CN104933267A - 一种工业电子系统的行为逻辑建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业电子系统的行为逻辑建模方法，包括以下步骤：(1)根据工业电子系统的功能确定其运行流程，并依据运行流程得到应用场景，并依据应用场景建立工业电子系统的应用场景用例图；(2)建立各个应用场景之间的逻辑关系，形成工业电子系统的活动图；(3)建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系，形成工业电子系统的顺序图；(4)建立工业电子系统的各个设备的状态机图，通过状态机图来查看该设备在各个应用场景下的行为和逻辑。本发明采用用例图、活动图、顺序图和状态机图实现对工业电子系统行为逻辑的完整描述，可为工业电子系统研发早期的系统逻辑仿真及后期的功能性能确认提供可使用的模型。

Description

一种工业电子系统的行为逻辑建模方法

技术领域

本发明属于工业电子和嵌入式系统技术领域，涉及工业电子系统的行为逻辑的模型构建，具体涉及一种适用于对工业电子系统的行为逻辑进行完整描述的建模方法。

背景技术

在当前的工业电子系统的设计过程中，需要定义系统的架构、ICD、行为逻辑等内容。现有设计方案均采用文字处理软件(如Microsoft Word)以文档方式描述。这样，不仅文字工作量大，而且文字之间隐含的设计关联性无法保证，设计、变更等协同无法实现，错误难以发现，给后期进一步的研制工作带来潜在隐患。为解决此问题，需为工业电子系统构建数学模型，从而基于模型进行分析、检查和仿真来实现保障工业电子系统设计结果的正确性。

同时，现有的文字性非结构化设计结果无法用于仿真，且传统的仿真手段主要集中在结构、电磁场有限元、控制律等方向，缺乏针对工业电子系统架构和行为逻辑的仿真。因此，在工业电子系统设计的早期无法对设计结果进行验证，增加了后期设计迭代的成本。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的工业电子系统的行为逻辑建模方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业电子系统的行为逻辑建模方法，该方法能从根本上将工业电子系统的设计从文字转向模型，从非结构化转向结构化，从逻辑抽象转向图形化形象表达，从游离零散转向中心关联，并能将设计结果转化成可用仿真代码，实现了针对结构化模型的早期分析验证。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业电子系统的行为逻辑建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据工业电子系统的功能确定其运行流程，并依据所述运行流程得到工业电子系统的应用场景，并依据所述应用场景建立工业电子系统的应用场景用例图；

(2)建立各个应用场景之间的逻辑关系，从而形成工业电子系统的活动图；

(3)建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系，从而形成工业电子系统的顺序图；

(4)建立工业电子系统的各个设备的状态机图，通过该状态机图来查看该设备在各个应用场景下的行为和逻辑。

进一步地，其中，所述步骤(2)中的建立各个应用场景之间的逻辑关系包括：根据工业电子系统的接口控制文件和系统架构数据编辑各个应用场景之间的活动流程以及在各个应用场景之间添加分支和合并；同时编辑各个应用场景的驱动事件，并为某些有特殊需求的应用场景的驱动事件定义条件。

更进一步地，其中，所述步骤(3)中的建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系包括：确定顺序图的驱动事件，所述驱动事件直接从所述活动图中继承过来，或者根据要求对从所述活动图中继承过来的驱动事件进行更改并反馈至所述活动图；添加各设备之间传递的消息以及消息在该应用场景中的响应值；添加消息之间的延时以及设备的输入消息和输出消息之间的逻辑关系。

再进一步地，其中，在所述步骤(4)中，根据所述顺序图和所述活动图自动生成设备的状态机图；或者，根据工业电子系统的接口控制文件和系统架构数据，通过添加状态、条件和动作，自行建立设备的状态机图。

本发明的工业电子系统的行为逻辑建模方法分别采用用例图、活动图、顺序图和状态机图建立起工业电子系统的应用场景、应用场景之间的转换逻辑关系、应用场景内部的交互行为和单独设备的逻辑接口，从而实现对工业电子系统的行为逻辑的完整描述。

