專利名稱：Tmsvl實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于系統(tǒng)形式化建模與驗(yàn)證技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及用形式化的方法對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真與驗(yàn)證，具體是一種TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法,可用于各種實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建模與仿真，以保障實(shí)時(shí)系統(tǒng)的安全性、活性和穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
實(shí)時(shí)控制在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域、科學(xué)研究和社會(huì)生活中發(fā)揮著重要作用，并且越來越多地被應(yīng)用于軍事、航天以及交通控制等安全相關(guān)的領(lǐng)域。實(shí)際應(yīng)用中對(duì)這種實(shí)時(shí)控制的 可靠性有很高的要求，若一定的時(shí)間性限制沒有被滿足，則會(huì)出錯(cuò)甚至導(dǎo)致重大事故。因此，保障實(shí)時(shí)控制的正確性成為關(guān)鍵性問題，而實(shí)時(shí)控制的正確性是應(yīng)用實(shí)時(shí)控制的實(shí)時(shí)系統(tǒng)可靠性的根本保證。在大多數(shù)的工程實(shí)踐中，軟件的可靠性主要是通過測(cè)試、仿真和反復(fù)試用來保證的，而對(duì)于應(yīng)用實(shí)時(shí)控制的實(shí)時(shí)系統(tǒng)來說，它的運(yùn)行往往與外部環(huán)境有關(guān)，其執(zhí)行存在諸多不確定因素，這對(duì)其測(cè)試帶來了極大的困難。并且，測(cè)試只能用于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并不能保證無錯(cuò)。例如，近期俄羅斯聯(lián)邦航天署公布的火星探測(cè)器事故的調(diào)查結(jié)果，認(rèn)為事故主因可能是機(jī)載計(jì)算系統(tǒng)的程序出錯(cuò)，而在最近一年以來，俄羅斯共遭遇的六次發(fā)射事故無一不與航天器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)有關(guān)，火星探測(cè)器的發(fā)射系統(tǒng)屬于典型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，而且系統(tǒng)在時(shí)間上有嚴(yán)格的要求，這也表明僅依賴測(cè)試難以保證此類系統(tǒng)的正確性。因此，利用具有嚴(yán)格數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的形式化方法建模和驗(yàn)證是解決實(shí)時(shí)系統(tǒng)的安全性和可靠性的根本方法之一，它可以在程序或系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行或應(yīng)用以前對(duì)其建模并嚴(yán)格驗(yàn)證其性質(zhì)，用這種嚴(yán)密的形式化方法保證其可靠性。時(shí)序邏輯來描述系統(tǒng)是形式化方法的一種，因?yàn)楸旧砭哂袝r(shí)序概念，因此可以作為描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)的方法。時(shí)序邏輯作為一種系統(tǒng)建模與驗(yàn)證工具已廣泛應(yīng)用于軟件工程、數(shù)字電路設(shè)計(jì)等 領(lǐng)域。時(shí)序邏輯主要有三大分支線性時(shí)序邏輯(ITL)，分支時(shí)序邏輯(CTL)以及區(qū)間時(shí)序邏輯(ITL)。投影時(shí)序邏輯(PTL)對(duì)ITL進(jìn)行了擴(kuò)展，時(shí)序邏輯語言MSVL是PTL的一個(gè)可執(zhí)行子集，是一個(gè)集建模(Modeling)、仿真(Simulation)和驗(yàn)證(Verification)為一體的時(shí)序邏輯程序設(shè)計(jì)語言，它將系統(tǒng)的建模與性質(zhì)的描述統(tǒng)一于同一邏輯框架內(nèi)，通過模型檢測(cè)技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)的性質(zhì)。MSVL作為一種形式化的工具可以被考慮用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建模與驗(yàn)證。而PTL缺乏量化時(shí)間的描述，因此MSVL無法應(yīng)用于實(shí)際實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建模與驗(yàn)證。有三種方法可以對(duì)時(shí)序邏輯進(jìn)行實(shí)時(shí)擴(kuò)展1、界定時(shí)序算子時(shí)序操作符用時(shí)間界定，引入實(shí)時(shí)約束；2、凍結(jié)量化凍結(jié)綁定與時(shí)間相關(guān)的變量；3、顯式時(shí)鐘變量使用動(dòng)態(tài)的時(shí)鐘變量。