[发明专利]基于实时分层有限状态机的计算机数控系统建模开发方法

说明书

本发明公开一种计算机数控系统的建模开发方法。步骤如下：(1)研发数控系统功能构件和源代码库；(2)采用实时分层有限状态机进行计算机数控系统的元建模；(3)建立面向计算机数控系统的建模工具；(4)在建模环境下进行数控系统图形化建模；(5)通过模型转换实施数控系统的功能验证和非功能验证；(6)开发模型解释器，匹配模型和源代码及构件；(7)根据特定平台，通过解释器自动生成源代码；(8)编译形成可执行的数控系统软件。本发明针对计算机数控系统建立图形化的建模工具，由用户根据需求进行数控系统应用软件的搭建，能实现数控系统功能、非功能属性验证，能实现源代码自动生成，能提高数控系统的开放性和可重用性，能提高数控系统开发效率和个性化定制。

技术领域

发明涉及计算机数控系统领域，特别涉及计算机数控系统的建模开发方法。

背景技术

计算机数控系统是典型的混合实时系统，是多学科(机械/机电、自动化、电子、计算机)交叉融合的机电一体化产品，具备控制系统平台多样性、控制对象多样化的特点。传统的开发方法采用“不同学科的工程师进行软硬件并行开发-＞集成测试-＞开发优化再测试”的螺旋上升方法，这种方法各取所长具备良好的效果，但存在效率低、可重用性低、实时性难保证等问题。至今，随着直线电机、电主轴、传感器、伺服控制和变频器等高性能零部件的成熟和控制算法的突破，数控系统所追求的高速度、高精度已经日趋完善。进一步提高数控系统开发效率、实现数控系统的个性化定制、同时保证数控系统的功能和非功能(主要是实时性和可靠性)要求，需要对数控系统的设计策略与方法学进行创新研究。

模型驱动方法和领域工程各自以模型和领域为中心，在系统开发方面取得了众多成果。基于组件/构件进行数控系统开发也是学者的关注点，基于组件的开发方法能解决数控系统软件复用度低，可配置性差的问题，但其人工编码的方式无法从根本上解决数控系统中非功能属性的满足与编码过程中的测试集成问题。

特定领域建模是近年来发展迅速的软件工程新方法，并且在嵌入式系统领域得到了广泛应用。以模型为核心，以特定领域为实施对象，构建该领域的建模语言以达到领域内应用系统的快速开发以及实现领域层次的重用。

有限状态机能表达出事情驱动的状态跳转，被广泛应用于装备控制系统研发，但缺乏对数控系统实时性的有效描述。

发明内容

本发明目的是提高数控系统特定领域建模开发效率，实现个性化定制和系统可重用，克服数控系统开发方法上存在的上述问题。提出一种数控系统实时分层有限状态机建模开发方法，在保证功能和实时性能的基础上，实现可重构、个性化定制的数控系统快速开发。

包括以下步骤：

(1)多视图的描述数控系统

数控系统的特性包括多个方面，如数据流、系统行为、任务同步等，为了降低建模的复杂性，采用多视图的描述策略，不同的系统特性放置在不同的视图里。

(2)基于端口的数据流描述

依据步骤(1)，对元模型数据流进行元建模。数据流用来描述数据在各个功能模块之间的流向，从而体现模块与模块之间的交互关系。基于端口的数据流描述策略，即每个功能模块包含若干数据端口，端口类型包括输入端口和输出端口。一个模块的输出端口连接另一个模块的输入端口，表明功能模块的执行顺序。

(3)数控系统动态行为分析