本发明的工业电子系统的行为逻辑建模方法具有如下有益技术效果：

1、能够建立起工业电子系统的行为逻辑模型，从而与上游的需求管理，以及下游的ICD设计、POP设计和仿真验证等实现关联，进而可为工业电子系统的研发早期的系统逻辑仿真及后期的功能性能确认提供可使用的模型。

2、通过图形化的描述使工业电子系统的行为和逻辑更方便定义和查看。

3、活动图、顺序图以及状态机图中的元素可完整地描述工业电子系统的行为属性、逻辑属性以及实时属性，避免了文字性描述，减小了文字工作量。

4、所建立的行为逻辑模型可与其它类型模型，如AADL、Simulink、Modelica等模型相关联，来创建某个具体的工业电子系统的完整数字模型。

附图说明

图1是本发明的工业电子系统的行为逻辑建模方法的流程示意图。

图2是一个实施例的应用场景用例图。

图3是该实施例的活动图。

图4是该实施例的“塔康进场”应用场景的顺序图。

图5是图4所示的顺序图中的消息“UFCP状态2”的属性的示意图。

图6是图4所示的顺序图中的各个消息的延时的示意图。

图7是该实施例的其中一个设备“IMP”的状态机图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

图1示出了本发明的工业电子系统的行为逻辑建模方法的流程示意图。如图1所示，在本发明的工业电子系统的行为逻辑建模方法中，首先是根据工业电子系统的功能确定其运行流程，并依据所述运行流程得到工业电子系统的应用场景，并依据所述应用场景建立工业电子系统的应用场景用例图。

在本发明中，所述应用场景用例图为用例树。用例树中的每一个用例代表一个应用场景，并通过所述用例树的树结构来描述各个应用场景之间的结构关系和父子关系(当然，在有些用例树中各个应用场景之间可能不存在父子关系)。

其次，建立各个应用场景之间的逻辑关系，从而形成工业电子系统的活动图。

对于一个活动图来说，其通常由如下元素构成：

活动：“活动”表示工业电子系统的应用场景，也可以表示工业电子系统的应用场景下的子应用场景(对于存在父子关系的应用场景来说，会有子应用场景)。

驱动事件：“驱动事件”是活动图内所有活动关联的“桥梁”。“驱动事件”本身与工业电子系统中相关的信号相关联，工业电子系统的所有活动均被信号驱动，使得活动图没有独立，而是通过信号与ICD模型、系统架构模型相关联，达到了“统一模型”的目的。

开始/结束：“开始”是活动图的起点，“开始”的“驱动事件”被触发代表活动图开始；“结束”是活动图的终点，“结束”的“驱动事件”被触发代表活动图结束，一个活动图只有一个“开始”,可以有多个“结束”。

分支：“分支”有一个输入，两个输出。可以将多个活动的输出作为分支的输入，但是，多个活动的输出最终要形成一个输入。同时，在分支中可以编辑多个活动的输入之间的逻辑关系，作为两个输出的条件，两个输出的条件是互斥的，这样可以保证只有一个输出条件可以被触发。

合并：“合并”可以将一个活动的多个并发输出进行分支，达到同时触发多个活动的目的；也可以将多个活动的输入汇合，达到共同触发下一个活动的目的。

因此，在本发明中，在建立各个应用场景之间的逻辑关系时，包括：根据工业电子系统的接口控制文件和系统架构数据编辑各个应用场景(即，活动)之间的活动流程以及在各个应用场景之间添加分支和合并；同时，编辑各个应用场景的驱动事件，并为某些有特殊需求的应用场景的驱动事件定义条件。例如，有些应用场景需要在满足特殊条件的情况下才能出现，在这种情况下，就需要为这些应用场景定义好条件，以便于条件满足时才能出现该应用场景。

接着，建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系，从而形成工业电子系统的顺序图。

对于一个顺序图来说，其通常由如下元素构成：

驱动事件：“驱动事件”从活动图继承过来，作为与活动图关联的桥梁，是顺序图开始或者结束的标识。当然，“驱动事件”也可以是根据要求对从所述活动图中继承过来的驱动事件进行更改后的驱动事件。

