一种形式化建模的优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于飞行控制系统软件设计领域。
【背景技术】
[0002] 在飞行控制系统软件设计开发领域，主要的设计开发包括人工编码开发方法与形 式化建模设计方法。
[0003] 传统的飞控系统软件开发主要是通过人工编码完成软件设计，通过多个型号的开 发与迭代可以生成部分成熟的通用库，这些通用库已经经过多个型号的验证，具有代码紧 凑并且高效的特征。但是如果系统需求发生变化，人工编码不便于需求变更的维护，同时在 后期也缺乏图形化的仿真与验证工具的支撑。
[0004] 随着飞控系统关键技术的发展，在越来越多的空中关键模块中开始引入形式化建 模技术，通过采用形式化建模实现软件需求分析，形式化建模方法基于很严格的数学理论， 通过对需求规范的严格建模，清除了系统需求的二义性与模糊性。部分形式化建模工具可 以自动生成代码，并且代码生成器已经通过了民航标准，使得开发软件在大不度缩短开发 时间的同时，很好地保证系统的安全性。
[0005] 但是由于形式化建模中自动生成的代码中包含了大量的冗余中间代码，而飞控系 统实时任务对时间余量的要求很苛刻，一般要求时间余量需要大于整个周期的时间的百分 之三十，而这些冗余中间代码带来的额外时间开销，导致形式化验证技术在关键的强实时 任周期任务中的应用非常有限。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是引入基于形式化建模与通用库桥接的设计技术，该技术通过构建 自适应适配层，解决了通用库不能在形式化建模方法中有效应用的问题。
[0007] 本发明采取的技术方案为
[0008] -种形式化建模的优化方法，其特征在于，
[0009] 步骤1通过形式化建模工具搭建系统的体系架构；
[0010] 步骤2针对架构中的模块进行性能分析与测试，筛选出需要提升性能的目标单 元；
[0011] 步骤3通过构建自适应适配层，对目标单元与通用库中性能更高的单元进行匹配 并替换；
[0012] 步骤4将优化后的体系架构在形式化建模平台下进行验证与仿真。
[0013] 所述的自适应适配层通过如下步骤搭建，
[0014] 第一步对比形式化建模中目标单元的数据接口与通用库的数据接口，完成数据接 口匹配；
[0015] 第二步完成形式化建模目标单元与通用库中性能更高单元的逻辑匹配。
[0016] 本发明具有的优点和有益效果：本发明是一种对形式化建模的优化方法，通过构 建自适应适配层，将形式化建模构架中性能不佳的单元进行筛选分析，并在通用库中选取 代码紧凑、验证充分、运行效率高与时间开销小的单元进行替换，从而可以既具备形式化建 模自动快速的优点，又避免了自动生成代码所带来的时间开销等性能问题。通过自适应适 配层调用先前成熟的通用库，对形式化建模的性能进行了大幅度的优化，同时也克服了形 式化建模无法应用到对时间要求苛刻的飞行关键实时系统中的缺点，
【附图说明】
[0017] 图1是故障恢复形式化建模的优化方法流程示意图
[0018] 图2是故障恢复模块的形式化建模体系架构
[0019] 图3是故障恢复通用库框架示意图
[0020] 图4是故障恢复自适应适配层示意图
【具体实施方式】
[0021] 实施例
[0022] 下面以飞控系统软件中的故障恢复模块为例，结合附图，对一种形式化建模优化 方法进行介绍，总体流程图见图1，具体步骤如下：
[0023] 步骤一对故障恢复进行系统需求分析，在飞控系统的故障恢复中，可恢复故障的 定级及所定义的可恢复故障项目，应当慎重和有所限制。当可恢复的信号出现一次故障时， 应点灯提示飞行员进行故障恢复操作，然后由飞行员决定是否恢复，并由飞行员实施恢复 的控制；
[0024] 步骤二对故障恢复进行架构分析，通过SCADE环境下的状态机（SSM)对故障恢复 进行功能分析以及形式化建模分析，并利用SCADE工具中的KCG完成自动代码生成，如图2 所示；
[0025] 步骤三分析故障恢复架构下的各模块的复杂度，并测试故障恢复体系架构下的各 模块的时间开销，发现故障恢复处理状态的操作（FailRecvFuncFSM)属于时间开销比较大 的单元，不能满足空中任务时间要求；
