CN103995913A - 复杂电子系统开放式分层设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种复杂电子系统开放式分层设计方法，旨在提供一种解决复杂电子系统中系统应用集成的系统分析与设计方法，该设计方法首先采用分层的设计理论将系统分为应用层、逻辑构件层、物理平台层。其次，针对具体的复杂电子系统应用，抽象出各层次硬件元素和软件元素及关联关系的元模型，构建特定复杂电子系统的可视化建模环境，然后，通过在可视化建模环境对复杂电子系统进行分析、分解，构建出元模型描述的硬件模型、软件模型、部署模型，并转换为功能构件描述文件与系统运行蓝图；最后，分别实现各个功能构件，由复杂电子系统控制程序解析蓝图文件，配置逻辑构件之间的虚通道，加载逻辑构件完成复杂电子系统应用集成。

Description

复杂电子系统开放式分层设计方法

技术领域

本发明涉及一种用于复杂电子系统集成的分析与设计方法。

背景技术

所谓复杂电子系统就是多种具有不同功能的电子系统有机地结合起来，协调地运行，形成具有信息反馈和控制功能的庞大复杂的系统。与一般电子系统相比，复杂电子系统具有如下一些特点：大规模和复杂性：往往由多个相互联系和相互作用子系统构成，每个子系统又由多个相互关联的处理单元构成。整体性：要求从系统的全局和过程的整体出发，从各种不同电子系统的相互联系上，实现整体功能的优化。可靠性：大型电子系统往往在国防和国民经济中极其重要。其失效会造成严重的后果。因此，要求它具有高度的可靠性。可扩展性：系统一般具有开放式结构，以便于扩展。在电子信息系统领域，随着系统复杂性的不断增加，系统各实体之间耦合程度越来越高、行为过程越来越复杂，硬件规模与软件规模的急剧增加，使系统具有明显的不稳定性、非线性、不确定性、不可预测性。传统的堆砌式的设计方法很难适应复杂电子系统的设计，为有效的处理大规模、复杂的模块级高度综合集成系统，必须研究新的设计理论和方法。

发明内容

为了应对复杂电子系统传统设计方法的缺陷，本发明提供一种复杂电子系统开放式分层设计方法，该设计方法能够有效简化复杂电子系统设计，同时，使复杂电子系统具备开放性，支持新设备与新功能的插入。

本发明采取的技术方案是：一种复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于包括如下步骤：首先将复杂电子系统分解为物理平台层、逻辑构件层和包含若干个功能线程的应用层，三个层次，其次，针对具体的复杂电子系统应用，抽象出各层次硬件元素和软件元素及关联关系的元模型，构建特定复杂电子系统的可视化建模环境，然后，通过在可视化建模环境对复杂电子系统进行分析、分解，构建出元模型描述的硬件模型、软件模型、部署模型，并转换为功能构件描述文件与系统运行蓝图；最后，分别实现各个功能构件，由复杂电子系统控制程序解析蓝图文件，配置逻辑构件之间的虚通道，加载逻辑构件完成复杂电子系统应用集成。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明通过分层处理，将复杂电子系统划分为多个层次，各层次由不同的功能实体构成，达到了分解系统，简化系统的目的；其次，通过元模型构造的专用建模环境对系统进行可视化分析，使得系统能够以一种简单、美观的方式展示系统内部结构，便于理解、沟通、协调、重用，大大提高工作效率；再次，功能模块的关系通过抽象的硬总线、软总线描述，使系统具备开放式的特点，方便功能模块的插入、替换。

附图说明

下面结合附图和实施例对本专利进一步说明。

图1是复杂电子系统分层模型示意图。

图2是针对复杂电子系统抽象的基本元模型及关系的描述图。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，首先采用分层的设计理论将复杂电子系统分为三个层次,分别是应用层、逻辑构件层、物理平台层。

应用层可以由一个或多个功能线程App1、App2、App3、App4…组成。应用层展现复杂电子系统需要实现的各种功能特性，这些功能特性由功能线程App1、App2、App3、App4…表现出来，应用功能线程App1、App2、App3、App4…之间存在通过虚端口进行信息交互的关联关系。

逻辑构件层位于应用层与物理层之间，由相互交联的一个或多个逻辑构件Com1、Com2、Com3、Com4…组合构成的互连逻辑构件组组成。应用层上的每个功能线程App与逻辑构件层上的逻辑构件组相对应。

物理平台层由各种类型的硬件模块组成，每个硬件模块包含一个或多个功能单元DSP1、DSP2、DSP3、DSP4…，PPC1、PPC2、PPC3、PPC4…，FPCA1、FPCA2、FPCA3、FPCA4…。硬件模块之间、功能单元之间存在相互互连的关联关系，逻辑构件部署运行在硬件模块的功能单元上。物理平台层硬件模块之间、功能单元之间的关联关系是指以硬件接口互联的硬总线，如RapidIO总线、PCI Express总线、以太网总线；逻辑构件层逻辑构件之间关联关系、应用层功能线程之间关联关系是指以虚端口互联的软总线，如消息通信中间件和CORBA中间件。

参阅图2。复杂电子系统中的所有基本元素包含在“模型”元模型系统中，这些基本元素分别是集合功能线程、模型硬件模块、连接虚连接、连接硬件连线、模型逻辑构件、模型功能单元、基模型虚端口、基模型硬件端口。其中，基模型虚端口之间关联形成虚连接，“基模型硬件端口”包含于功能单元中，相互关联形成硬件连线。功能单元可存储运行模型逻辑构件，因此包含模型逻辑构件，同时，功能单元又包含在硬件模块模型中。功能线程的运行依赖于虚连接、虚端口、逻辑构件、功能单元、硬件模块，因此与这些元素存在依赖关系。