对象：“对象”代表应用场景所涉及的设备，在与系统架构模型相关联时，将设备作为顺序图中参与交互的“对象”。

消息：消息表示对象(即设备)之间的交互动作。将消息与信号绑定，从而使得行为逻辑模型与系统架构模型/ICD模型关联，使得各设备之间的交互不只是文字上的描述，而是与其它模型相关联，可用于后续仿真验证的模型。

延时：通过添加延时，使某些消息发送间隔满足特定条件，以此完整地定义系统行为的实时属性。

逻辑关系：添加某条消息的输出条件，输出条件包括输入信号的逻辑关系以及时间条件，使该消息在满足某种条件下才可发出；同时，可以编辑消息的输出函数，使该消息的输出值根据输入进行变化。通过定义逻辑关系，可完善设备的内部处理逻辑。

因此，在本发明中，建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系包括：确定顺序图的驱动事件，所述驱动事件直接从所述活动图中继承过来，或者根据要求对从所述活动图中继承过来的驱动事件进行更改并反馈至所述活动图；添加各设备之间传递的消息以及消息在该应用场景中的响应值；添加消息之间的延时以及设备的输入消息和输出消息之间的逻辑关系。

最后，建立工业电子系统的各个设备的状态机图，通过该状态机图来查看该设备在各个应用场景下的行为和逻辑。

对于一个状态机图来说，其通常由如下元素构成：

状态：“状态”表示当前设备的在满足某些输入、执行某些活动或等待某些驱动事件的条件或状况。其中，起始状态表示设备执行的起点，终止状态表示设备的一个最终状态。一个设备有一个起始状态和一个或多个终止状态。状态与顺序图中某个设备同一时间的输入输出消息相关联，使状态机图的状态可以在顺序图完成后自动生成。

条件：“条件”是一个设备从一个状态转化成另外一个状态的触发激励。由于状态与输入输出消息相关联，条件即与消息、驱动事件以及逻辑关系相关联，使状态机图的条件可以在顺序图完成后自动生成。

动作：“动作”是一个设备状态发生转换时，产生的一系列行为。动作与设备中的逻辑关系中的输出函数部分相关联，使状态机图的动作可以在顺序图完成后自动生成。

因此，在本发明中，可以根据所述顺序图自动生成设备的状态机图。在有些情况下，可能不需要定义顺序图和活动图。在这种情况下，可以直接手动绘制设备的状态机图，即，根据工业电子系统的接口控制文件和系统架构数据，通过添加状态、条件和动作，自行建立设备的状态机图。

下面以一个小型工业电子系统为例，介绍本发明的行为逻辑建模方法的具体建模过程。

该小型工业电子系统的功能为：实现人在环的航路飞行、进场及着陆过程。

根据该小型工业电子系统的功能，可以确定其运行流程为：飞行员通过正前方控制板(UFCP)的画面按键发起进场、着陆过程，通过驾驶杆控制飞行姿态，各个指令经过综合处理单元(IMP)处理协调各个显示设备，实现飞机完整过程的状态显示。

根据上述运行流程可以得到该小型工业电子系统的应用场景包括：巡航、进场、选择返航机场、自主进场、塔康进场、着陆、微波着陆、仪表着陆。

依据上述应用场景可以建立如图2所示的工业电子系统的应用场景用例图。该应用场景用例图以树结构的形式来描述上述各个应用场景之间的结构关系。其中，在该应用场景用例图中，各个应用场景之间不存在父子关系，因此，也就没有应用场景具有子应用场景。

然后，建立上述各个应用场景之间的逻辑关系，从而形成如图3所示的工业电子系统的活动图。

在该活动图中，●代表开始，代表结束，活动为各个应用场景。“按下FAF键”和“按下着陆键”等为驱动事件。当然，在该活动图中也存在着“分支”和“合并”。例如，“着陆”与“微波着陆”和“仪表着陆”之间就存在着分支。

