CN107273589A - 基于dima系统的重构策略生成系统及其生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于DIMA系统的重构策略生成系统，包含DIMA建模组件、故障注入代码生成组件、平台动态配置组件和动态配置方案生成组件，DIMA建模组件用于建立目标DIMA系统的模型；故障注入代码生成组件用于提供可供选择的注入到所述模型中的故障代码；平台动态配置组件用于提供可供选择且可组合使用的约束条件；动态配置方案生成组件用于根据选择的约束条件在模型上进行演算，获得目标DIMA系统的初始化配置策略，以及根据选择的约束条件对已注入故障代码的模型进行演算，获得目标DIMA系统在出现故障时重构配置策略，并形成策略库。本发明实现在多约束条件下的重构方案生成，为重构的执行提供优选方案。

Description

基于DIMA系统的重构策略生成系统及其生成方法

技术领域

本发明涉及分布式综合模块化航空电子系统的动态重构策略工具设计技术领域。

背景技术

航空电子系统的发展已经经历了分离式系统、联合式系统、先进的综合模块化航空电子系统(IMA)、和分布式综合模块化航空电子系统(DIMA)的发展历程。国内目前正在研制的先进作战飞机以及大型客机均采用的是先进的IMA或DIMA系统。DIMA系统可以认为是由一系列的灵活的、复用的、可互操作的硬件和软件资源集成的一个平台，并通过系统配置蓝印将各个功能应用驻留其中来完成航空任务的系统。DIMA系统通过时间和空间分区的机制对资源进行共享。DIMA系统共享的资源包括：实时操作系统、核心处理模块、存储器、输入和输出设备。其综合模块化主要体现在：在硬件资源的通用化和系统应用的配置化前提下实现任务软件与物理资源的解耦隔离。因此，其真正满足了“一代飞机、多代航电”的技术发展特征。

如何让系统既能满足应用软件的应用特性要求(如安全性、可靠性、实时性等)又能匹配物理资源的处理能力(如CPU频率、通信速率、存储容量等)，是一个多约束综合设计的问题。尤其是在考虑动态重构时的策略设计问题，其既有面向用户需求不断变化/多任务模式的广度，又有针对物理资源多约束特定能力的深度。

发明内容

为实现DIMA对系统硬件资源以及应用软件的合理配置管理，本发明的发明目的在于提供一种基于DIMA系统的重构策略生成系统及其生成方法，实现在多约束条件下的重构方案生成，为重构的执行提供优选方案。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于DIMA系统的重构策略生成系统，包含DIMA建模组件、故障注入代码生成组件、平台动态配置组件和动态配置方案生成组件；

DIMA建模组件用于建立目标DIMA系统的模型；

故障注入代码生成组件用于提供可供选择的注入到所述模型中的故障代码；

平台动态配置组件用于提供可供选择且可组合使用的约束条件；

动态配置方案生成组件用于根据选择的约束条件在模型上进行演算，获得目标DIMA系统的初始化配置策略，以及根据选择的约束条件对已注入故障代码的模型进行演算，获得目标DIMA系统在出现故障时重构配置策略，并形成策略库。

优选地，DIMA建模组件根据对目标DIMA系统上的任务软件的交联关系、任务软件的参数信息以及ICD文件的分析建立目标DIMA系统的模型。

优选地，约束组件包含：可调度性分析组件、实时性分析组件、可靠性分析组件以及交互复杂性分析组件；

可调度性分析组件用于判断任务软件是否能够在截至时间线前得到响应，进而判断任务集的可调度性；

实时性分析组件用于通过实时性分析算法，根据具体的任务链、实时性任务指标、软硬件的运行时间分析出目标DIMA系统的任务实时性是否满足；

可靠性分析组件用于根据航电系统的拓扑结构、转移概率、构建基本可靠度分析出目标DIMA系统的可靠度，到达预期的可靠度值判定满足可靠性；

交互复杂分析组件用于利用交互复杂度分析算法，根据系统软硬件之间的绑定关系，软件与软件，硬件与硬件之间的交联关系对交互复杂度进行分析，给出定量的交互复杂度分析结果，进行排序。

使用上述重构策略生成系统的重构策略生成方法，包含以下步骤：

步骤一、建立目标DIMA系统的模型；

步骤二、选择约束条件在模型上进行演算，获得目标DIMA系统的初始化配置策略；

步骤三、选择故障代码注入到模型中，选择约束条件在模型上进行演算获得目标DIMA系统的重构配置策略；

步骤四、重复步骤四，对获得目标DIMA系统的重构配置策略进行确认，形成策略库。

本发明的有益效果为：针对多应用模式下DIMA系统配置设计中约束因素多、耦合性强等问题，探索新一代DIMA系统动态重构过程统一建模方法，结合现有DIMA在可调度性、实时性、可靠性等关键特性的研究，形成DIMA应用软件与物理资源的配置描述表征手段，建立多约束下的DIMA动态重构策略综合设计模型，构建仿真分析工具原型，为实现动态重构策略智能化设计奠定基础。