三種方法的表達(dá)能力越來越強(qiáng)，采用顯式時(shí)鐘變量幾乎可以描述所有有關(guān)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性質(zhì)。但采用顯式時(shí)鐘變量導(dǎo)致邏輯的抽象能力降低，因而在描述系統(tǒng)和性質(zhì)時(shí)過于復(fù)雜。有很多時(shí)序邏輯語言已經(jīng)將時(shí)序邏輯擴(kuò)展到了實(shí)時(shí)范疇，有Alur的TPTL(Timed Propositional TemporalLogic)和Koymans的MTL (Metric Temporal Logic)等，但這些實(shí)時(shí)擴(kuò)展的時(shí)序邏輯大都被用于實(shí)時(shí)性質(zhì)的規(guī)約，而對(duì)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建模則采用時(shí)間自動(dòng)機(jī)和時(shí)間變遷系統(tǒng)等其他形式，這使得實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法和驗(yàn)證方發(fā)分開實(shí)施，在驗(yàn)證時(shí)往往要對(duì)系統(tǒng)模型或性質(zhì)規(guī)約進(jìn)行轉(zhuǎn)化后才可以進(jìn)行驗(yàn)證，這樣不但過程復(fù)雜而且容易出錯(cuò)，給系統(tǒng)的性質(zhì)驗(yàn)證帶來了很大障礙。也有一些用于描述系統(tǒng)的擴(kuò)充的時(shí)序邏輯。XYZ/RE采用界定算子擴(kuò)充時(shí)序邏輯，表達(dá)時(shí)間約束比較直觀，但僅能描述相對(duì)時(shí)間，而且它的邏輯基礎(chǔ)是非實(shí)時(shí)的LTL，因此對(duì)順序語句、循環(huán)語句的表達(dá)比較復(fù)雜。TLA+使用變量now來顯式定義當(dāng)前實(shí)際時(shí)間據(jù)此可以描述期望動(dòng)作的時(shí)間特性。TLA+中的模塊RealTime可以簡(jiǎn)化時(shí)間約束的表示方式，但是缺乏對(duì)相對(duì)時(shí)間的描述，不能刻畫一個(gè)動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間，也不能刻畫兩個(gè)動(dòng)作之間的時(shí)間間隔。到目前為止，工程實(shí)踐中尚無一種建模和驗(yàn)證在同一邏輯框架下，既能描述相對(duì)時(shí)間又能描述絕對(duì)時(shí)間的實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模、仿真和驗(yàn)證方法。本發(fā)明項(xiàng)目組對(duì)國(guó)內(nèi)外專利文獻(xiàn)和公開發(fā)表的期刊論文檢索，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明密切相關(guān)和一樣的報(bào)道或文獻(xiàn)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模和驗(yàn)證方法邏輯框架不統(tǒng)一以及可靠性差的缺點(diǎn)，提供了一種與驗(yàn)證方法在同一邏輯下形式化建模的方法，既能描述相對(duì)時(shí)間又能描述絕對(duì)時(shí)間，且簡(jiǎn)單易行的TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法，以滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)嚴(yán)格的安全性和可靠性要求?！NTMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法,用形式化方法對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行建模,構(gòu)造出系統(tǒng)的實(shí)際模型，其特征在于在MSVL的語法基礎(chǔ)上擴(kuò)展了時(shí)間變量和時(shí)間約束區(qū)間，使其在語義上支持量化時(shí)間建模，其中時(shí)間是由時(shí)間變量模擬，時(shí)間控制由時(shí)間約束區(qū)間實(shí)現(xiàn)；利用該語法語義來描述需要建模的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，得到系統(tǒng)的TMSVL模型；再利用TMSVL語言的操作語義對(duì)這個(gè)TMSVL模型化簡(jiǎn)得到系統(tǒng)的實(shí)際模型；TMSVL對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模的流程包括有步驟I、選取適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘起始時(shí)間和時(shí)間間隔，用TMSVL語言建模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)鐘模塊并對(duì)系統(tǒng)的時(shí)鐘進(jìn)行初始化，用變量T模擬系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的時(shí)間，變量Ts表示時(shí)間間隔，用于產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘，TMSVL建模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)鐘模塊TPtl如下TP0 