解析基于MDA面向机器人运动控制系统的建模方法.docx

解析基于面向机器人运动控制系统的建模方法概述软件实现过程采用手工编码容易引入编写错误常常要花费大量的人力物力来发现和改正基于以上原因以大量人力工作为基础的非自动化的文档驱动软件开发方法存在开发效率低下成本高周期长质量保证困难的弱点难以满足当前机器人控制技术的快速变化对研发周期和质量的要求图形作为一种能够同时被人和计算机所识别的直观描述形式具有可以简练精确表示软件需求与设计避免理解偏差和被自动化理解与处理的优点近年来模型驱动架构的开发模式被多数嵌入式软件开发商确定为首选的开发与测试模式通过合理地使用图形元素对软件需求测试需求软件设计进行建模并自动检测各阶段间模型的一致性设计模型与标准的符合性如软件可靠性安全性设计准则软件结构化设计准则等设计模型自身的一致性如状态图与数据流图的一致性等自动生成代码和测试用例能够极大地提高软件的开发效率并保证软件的质量面向机器人运动控制系统需求定制的图形建模基于的机器人运动控制系统软件建模系统应具备支撑包括规格化代码自动生成测试用例自动生成文档自动生成系统级安全性设计软件可靠性设计以及过程自动化管理的能力如果缺失面向系统级需求的建模描述则可能导致在图形建模基础上产生的产物无法严格符合需求规格和行业标准也无法切合该工具对被描述系统的自顶向下方法的设计思想所以根据机器人运动控制系统的特性应用嵌入式软件特性以及一般机器人硬件环境特性专门定制了三种从全局角度出发针对系统级描述的图形建模并设计了符合特性和系统级需求描述要求的定制图元这三种建模分别为系统环境与资源建模系统接口建模以及多任务交互建模系统环境与资源建模环境与资源建模是对被描述系统针对其系统一级的需求规约描述其构成包括软件接口架构的整体需求描述同时也包括被描述系统的系统级需求组成建模的元素主要包括系统级硬件接口通信等进行环境与资源建模的主要目的是能够从机器人硬件系统全局的角度对被描述系统的系统级需求进行描述弥补已有建模机制下仅能够对机器人运动控制系统的软件需求进行描述的缺陷通过自顶向下的思想实现由系统级环境硬件接口所需软件等需求的综合描述完善上层全局角度的建模充分保证建模对系统软件的一致性以服务机器人运动控制系统为例采用环境与资源建模的系统级建模描述样例该样例所描述的服务机器人运动控制仅供参考并非某一特定型号机器人的运动控制系统建模该样例的建立是在服务机器人硬件系统环境的一般性基础上建立的仅用于系统环境与资源建模的参考并不具有实际应用于机器人运动控制系统的效果建模样例选取作为机器人运动控制系统的通信总线采用双总线机制保障系统的可靠性安全性设计总线通信协议采用属于通信接口共包含四个下位机分别用于控制和采集激光导航红外传感器图像以及电源的运行和数据机器人运动控制系统的运行环境搭载计算机内部包含外存固态盘数模转换包括的接口除总线接口外还有系统寄存器接口串行通信接口以及接口环境与资源图中的上位机图元可以表示除系统主体外的其他硬件环境也可定义系统的独立模块本样例中包括数据预处理器激光导航计算机各个模块之间进行相应的通信形成整体的系统环境系统接口建模系统接口建模是对被描述系统的系统级需求中有关外部硬件接口的描述弥补已有建模体系中对于系统级需求中硬件建模及硬件接口建模的描述确实组成系统接口建模的基本图元包括系统主体硬件接口数据和中断图元主体主要用于描述被描述系统的软件主体接口以外部接口为主描述外部接口与系统软件主体产生的数据中断交互数据与终端采用有向箭头表明系统外部硬件与软件主体通过相应的接口协议或无协议情况例如中断电信号下数据的流向过程数据与中断在系统接口建模中根据实际建模情况不要求必须同时出现系统接口建模所出现的所有外部接口必须来源于系统资源与环境建模的接口二者系统接口建模与系统资源与环境建模在外部接口必须保证一致性原则系统多任务交互建模实时嵌入式软件的应用程序设计中合理设计软件任务是实时嵌入式软件能够有效运行的基础以任务为实时嵌入式软件核心应用程序的其他设计逐步展开基于实时操作系统的嵌入式软件任务设计主要以任务函数和数据结构为主描述了机器人运动控制系统嵌入式软件需求的应用程序上层框架根据应用与系统的嵌入式软件任务设计过程中的实际需求系统设置用于描述应用程序上层框架的多任务交互建模共包含五中图元分别为外部实体或模块系统任务系统中断数据控制以及任务间通信系统任务图元说明被描述系统在设计过程中规划的任务系统中断说明被描述系统在任务设计的过程中包括的系统中断外部实体或模块图元说明与被描述系统所规划的任务产生关联的外部实体或模块数据动作图元在描述中断与系统任务关系时为数据图元在描述系统任务与外部实体或模块的关系时为动作图元说明某一个或几个任务是对外部一个或多个实体或模块进行何种操作任务间通信图元说明被描述系统所规划的任务之间的通信关系结论国际上的可视化开发工具虽然已经取得了较好的应用效果但仍然存在图元语义不完备缺少可靠性安全性设计语义无法进行可靠性安全性设计的检查与验证的问题此外在当前的图形化建模体系中各种图形无法结合使用导致软件开发各阶段不能自然衔接无法满足机器人运动控制系统软件全生命周期开发活动的要求本文所述内容通过研究并建立一套具有完备图元语义的具备面向系统级和软件级建模能力的面向机器人运动控制系统的图形建模体系使得面向机器人运动控制系统的建模能够良好的支撑基于模型驱动架构的开发模式通过完善的图元图元语义以及建模设置能够达到模型驱动架构所要求的规格化代码产物自动生成以及模型驱动测试架构所要求的标准化测试用例产物自动生成通过完备的图元语义和建模体系支持机器人运动控制系统软件全生命周期开发活动能够有效缩短软件的研制周期降低成本提升产品更新换代速度保证产品质量进而极大地提升机器人产品的生产效率与竞争力