接着，建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系，从而形成工业电子系统的顺序图。

由于需要为每个应用场景都建立顺序图，在本发明中，为了简化，以“塔康进程”应用场景为例，建立的该应用场景所涉及的各个设备之间的顺序图如图4所示。

在如图4所示的顺序图中，UFCP代表设备“正前方控制面板”、IMP代表设备“综合处理单元”、ADLC代表设备“大气数据机”、INE1代表设备“惯性导航仪1”、ICNI代表设备“综合通信、导航、识别系统”、MFD代表设备“多功能显示器”、HUD代表设备“平视显示器”。

在该顺序图中，开始事件为“选择模式”，该开始事件继承自所述活动图中的驱动事件“选择模式”。同时，该驱动事件与ICD模型中的“系统开”信号相关联，从而实现与ICD模型的关联。

同时，在该顺序图中，带箭头的实线表示各设备之间的消息。各个消息都具有自己的属性并与ICD模型中的信号绑定在一起。例如，消息“UFCP状态2”的属性如图5所示。在图5中，ICD属性就是与该消息绑定在一起的ICD模型中的信号的相关内容。通过所述ICD属性实现与ICD模型中的信号的绑定。

而且，在该顺序图中，根据需要，设置的各个消息的延时如图6所示。

最后，在该顺序图中，各个消息都具有逻辑关系。在图4所示的顺序图中，未显示消息，但是，通过点击相关消息，即可以查看其逻辑关系。例如，以“进入进场”为例，其逻辑关系为俯仰角<30°并且滚转角<10°。

在活动图与顺序图绘制完成后，可自动生成相关设备的状态机图。以IMP设备为例，其状态机图如图7所示。

在该状态机图中，“巡航”、“塔康进场”、“自主进场”为需要用到IMP设备的三个应用场景，即IMP设备可能处于的三个状态。同时，“按下进场按钮”为IMP设备状态转换的事件。并且，当满足条件“系统开&周边键操作号＝不操作”时，IMP设备进入“塔康进场”状态；当满足条件“系统开&UFCP输出数据”时，IMP设备进入“自主进场”状态；在其它条件下，IMP设备停止。同时，在该状态机图中，不存在“动作”。

本发明的工业电子系统行为逻辑建模方法能从根本上将工业电子系统设计从文字转向模型，从非结构化转向结构化，从逻辑抽象转向图形化形象表达，从游离零散转向中心关联，并能将设计结果转化成可用仿真代码，实现了针对结构化模型的早期分析验证。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种工业电子系统的行为逻辑建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据工业电子系统的功能确定其运行流程，并依据所述运行流程得到工业电子系统的应用场景，并依据所述应用场景建立工业电子系统的应用场景用例图；

(2)建立各个应用场景之间的逻辑关系，从而形成工业电子系统的活动图；

(3)建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系，从而形成工业电子系统的顺序图；

(4)建立工业电子系统的各个设备的状态机图，通过该状态机图来查看该设备在各个应用场景下的行为和逻辑。

2.根据权利要求1所述的工业电子系统的行为逻辑建模方法，其特征在于，所述步骤(2)中的建立各个应用场景之间的逻辑关系包括：根据工业电子系统的接口控制文件和系统架构数据编辑各个应用场景之间的活动流程以及在各个应用场景之间添加分支和合并；同时，编辑各个应用场景的驱动事件，并为有特殊需求的应用场景的驱动事件定义条件。

3.根据权利要求2所述的工业电子系统的行为逻辑建模方法，其特征在于，所述步骤(3)中的建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系包括：确定顺序图的驱动事件，所述驱动事件直接从所述活动图中继承过来，或者根据要求对从所述活动图中继承过来的驱动事件进行更改并反馈至所述活动图；添加各设备之间传递的消息以及消息在该应用场景中的响应值；添加消息之间的延时以及设备的输入消息和输出消息之间的逻辑关系。

4.根据权利要求3所述的工业电子系统的行为逻辑建模方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，根据所述顺序图和所述活动图自动生成设备的状态机图；或者，根据工业电子系统的接口控制文件和系统架构数据，通过添加状态、条件和动作，自行建立设备的状态机图。