E T = eT 八 Ts = eTs 八 frame (Ts)八 keep (OT = T+Ts)eT和eTs是兩個(gè)時(shí)間表達(dá)式，eT用來初始化T的值，eTs用來初始化Ts的值；操作符“八”表示“相與”，用于連接同時(shí)發(fā)生的語句；因?yàn)門MSVL的底層邏輯是時(shí)序邏輯，在時(shí)序邏輯中，后一狀態(tài)的值不會(huì)自動(dòng)繼承前一狀態(tài)的值，因此采用MSVL的框架技術(shù)frame聲明變量，Ts被聲明為frame變量后，在下一狀態(tài)如果Ts未被賦值則自動(dòng)繼承Ts前一狀態(tài)的值；keep表示除了終止?fàn)顟B(tài)之外的每個(gè)狀態(tài)都要執(zhí)行后面括號(hào)中的語句，keep ( O T = T+Ts)表示在每個(gè)狀態(tài)，其下一狀態(tài)的時(shí)間值，即〇T，都等于本狀態(tài)的時(shí)間值T加本狀態(tài)的時(shí)間間隔值Ts。步驟2、根據(jù)初始化后的系統(tǒng)時(shí)鐘模塊，用定義的TMSVL語言描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)，得到系統(tǒng)的TMSVL模型；在描述過程中先描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)中各個(gè)時(shí)間約束下的子模塊,為子模塊添加相應(yīng)的時(shí)間約束，之后連接有關(guān)系的子模塊形成新的子模塊，經(jīng)過反復(fù)的連接和添加時(shí)間約束最終得到整個(gè)系統(tǒng)的描述TP1，系統(tǒng)的TMSVL模型為TPtl A TP10步驟3、利用TMSVL的操作語義化簡(jiǎn)步驟2中得到的TMSVL模型，構(gòu)造出系統(tǒng)所有的實(shí)際模型；系統(tǒng)的每一個(gè)實(shí)際模型是一個(gè)由一組狀態(tài)序列構(gòu)成的區(qū)間，每個(gè)狀態(tài)有一個(gè)時(shí)間戳T代表本狀態(tài)的時(shí)間，并包含一組為所有狀態(tài)變量賦值的命題，這些狀態(tài)變量及其賦值刻畫系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)，一系列的狀態(tài)序列模擬出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的運(yùn)作過程，一系列的狀態(tài)序列就是由TMSVL模型化簡(jiǎn)出的一個(gè)區(qū)間；如果系統(tǒng)的每個(gè)模型都是安全的或滿足某個(gè)實(shí)時(shí)性要求，系統(tǒng)就是安全的或滿足這個(gè)實(shí)時(shí)性要求的；步驟4、構(gòu)造出了實(shí)時(shí)系統(tǒng)所有的實(shí)際模型，實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模結(jié)束。本發(fā)明主要涉及用形式化的方法對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建模與驗(yàn)證，對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的模型構(gòu)造主要包括對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的TMSVL模型建立和模型化簡(jiǎn)兩個(gè)部分。建模過程，針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的實(shí)際需要定義合理的初始時(shí)間和時(shí)間間隔，實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的初始化并為系統(tǒng)的每個(gè)狀態(tài)生成時(shí)間采樣點(diǎn)，然后分析系統(tǒng)中各個(gè)實(shí)時(shí)控制模塊，經(jīng)過反復(fù)的模塊定義和模塊連接，得到了系統(tǒng)的TMSVL模型TPtl A TP10建模完畢后，對(duì)模型進(jìn)行化簡(jiǎn)，以構(gòu)造出系統(tǒng)的實(shí)際模型，即若干保存著系統(tǒng)狀態(tài)命題的狀態(tài)序列。如果系統(tǒng)有需要驗(yàn)證的性質(zhì)，則用TMSVL描述該性質(zhì)，并用相同的方法對(duì)其化簡(jiǎn)，性質(zhì)也被化簡(jiǎn)為狀態(tài)的序列，在模型狀態(tài)序列的每個(gè)狀態(tài)上驗(yàn)證性質(zhì)狀態(tài)序列的每個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)命題，如果每個(gè)狀態(tài)都滿足，則模型滿足該性質(zhì)。 時(shí)間表達(dá)式的語法定義為t: : = n I X I 0 X function 11。