻读博士期间参加项目情况  163-164
致谢  164-166
附录 SmartC语言规范  166-193
  1.1 SmartC语言概述  166-168
    1.1.1 SmartC语言的特点  167-168
    1.1.2 SmartC与 C语言的关系  168
  1.2 SmartC的语法  168-191
    1.2.1 SmartC的关键字  168-170
    1.2.2 SmartC的文件  170
    1.2.3 SmartC的语句  170-172
    1.2.4 SmartC的对象  172-180
    1.2.5 SmartC的实体  180-191
  1.3 SmartC的库  191-193
    1.3.1 SmartC基础软件库  191-192
    1.3.2 SmartC基本算法库  192-193

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