其次，针对某个特定的系统应用，系统总体设计人员首先根据图2给出的基本元模型及关系，抽象出当前系统各层次元素及关联关系的具体元模型，构建特定系统的可视化建模环境。对于应用层，包括当前系统应用领域每类功能线程的元模型，功能线程虚端口元模型，功能线程之间的虚连接元模型；对于逻辑构件层，包括当前复杂电子系统应用领域内每类逻辑构件的元模型，逻辑构件虚端口元模型，逻辑构件之间的虚连接元模型；对于物理平台层，包括当前系统应用领域内每类硬件模块的元模型，每类硬件模块硬件端口元模型，硬件模块之间的硬件连线元模型，硬件模块包含的功能单元元模型，功能单元硬件端口元模型，功能单元硬件连线元模型。在分析、抽象的过程中，对于图2中的每类基本模型，可能抽象出多个具体的元模型，如功能单元基本模型，就可抽象出入POWERPC功能单元、DSP功能单元、FPGA功能单元等多种具体的元模型。

然后，在可视化建模环境中对当前复杂电子系统进行分析、分解，构建出元模型描述的硬件模型、软件模型、部署模型,完成当前系统的模型化描述。构建的各类模型可以进行格式转换，通过对产生的各类模型进行转换，一方面可生成各个逻辑构件的描述文件和框架代码，另一方面可生成XML等格式的硬件描述文件、软件描述文件、部署描述文件，这些描述文件就形成了当前复杂电子系统运行蓝图。

最后，软件开发者依据逻辑构件描述文件和框架代码实现各个逻辑构件，依据相同逻辑构件描述文件和框架代码实现的逻辑构件具备互换性。具体复杂电子系统应用所需的逻辑构件运行体可统一存储于某个文件服务器上，通过远程加载运行，也可以分别存储于各个功能单元的非易失存储器中，通过本地加载运行。具体复杂电子系统应用的控制程序在整个系统初始化过程中解析蓝图文件，从文件服务器将逻辑构件加载到功能单元，或通知功能单元本地加载逻辑构件，实现逻辑构件与硬件资源的动态绑定。在控制程序配置逻辑构件之间的虚通道后，逻辑构件的运行组合形成复杂电子系统应用所需的多个功能线程，从而完成复杂电子系统应用集成。

Claims (10)

1.一种复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于包括如下步骤：首先将复杂电子系统分解为物理平台层、逻辑构件层和包含若干个功能线程的应用层，三个层次，其次，针对具体的复杂电子系统应用，抽象出各层次硬件元素和软件元素及关联关系的元模型，构建复杂电子系统的可视化建模环境，然后，通过在可视化建模环境对复杂电子系统进行分析、分解，构建出元模型描述的硬件模型、软件模型、部署模型，并转换为功能构件描述文件与系统运行蓝图；最后，分别实现各个功能构件，由复杂电子系统控制程序解析蓝图文件，配置逻辑构件之间的虚通道，加载逻辑构件完成复杂电子系统应用集成。

2.按权利要求1所述的复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于：复杂电子系统实现的各种功能特性由功能线程表现出来，功能线程之间存在关联关系；逻辑构件层由逻辑构件组成，逻辑构件之间存在关联关系；物理平台层由硬件模块组成，硬件模块包含一个或多个功能单元，硬件模块之间、功能单元之间存在关联关系。

3.按权利要求2所述的复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于：功能线程由多个逻辑构件组合形成，逻辑构件部署运行在硬件模块的功能单元上。

4.按权利要求2所述的复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于：物理平台层硬件模块之间、功能单元之间的关联关系是以硬件接口互联的硬总线，如RapidIO总线、PCIExpress总线和以太网总线；逻辑构件层逻辑构件之间关联关系、应用层功能线程之间关联关系是指以虚端口互联的软总线，包括消息通信中间件和CORBA中间件。

5.按权利要求1所述的复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于：应用层包括领域内每类功能线程的元模型，功能线程虚端口元模型，功能线程之间的虚连接元模型；逻辑构件层，包括领域内每类逻辑构件的元模型，逻辑构件虚端口元模型，逻辑构件之间的虚连接元模型；物理平台层，包括领域内每类硬件模块的元模型，每类硬件模块硬件端口元模型，硬件模块之间的硬件连线元模型，硬件模块包含的功能单元元模型，功能单元硬件端口元模型，功能单元硬件连线元模型。

6.按权利要求1所述的复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于：逻辑构件依据逻辑构件描述文件和框架代码实现，依据相同逻辑构件描述文件和框架代码实现的逻辑构件具备互换性。

7.按权利要求1所述的复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于：复杂电子控制程序系统运行时解析蓝图，配置逻辑构件之间的虚通道，将逻辑构件部署到预定的功能单元上，实现逻辑构件与硬件资源的动态绑定。

8.按权利要求1所述的复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于：具体复杂电子系统应用所需的逻辑构件运行体统一存储于某个文件服务器上，通过远程加载运行，或分别存储于各个功能单元的非易失存储器中，通过本地加载运行。

9.按权利要求1所述的复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于：构建的各类模型进行格式转换，一方面生成了各个逻辑构件的描述文件和框架代码，另一方面生成了XML格式的硬件描述文件、软件描述文件和部署描述文件，这些描述文件形成了当前复杂电子系统运行蓝图。

10.按权利要求1所述的复杂电子系统开放式分层设计方法，其特征在于：在控制程序配置逻辑构件之间的虚通道后，逻辑构件的运行组合形成复杂电子系统应用所需的多个功能线程，从而完成复杂电子系统应用集成。