op | T O T end (T)op: : = +1 -1 X I modn表示正整數(shù)，x表示變量x在當(dāng)前狀態(tài)的取值， X表示變量X在前一狀態(tài)的取值,function表示函數(shù)返回值,h op h表示兩個(gè)時(shí)間表達(dá)式h和h經(jīng)過算術(shù)運(yùn)算得到的取值，op表示時(shí)間表達(dá)式、和可以進(jìn)行的算數(shù)運(yùn)算，包括加法，減法，乘法以及取模運(yùn)算，T表示當(dāng)前狀態(tài)的時(shí)間值，〇T表示下一狀態(tài)的時(shí)間，只能出現(xiàn)在時(shí)間約束區(qū)間中起始時(shí)間的位置，如果時(shí)間約束為(〇T，t:), h是一個(gè)時(shí)間表達(dá)式，這個(gè)時(shí)間約束區(qū)間表示其約束下的語句從下一狀態(tài)開始執(zhí)行，end(T)表示T在語句執(zhí)行結(jié)束時(shí)的時(shí)間，只能出現(xiàn)在時(shí)間約束區(qū)間中結(jié)束時(shí)間的位置，如果時(shí)間約束為U1, end(T)), h是一個(gè)時(shí)間表達(dá)式，這個(gè)時(shí)間約束區(qū)間對(duì)其約束下語句的結(jié)束時(shí)間不加限制，語義合法的時(shí)間表達(dá)式t化簡(jiǎn)之后的取值為非負(fù)整數(shù)。本發(fā)明在對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建模中，利用顯式定義了時(shí)間變量T，不僅方便了建模過程中對(duì)時(shí)間的調(diào)用，還擴(kuò)充了語句的表達(dá)能力，可以描述很多隱式時(shí)間定義無法描述的絕對(duì)時(shí)間性質(zhì)。用時(shí)間變量T建模系統(tǒng)時(shí)鐘后，系統(tǒng)中所有語句的時(shí)間約束都是參照此時(shí)間變量來控制語句的執(zhí)行。時(shí)間表達(dá)式用于對(duì)時(shí)間變量的初始化，也在時(shí)間約束區(qū)間中表示被約束語句的開始執(zhí)行狀態(tài)的T值或執(zhí)行結(jié)束狀態(tài)T值，但時(shí)間變量一旦初始化，就不能再對(duì)其賦值，除了初始狀態(tài)，以后的每個(gè)狀態(tài)的時(shí)間值T只能由時(shí)間間隔的值與前一狀態(tài)的T值相加得來。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于在TMSVL中，用于描述被建模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的最基本語句是在需要限定的語句P前添加了一個(gè)時(shí)間約束區(qū)間(t1;t2),形成TMSVL中基本簡(jiǎn)單語句(t1;t2)P的形式，其中時(shí)間表達(dá)式h用來限定這個(gè)語句開始執(zhí)行的時(shí)間，表達(dá)式t2用來限定這個(gè)語句結(jié)束的時(shí)間，時(shí)間約束下的語句p必須嚴(yán)格按照時(shí)間約束執(zhí)行。本發(fā)明在建模語句的構(gòu)成中，最根本的語句是在原MSVL語句前添加時(shí)間約束，多元操作符，例如A (并列)，V (選擇)和I I (并行)等，用于聯(lián)系有相互關(guān)系的語句，連接后的語句依然可以通過添加時(shí)間約束來限定其執(zhí)行。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于若p，tp分別表示MSVL和TMSVL語句，用于描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)的TMSVL基本語句有如下形式(I). Originalp(2). Time limie (t:, t2) tp(3). Conjunction tp: A tp2 (4). Selection tp: V tp2(5). Sequential tp:；tp2 (6). Point( e ) tp(7). Projection (tp:, ，tpm) pr j tp(8). Conditional if b then tp else tq =f (b —> tp) a (—ib -> tq) (9). While loop while b do tp =f {tp ab)* a\Z\(empty —> —>b)(10). Parallel tp\\tq =f tptq Aifp^true)(11). For loop for 0 times do tp =f emptyfor n + 1 times do tp =f {for n times do tp);tp(12). Repeat loop repeat tp until b =f tp; while ->b do tp其中p是MSVL中的語句，它表示p描述的模塊是不受時(shí)間約束的，語義上相當(dāng)于語句(T,end(T))p,即p是從當(dāng)前時(shí)間開始執(zhí)行,結(jié)束時(shí)間不受限制；(t1; t2) tp表示模塊tp受時(shí)間區(qū)間(t1; t2)的約束從h時(shí)間開始到t2時(shí)間結(jié)束^p1八tp2是指模塊tPi和tp2并列執(zhí)行的且同時(shí)結(jié)束；tPl V tp2是選擇語句，表示tPl和tp2可選擇其中之一進(jìn)行；順序執(zhí)行語句1 ；tp2表不tpj和tp2之間是有序列關(guān)系的，當(dāng)tPi執(zhí)行完以后才能執(zhí)行tp2 ； ( e )tp是一個(gè)帶有空時(shí)間約束的狀態(tài)語句，tp僅在當(dāng)前這一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上執(zhí)行結(jié)束；(e )tp是一個(gè)帶有空時(shí)間約束的狀態(tài)語句，tp僅在當(dāng)前這一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上執(zhí)行結(jié)束；投影語句(tPl，...