[0026] 步骤四通过对现有的故障恢复软件通用库进行分析与筛选，详见图3,通过对复杂 度以及时间开销进行分析，筛选出以下三个函数作为替换形式化建模下时间开销较大的故 障恢复处理状态下的操作部分，并通过计算时间的方式确定故障恢复通用库中的以下函数 单元可以满足系统的性能指标与要求：
[0027] 故障恢复传感器处理函数（Lib_AnaFaiIRcvRetHandler)
[0028] 故障恢复离散量处理函数（Lib_DisFailRcvRetHandler)
[0029] 故障恢复结果处理函数（Lib_FailRcvRetProc)
[0030] 步骤五分析SCADE环境下的KCG工具自动生成故障恢复处理状态下操作的函数声 明，通过分析该函数的形参类型与个数以及返回值的情况，再比较通用库的故障恢复处理 操作的功能函数，构件自适应适配层：
[0031] 1.新建FailRecvAdaptor. c文件，通过定义自适应适配函数 (FailRecvParamAdaptor)实现数据接口的自适应适配功能；
[0032] void Adaptor_FaiIRecvParam(inC_FSM*inC, outC_FSM*outC, FailRecvFsmIn*v_ st_fsm_in)
[0033] 2.在步骤三中已经分析出故障恢复处理状态下操作（FailRecvFuncFSM)的时 间开销较大，在文件中根据形式化建模下的故障恢复状态处理函数的声明，定义函数： voidFaiIRecvFuncFSM(inC_FSM*inC, outC_FSM*outC);
[0034] 3.在步骤四中已经筛选出三个函数作为替换函数，函数原型如下所示：故障恢复 传感器处理函数
[0035] DT_UINT16Lib_AnaFailRcvRetHandler (FailRecvFsmIn*v_st_fsm_in)故障恢复 离散量处理函数
[0036] DT_UINT16Lib_DisFailRcvRetHandler (FailRecvFsmIn*v_st_fsm_in)故障恢复 结果处理函数
[0037] DT_UINT16Lib_FaiIRcvRetProc(FailRecvFsmIn*v_st_fsm_in)
[0038] 4.完成形式化建模故障恢复处理状态下操作与通用库故障恢复处理的功能适配， 详见图4;
[0039]
[0040]
[0041] 步骤六集成形式化建模体系架构与通用库的目标单元，基于SACDE环境下的 Simulation工具进行仿真与验证。
【主权项】
1. 一种形式化建模的优化方法，其特征在于， 步骤1通过形式化建模工具搭建系统的体系架构； 步骤2针对架构中的模块进行性能分析与测试，筛选出需要提升性能的目标单元； 步骤3通过构建自适应适配层，对目标单元与通用库中性能更高的单元进行匹配并替 换； 步骤4将优化后的体系架构在形式化建模平台下进行验证与仿真。2. 如权利要求1所述的形式化建模的优化方法，其特征在于，所述的自适应适配层通 过如下步骤搭建， 第一步对比形式化建模中目标单元的数据接口与通用库的数据接口，完成数据接口匹 配； 第二步完成形式化建模目标单元与通用库中性能更高单元的逻辑匹配。
【专利摘要】本发明涉及一种形式化建模的优化方法。在对时间要求苛刻的飞行控制关键实时系统中，单一使用形式化建模设计方法，会导致建模过程中生成部分中间冗余代码带来的时间开销，不能满足强实时任务系统的要求。本发明采取的方案为，通过引入形式化建模工具与通用库的桥接技术方法，前期通过形式化建模方法完成系统的架构设计，并对系统内的各模块时间开销等性能进行计算分析，对于时间开销较大或性能不优的模块，利用自适应适配层桥接现有通用库，实现形式化建模方法与通用库的协同工作，对形式化建模进行了性能优化。
【IPC分类】G06F11/36
【公开号】CN105095065
【申请号】CN201410208513
【发明人】刘海亮, 屈华敏, 杨东红, 阎振鑫
【申请人】中国航空工业第六一八研究所
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月16日