附图说明

图1为基于DIMA系统的重构策略生成系统与目标DIMA系统的结构示意图。

图2为初始化配置策略生成流程示意图；

图3为重构配置策略生成流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

基于DIMA系统的重构策略生成系统根据DIMA系统的软硬件情况，在多约束条件下生成初始化配置策略，并在不同故障下生成最优的重构配置策略，所有的初始化配置策略和重构配置策略形成策略库，也就称为离线生成策略，DIMA系统会根据当前的软硬件资源状态在策略库中选择最优的初始化配置策略或重构配置策略，进行软硬件的资源分配，实现资源利用的最大效率。如图1所示：基于DIMA系统的重构策略生成系统包含DIMA建模组件、故障注入代码生成组件、平台动态配置组件和动态配置方案生成组件。

DIMA建模组件用于建立目标DIMA系统的模型。如图1所示，在技术研究中，假设DIMA系统包含四个GPM(通用处理模块)模块(GPM1，GPM2，GPM3，GPM4)以及交换机，在此阶段GPM模块可以分为两种类型，一种为常规的GPM，即驻留本模块配置管理CPURC和应用程序APP的模块，称为常规模块，另外一种则驻留了系统配置管理SysRC和应用程序APP的模块称为系统模块。GPM1为系统模块，GPM2、GPM3和GPM4为常规模块，并且GPM4为备份模块。DIMA建模组件梳理动态执行平台的软硬件资源，确认任务软件的交联关系、任务软件在处理资源、通信资源、交互复杂度、任务/生存重要度、可靠性、安全性等方面的参数信息以及ICD文件等输入信息建立目标DIMA系统的模型。

故障注入代码生成组件用于提供可供选择的注入到所述模型中的故障代码。

平台动态配置组件用于提供可供选择且可组合使用的约束条件。如图2、图3所示，平台动态配置组件包含可调度性分析组件、实时性分析组件、可靠性分析组件以及交互复杂性分析组件。

可调度性分析组件用于判断任务软件是否能够在截至时间线前得到响应，进而判断任务集的可调度性。可调度性分析组件根据软件运行周期和持续时间以及调度方式和处理器性能对配置进行可调度性判定，在DIMA系统中，若一个任务在其截止时间限内能执行完成，则该任务可调度，否则该任务不可调度，并给出相关最坏执行时间，使得配置满足运行的基本要求。

实时性分析组件用于通过实时性分析算法，根据具体的任务链、实时性任务指标、软硬件的运行时间分析出目标DIMA系统的任务实时性是否满足。实时性分析组件根据任务软件之间的交联关系，以及信息传输链路的实时性要求，分析配置在链路的实时性能的满足情况，给出当前配置下对于关键链路实时性是否满足的结果；同时实时性分析模型还需要与网络仿真模型进行交互，对网络通信的实时性进行演算分析。最终根据任务软件的通信资源需求按照设计准则进行单目标优选，最终使得配置既能达到实时性要求又能尽量节约重构难度。

可靠性分析组件用于根据航电系统的拓扑结构、转移概率、构建基本可靠度分析出目标DIMA系统的可靠度，到达预期的可靠度值判定满足可靠性。动态重构在实现资源配置过程中在满足可调度性的内在要求前提下，还必须满足用户提出的可靠性、安全性要求，因此其每一个具体配置方案必然需要满足可靠性、安全性要求。综合任务目标和安全可靠两个角度的分析，构建可靠性分析模型，通过任务软件的任务重要度、生存重要度以及失效率参数，以及相关安全性、可靠性设计准则来分析配置在整体可靠性方面的表现能力，建立系统配置与系统可靠性、安全性的映射关系，以便进行配置生成。

交互复杂分析组件用于利用交互复杂度分析算法，根据系统软硬件之间的绑定关系，软件与软件，硬件与硬件之间的交联关系对交互复杂度进行分析，给出定量的交互复杂度分析结果，进行排序。为便于集中优势资源使得“好钢用在刀刃上”并且避免“牵一发而动全身”，将综合任务软件的交互关系，构建交互复杂度评价模型，根据降低复杂度的设计准则，来对配置进行分析，其中涉及到任务软件的交互复杂度以及其对通信资源的需求情况，均需要在再配置的条件下统筹考虑。