，tpjprj tp表示Apn^Ptp是并行執(zhí)行的，每一個(gè)模塊可以定義自己的區(qū)間長(zhǎng)度或執(zhí)行時(shí)間，但是tp只在tPl ；. ;tpm執(zhí)行區(qū)間的每個(gè)由tPi(l ^m)執(zhí)行區(qū)間劃分的子區(qū)間的終止?fàn)顟B(tài)上執(zhí)行，tp和tp1; . . . , tpm可以不同時(shí)結(jié)束；if b then tp else tq是條件語句，條件b為真則執(zhí)行tp,否則執(zhí)行tp ;循環(huán)語句while b do tp表示tp反復(fù)執(zhí)行,直到b為假；循環(huán)語句for n times do tp指tp循環(huán)執(zhí)行n次；循環(huán)repeat tp untilb與while循環(huán)類似，重復(fù)執(zhí)行tp直到b為真，只是在b的初始值為真時(shí)仍然會(huì)執(zhí)行一次tp。本發(fā)明在定義形式化的建模語句時(shí)，“八”(與)、“ V” (或)、“，”(非)、“*” (閉包)和“一”(蘊(yùn)含)與一般數(shù)理邏輯中意義相同；時(shí)序操作符□表示以后每個(gè)狀態(tài)都執(zhí)行后面括號(hào)中的語句，與一般時(shí)序邏輯中意義相同；for循環(huán)語句，while循環(huán)語句，條件語句與一般的編程語言意義相同，但同時(shí)又具有形式化的意義，既利于應(yīng)用和理解又具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬯P(guān)系。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于若p是一條TMSVL語句，用TMSVL的基本語句描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的常用概念延時(shí)、超時(shí)和中斷，具體形式如下(I)、用TMSVL對(duì)延時(shí)描述如下
{,I =f^ = Ts a keep{OTs = ) a
((T,T + tjpv …v(T,T + t,)pv...v(T,T + tm)p)
It1, tjp表示p從當(dāng)前狀態(tài)開始執(zhí)行，經(jīng)過&時(shí)間后結(jié)束，最多可延時(shí)到tm時(shí)間后結(jié)束，即語句是在系統(tǒng)時(shí)間T+^到T+tm之間狀態(tài)上結(jié)束，包括T+^和T+tm，T+h是從時(shí)間為T+^的狀態(tài)開始第i個(gè)狀態(tài)的時(shí)間(I彡i彡m)。(2)、用TMSVL對(duì)超時(shí)描述如下
權(quán)利要求
1.一種TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法，用形式化方法對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行建模，構(gòu)造出系統(tǒng)的實(shí)際模型，其特征在于在MSVL的語法基礎(chǔ)上擴(kuò)展了時(shí)間變量和時(shí)間約束區(qū)間，使其在語義上支持量化時(shí)間建模，其中時(shí)間是由時(shí)間變量模擬，時(shí)間控制由時(shí)間約束區(qū)間實(shí)現(xiàn)；利用該語法語義來描述需要建模的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，得到系統(tǒng)的TMSVL模型；再利用TMSVL語言的操作語義對(duì)這個(gè)TMSVL模型化簡(jiǎn)得到系統(tǒng)的實(shí)際模型；TMSVL對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模的流程包括有 步驟I、選取適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘起始時(shí)間和時(shí)間間隔，用TMSVL語言建模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)鐘模塊并對(duì)系統(tǒng)的時(shí)鐘進(jìn)行初始化，用變量T模擬系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的時(shí)間，變量Ts表示時(shí)間間隔，用于產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘，TMSVL建模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)鐘模塊TPtl如下TP0 E T = eT 