[发明专利]基于特征模型的实时系统中早期决策的时间分析方法

说明书

本发明提出一种基于特征模型的实时系统中早期决策的时间分析方法，属于实时系统与建模分析领域。本发明首先根据与时间相关的决策可变性定义面向时间分析的实时系统概念模型，结合特征模型来构建面向决策分析的实时系统性能模型；然后定义时间分析树，以及两种特征模型中的关系操作算子，构造实时系统性能模型与时间分析树之间的转换方法；最后定义该时间分析树上的可变性定制规则和时间计算规则用于不同决策上的时间性能分析。本发明以直观、简单、有效的方式，结合模型中的特征语义信息定量地分析设计决策上的时间性能，提高了实时系统中早期决策上分析的精度和效率，解决了现有的软件性能工程方法分析阶段较晚，性能模型难以构建的问题。

技术领域

本发明涉及实时系统与建模分析技术领域，具体涉及一种基于特征模型对实时系统模型中决策可变性上的时间性能分析的方法。

背景技术

实时系统如任务关键系统、嵌入式系统、安全关键系统等对实时性具有严格要求，该类系统的正确性不仅取决于操作的正确性，同时也与任务执行的时间紧密相关。近几年来，实时系统的应用不断渗透到军事、医疗、航天等领域的方方面面，实时性保证问题一直是实时系统中的重要方面。另一方面，随着实时系统应用越来越广泛，不同领域、应用场景下的平台和应用具有各自的独特性。由于平台上的基本机制和应用需要实现的基本功能是固定的，因此通常从底层硬件的类型、平台上可扩展的用户态服务等方面对系统进行定制以满足不同场景下的时间性能要求。事先对定制方案中采取的决策进行分析有助于系统中的实时性。

在软件开发周期中，软件体系结构是系统中设计决策的最早表现形式。Bass L提出软件体系结构是对影响系统的重大设计决策进行详细检查的最早时间点。体系结构上的重要需求(architecturally significant requirement，ASR)是一种将会对体系结构具有深远影响的一类需求，主要体现在系统中质量属性上的需求。软件质量属性需求作为软件开发周期中设计和实现方法的选择依据，对整个周期中的软件活动具有决定性的作用，进而影响最终软件系统的质量属性。对于实时系统来说，早期与实时性需求相关的决策一旦确定将直接决定系统后面的设计与实现，进而影响系统运行的实时性。

任何设计(包括体系结构)都可以看作是一组决策的集合，包括必选决策和可选决策两类。需求规格说明阶段的实时性分析实质是基于系统中固定部分对各种可变因素(可选决策)上的时间性能的分析。实时系统中这种固定部分与可变部分与产品线中的共性可变性特征类似，可以借鉴产品线中的方法进行研究。产品线通过可变性模型表示产品的共性和可变性特征。自从1990年Kang提出了面向特征领域分析FODA(Feature-OrientedDomain Analysis)方法后，特征模型成为最广泛使用的可变性建模语言。特征模型作为一种最常用的表示软件需求层次的可变性建模方法，使得软件在较高层次上具有良好的可裁剪性。在可变性建模调查分析中发现很多受访者都主动提出来希望能够利用特征模型对产品中的新特征进行预先评估。

通过调研发现，在实时系统领域的可变性建模主要针对实时操作系统。Kconfig和Component Description Language(CDL)是两个基于特征模型扩展的专门用来描述实时操作系统的可变性建模语言，其中Kconfig用来描述Linux kernel的可变性，CDL用来描述用于嵌入式领域的eCos实时操作系统中的可变性。通过分析128个工业上的Kconfig和CDL模型发现，大部分这些模型具有更大的规模，配置了实时操作系统中几乎所有的可变性方面，具有更高的连通性和更多的依赖关系。这对于面向时间分析的实时系统来说显然过于庞大复杂。另外，现有的可变性建模只注重实时系统中的实时操作系统方面，未能系统地考虑系统中所涉及的各类可变性。因此，需要系统地考虑实时系统中与时间方面相关的各类可变性。