动态配置方案生成组件用于根据选择的约束条件在模型上进行演算，获得目标DIMA系统的初始化配置策略，以及根据选择的约束条件对已注入故障代码的模型进行演算，获得目标DIMA系统在出现故障时重构配置策略，并形成策略库。

在本案中，重构策略方案属于离线生成，需要在设计之初就考虑各种故障预案以及处理措施，同时，在此过程中还需对影响策略设计的约束条件和因素进行分析，使得设计的重构方案在合理有效的同时尽量高效、高可靠。其主要性能体现在在尽量覆盖更多故障模式的条件下如何又好又快的生成合理有效的重构预案，即重构策略数量。如图2、图3所示，重构策略生成方法如下：

1、梳理动态执行平台的软硬件资源，确认任务软件的交联关系、任务软件在处理资源、通信资源、交互复杂度、任务/生存重要度、可靠性、安全性等方面的参数信息以及ICD文件等输入信息，建立基于AADL的DIMA系统的物理架构模型。

2、根据可调度性、实时性、可靠性以及交互复杂性等多方面约束进行关键特性分析，对模型的软硬件资源进行动态配置，选择满足约束的最佳配置，即为最佳的初始化配置策略时，将任务软件部署到平台资源中的智能化映射过程，此时重构策略生成系统的状态为S0状态。

3、在确定S0状态后，用户可以通过故障代码生成组件进行故障模拟，生成相应的故障注入代码；在进行故障注入后，根据现有资源状态在约束条件下生成一级动态重构配置状态集合表。其中第一次动态配置阶段分别考虑GPM1、GPM2和在GPM3模块出现故障的情况设计动态配置方案，这一阶段的配置根据模块数和DIMA平台应用数确定，利用排列组合算法生成系统初始状态的所有可能。

4、在确定S1状态后重复以上的工作，用户确定目标系统的S2状态，待用户确定系统最终状态后，动态配置方案生成组件可以生成各选定状态的重构配置策略，形成策略库。

为了验证策略库的有效性，如图1所示，可以在DIMA系统中将一个分区作为故障注入模块进行相同故障注入，由SysRC根据当前DIMA系统的故障情况决定从策略库调用重构配置策略，并发送给CPURC进行重构执行，DIMA系统正常恢复，说明策略库中的重构配置策略正确。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于DIMA系统的重构策略生成系统，包含DIMA建模组件、故障注入代码生成组件、平台动态配置组件和动态配置方案生成组件，其特征在于：

所述DIMA建模组件用于建立目标DIMA系统的模型；

所述故障注入代码生成组件用于提供可供选择的注入到所述模型中的故障代码；

所述平台动态配置组件用于提供可供选择且可组合使用的约束条件；

所述动态配置方案生成组件用于根据选择的约束条件在模型上进行演算，获得目标DIMA系统的初始化配置策略，以及根据选择的约束条件对已注入故障代码的模型进行演算，获得目标DIMA系统在出现故障时重构配置策略，并形成策略库。

2.根据权利要求1所述的一种基于DIMA系统的重构策略生成系统，其特征在于所述DIMA建模组件根据对目标DIMA系统上的任务软件的交联关系、任务软件的参数信息以及ICD文件的分析建立目标DIMA系统的模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于DIMA系统的重构策略生成系统，其特征在于所述约束组件包含：可调度性分析组件、实时性分析组件、可靠性分析组件以及交互复杂性分析组件；

所述可调度性分析组件用于判断任务软件是否能够在截至时间线前得到响应，进而判断任务集的可调度性；

所述实时性分析组件用于通过实时性分析算法，根据具体的任务链、实时性任务指标、软硬件的运行时间分析出目标DIMA系统的任务实时性是否满足；

所述可靠性分析组件用于根据航电系统的拓扑结构、转移概率、构建基本可靠度分析出目标DIMA系统的可靠度，到达预期的可靠度值判定满足可靠性；

所述交互复杂分析组件用于利用交互复杂度分析算法，根据系统软硬件之间的绑定关系，软件与软件，硬件与硬件之间的交联关系对交互复杂度进行分析，给出定量的交互复杂度分析结果，进行排序。

4.一种基于DIMA系统的重构策略生成方法，使用权利要求1-3任一所述的重构策略生成系统，包含以下步骤：

步骤一、建立目标DIMA系统的模型；

步骤二、选择约束条件在模型上进行演算，获得目标DIMA系统的初始化配置策略；

步骤三、选择故障代码注入到模型中，选择约束条件在模型上进行演算获得目标DIMA系统的重构配置策略；

步骤四、重复步骤四，对获得目标DIMA系统的重构配置策略进行确认，形成策略库。