八 Ts = eTs 八 frame (Ts)八 keep (OT = T+Ts)eT和eTs是兩個(gè)時(shí)間表達(dá)式，eT用來初始化T的值，eTs用來初始化Ts的值；操作符“八”表示“相與”，用于連接同時(shí)發(fā)生的語句；因?yàn)門MSVL的底層邏輯是時(shí)序邏輯，在時(shí)序邏輯中，后一狀態(tài)的值不會(huì)自動(dòng)繼承前一狀態(tài)的值，因此采用MSVL的框架技術(shù)frame聲明變量，Ts聲明為frame變量后，在下一狀態(tài)如果Ts未被賦值則自動(dòng)繼承Ts前一狀態(tài)的值；ke印表示除了終止?fàn)顟B(tài)之外的每個(gè)狀態(tài)都要執(zhí)行后面括號(hào)中的語句，keep ( O T = T+Ts)表示在每個(gè)狀態(tài)，其下一狀態(tài)的時(shí)間值，即〇T，都等于本狀態(tài)的時(shí)間值T加本狀態(tài)的時(shí)間間隔值Ts ； 步驟2、根據(jù)初始化后的系統(tǒng)時(shí)鐘模塊，用定義的TMSVL語言描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)，得到系統(tǒng)的TMSVL模型；在描述過程中先描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)中各個(gè)時(shí)間約束下的子模塊,為子模塊添加相應(yīng)的時(shí)間約束，之后連接有關(guān)系的子模塊形成新的子模塊，經(jīng)過反復(fù)的連接和添加時(shí)間約束最終得到整個(gè)系統(tǒng)的描述TP1，系統(tǒng)的TMSVL模型為TPtl A TP1 ； 步驟3、利用TMSVL的操作語義化簡(jiǎn)步驟2中得到的TMSVL模型，構(gòu)造出系統(tǒng)所有的實(shí)際模型；系統(tǒng)的每一個(gè)實(shí)際模型是一個(gè)由一組狀態(tài)序列構(gòu)成的區(qū)間，每個(gè)狀態(tài)有一個(gè)時(shí)間戳T代表本狀態(tài)的時(shí)間，并包含一組為所有狀態(tài)變量賦值的命題，這些狀態(tài)變量及其賦值刻畫系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)，一系列的狀態(tài)序列模擬出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的運(yùn)作過程，一系列的狀態(tài)序列就是由TMSVL模型化簡(jiǎn)出的一個(gè)區(qū)間；如果系統(tǒng)的每個(gè)模型都是安全的或滿足某個(gè)實(shí)時(shí)性要求，系統(tǒng)就是安全的或滿足這個(gè)實(shí)時(shí)性要求的； 步驟4、構(gòu)造出了實(shí)時(shí)系統(tǒng)所有的實(shí)際模型，實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法,其特征在于時(shí)間表達(dá)式的語法定義為 t: : = n I X I X I function 110 op | T O T end (T) op: : = +1 -1 X I mod n表示正整數(shù)，x表示變量x在當(dāng)前狀態(tài)的取值， X表示變量X在前一狀態(tài)的取值，function表示函數(shù)返回值，h op h表示兩個(gè)時(shí)間表達(dá)式h和h經(jīng)過算術(shù)運(yùn)算得到的取值，op表示時(shí)間表達(dá)式h和可以進(jìn)行的算數(shù)運(yùn)算，包括加法，減法，乘法以及取模運(yùn)算，T表示當(dāng)前狀態(tài)的時(shí)間值，O T表示下一狀態(tài)的時(shí)間，只能出現(xiàn)在時(shí)間約束區(qū)間中起始時(shí)間的位置，如果時(shí)間約束為(〇T，t:), 是一個(gè)時(shí)間表達(dá)式，這個(gè)時(shí)間約束區(qū)間表示其約束下的語句從下一狀態(tài)開始執(zhí)行，end(T)表示T在語句執(zhí)行結(jié)束時(shí)的時(shí)間，只能出現(xiàn)在時(shí)間約束區(qū)間中結(jié)束時(shí)間的位置，如果時(shí)間約束為U1, end(T)), h是一個(gè)時(shí)間表達(dá)式，這個(gè)時(shí)間約束區(qū)間對(duì)其約束下語句的結(jié)束時(shí)間不加限制，語義合法的時(shí)間表達(dá)式t化簡(jiǎn)之后的取值為非負(fù)整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法，其特征在于在TMSVL中，用于描述被建模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的最基本語句是在需要限定的語句P前添加了一個(gè)時(shí)間約束區(qū)間U1,t2)，形成TMSVL中基本簡(jiǎn)單語句(tn t2)p的形式，其中時(shí)間表達(dá)式I1用來限定這個(gè)語句開始執(zhí)行的時(shí)間，表達(dá)式t2用來限定這個(gè)語句結(jié)束的時(shí)間，時(shí)間約束下的語句P必須嚴(yán)格按照時(shí)間約束執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法，其特征在于若p，tp分別表不MSVL和TMSVL語句，用于描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)的TMSVL基本語句有如下形式 (I).Originalp(2). Time limie (t1 t2) tp (3). Conjunction tpx A tp2(4). Selection tpx V tp2 (5). Sequential tpx ；tp2(6). Point( e)tp(7).Projection (tp1 . . . , tpjprj tp (8).Conditional if b then tp else tq =f {b -> tp) a(-i6 -> tq) (9).While loop while b do tp =f (tp ab)* a{3(empty -> -\b) (10).Parallel tp || tq =f tp a (tq; true) vtq a (tp; true) (II).Forloop for 0 times do tp =f emptydeffor n + 1 times do tp = {for n times do tp)',tp (12). Repeat loop repeat tp until b =f tp\ while —>b do tp 其中p是MSVL中的語句，它表示p描述的模塊是不受時(shí)間約束的，語義上相當(dāng)于語句(T，end(T))p，即p是從當(dāng)前時(shí)間開始執(zhí)行，結(jié)束時(shí)間不受限制；U1, t2) tp表示模塊tp受時(shí)間區(qū)間(t1; t2)的約束從h時(shí)間開始到t2時(shí)間結(jié)束^p1八tp2是指模塊tPi和tp2并列執(zhí)行且同時(shí)結(jié)束；tPl V tp2是選擇語句，表示tPl和tp2可選擇其中之一進(jìn)行；順序執(zhí)行語句tpj ；tp2表不tpj和tp2之間是有序列關(guān)系的，當(dāng)tpj執(zhí)行完以后才能執(zhí)行tp2 ; ( e ) tp是一個(gè)帶有空時(shí)間約束的狀態(tài)語句，tp僅在當(dāng)前這一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上執(zhí)行結(jié)束；(e )tp是一個(gè)帶有空時(shí)間約束的狀態(tài)語句，tp僅在當(dāng)前這一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上執(zhí)行結(jié)束；投影語句(tPl，. . .，tpjprj tp表示Ap1^Ptp是并行執(zhí)行的，每一個(gè)模塊可以定義自己的區(qū)間長(zhǎng)度或執(zhí)行時(shí)間，但是tp只在tPl ；. ;tpm執(zhí)行區(qū)間的每個(gè)由tPi(l ^m)執(zhí)行區(qū)間劃分的子區(qū)間的終止?fàn)顟B(tài)上執(zhí)行，tp和tp1;...,〖口111可以不同時(shí)結(jié)束；if b then tp else tq是條件語句，條件b為真則執(zhí)行tp,否則執(zhí)行tp ;循環(huán)語句while b do tp表示tp反復(fù)執(zhí)行,直到b為假；循環(huán)語句for n times do tp指tp循環(huán)執(zhí)行n次；循環(huán)repeat tp untilb與while循環(huán)類似，重復(fù)執(zhí)行tp直到b為真，只是在b的初始值為真時(shí)仍然會(huì)執(zhí)行一次tp。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法，其特征在于若p是一條TMSVL語句，用TMSVL的基本語句描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的常用概念延時(shí)、超時(shí)和中斷，具體形式如下 5.I、用TMSVL對(duì)延時(shí)描述如下 def{t”tm)p = t = Ts 八 keep{pTs = 0 八((T,T + t^pv.-.viTJ + tt)pv...v(T,T+tm)p) It1, tjp表示p從當(dāng)前狀態(tài)開始執(zhí)行，經(jīng)過h時(shí)間后結(jié)束，最多可延時(shí)到tm時(shí)間后結(jié)束，即語句是在系統(tǒng)時(shí)間T+^到T+tm之間狀態(tài)上結(jié)束，包括T+^和T+tm，T+h是從時(shí)間為T+t:的狀態(tài)開始第i個(gè)狀態(tài)的時(shí)間(I≤i≤m)；5.2、用TMSVL對(duì)超時(shí)描述如下
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法，其特征在于得到系統(tǒng)的TMSVL模型后，用TMSVL的操作語義對(duì)構(gòu)成模型的語句化簡(jiǎn)；通過反復(fù)的狀態(tài)化簡(jiǎn)和區(qū)間化簡(jiǎn)，系統(tǒng)的TMSVL形式化模型被化簡(jiǎn)成一系列狀態(tài)序列；其操作語義包括如下兩部分 A、語句的狀態(tài)化簡(jiǎn)對(duì)于基本語句中的簡(jiǎn)單TMSVL語句包括p、(e )tp和(tptj tp,不帶時(shí)間約束的語句，用MSVL的化簡(jiǎn)規(guī)則對(duì)其化簡(jiǎn)，帶有時(shí)間約束的語句先化簡(jiǎn)時(shí)間約束，再化簡(jiǎn)時(shí)間約束下的語句，如此遞歸地進(jìn)行；對(duì)于基本語句中其他由操作符連接得到的復(fù)合TMSVL語句，因操作符的定義與MSVL中的定義相同，只是構(gòu)成的子語句為TMSVL語句，其化簡(jiǎn)過程與MSVL相同，對(duì)于其子語句的化簡(jiǎn)采用TMSVL簡(jiǎn)單語句的化簡(jiǎn)方法進(jìn)行；對(duì)于用基本語句定義的延時(shí)、超時(shí)和中斷，先將其化為基本語句的表達(dá)形式，再用基本語句的狀態(tài)化簡(jiǎn)方法對(duì)其化簡(jiǎn)； B、語句的區(qū)間化簡(jiǎn)狀態(tài)化簡(jiǎn)結(jié)束后，狀態(tài)命題部分被保存，語句的剩余部分有兩種情況(〇T,t)pf或(e ) empty的形式,前一種表示需要在下一狀態(tài)繼續(xù)化簡(jiǎn)語句,后一種表示模型被化簡(jiǎn)為空，在下一狀態(tài)沒有需要化簡(jiǎn)的語句，對(duì)這兩種情況，采用區(qū)間化簡(jiǎn)使語句進(jìn)入下一狀態(tài)，區(qū)間化簡(jiǎn)包括兩條規(guī)則TRl ((〇 T, t)p, O h，Si, i) — ((T, t)p, o j, si+1, i+1)
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法，其特征在于步驟A中帶有時(shí)間約束的簡(jiǎn)單語句(e )p和(tp t2)p，其狀態(tài)化簡(jiǎn)步驟包括步驟Al :化簡(jiǎn)語句的時(shí)間約束，若為(e)形式則轉(zhuǎn)向步驟A4，若為U1, t2)則轉(zhuǎn)向步驟A2 ； 步驟A2 :化簡(jiǎn)h，如果h小于當(dāng)前時(shí)間，為不合法時(shí)間約束，轉(zhuǎn)向步驟A6 ;如果h大于當(dāng)前時(shí)間，則為本條語句添加時(shí)間約束(〇T，t2)，轉(zhuǎn)向步驟A5 ;如果h為T，或其值等于當(dāng)前時(shí)間T，則時(shí)間約束被替換為(T，t2)，轉(zhuǎn)向步驟A3 ;如果h等于〇T，轉(zhuǎn)向步驟A5 ； 步驟A3 :化簡(jiǎn)t2,如果t2小于h,則為不合法時(shí)間約束,返回化簡(jiǎn)失敗,轉(zhuǎn)向步驟A6 ；如果t2等于當(dāng)前時(shí)間，時(shí)間約束被化簡(jiǎn)為(e )，轉(zhuǎn)向步驟A4 ;如果t2大于當(dāng)前時(shí)間，或?yàn)閑nd (T)的形式,時(shí)間約束化簡(jiǎn)結(jié)束,轉(zhuǎn)向步驟A4 ； 步驟A4 :對(duì)p進(jìn)行狀態(tài)化簡(jiǎn),若返回的形式為(e ) empty或empty,且時(shí)間約束的形式為O)或t2為end (T),語句被化簡(jiǎn)為(e ) empty,轉(zhuǎn)向步驟A5,若時(shí)間約束為(T,t2)且t2> T則化簡(jiǎn)失敗,轉(zhuǎn)向步驟A6 ;若返回的形式為w八(〇T, t2)pf w AO Pf，且時(shí)間約束的形式為(T，t2)，則保存w在當(dāng)前狀態(tài)，語句被化簡(jiǎn)為(〇T，t2)pf的形式，轉(zhuǎn)向步驟A5，若 時(shí)間約束的形式為(e )，則轉(zhuǎn)向步驟A6 ;gp化簡(jiǎn)失敗，轉(zhuǎn)向步驟A6 ； 步驟A5 :本次狀態(tài)化簡(jiǎn)成功，返回語句化簡(jiǎn)后的形式； 步驟A6 :本次狀態(tài)化簡(jiǎn)失敗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法，屬形式化建模與驗(yàn)證領(lǐng)域，本發(fā)明通過擴(kuò)展MSVL，得到的TMSVL可在同一邏輯框架下對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行建模和驗(yàn)證。TMSVL實(shí)時(shí)系統(tǒng)建模方法的步驟包括初始化系統(tǒng)時(shí)鐘、建立系統(tǒng)的TMSVL模型和對(duì)TMSVL模型的化簡(jiǎn)。本發(fā)明用時(shí)間變量顯式定義系統(tǒng)時(shí)鐘，并依此定義了TMSVL基本語句和實(shí)時(shí)系統(tǒng)中常用的延時(shí)、超時(shí)和中斷的概念，給出了TMSVL操作語義。用TMSVL語句描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)后，操作語義通過對(duì)TMSVL語句的化簡(jiǎn)構(gòu)造出系統(tǒng)的實(shí)際模型。本發(fā)明由MSVL擴(kuò)展而來，具有MSVL的全部?jī)?yōu)點(diǎn)且能夠表示相對(duì)和絕對(duì)時(shí)間約束，適應(yīng)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建模、仿真與驗(yàn)證。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102708228SQ201210118810
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者段振華, 王小兵, 田聰, 韓萌 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)