5、嵌入式软件建模与设计

嵌入式软件建模与设计

1 引言

在当今快速发展的技术环境中，嵌入式系统的设计和验证变得越来越复杂。随着功能重用、适应性和灵活性需求的增加，软件在嵌入式项目中的重要性日益凸显。本文将探讨嵌入式软件的建模与设计，包括其面临的挑战、形式化模型和语言的应用，以及最新的研究进展。

嵌入式软件通常运行在实时操作系统（RTOS）之上，该操作系统抽象了硬件，并提供了一个通用的应用程序开发者接口（API），用于功能重用。然而，传统的编程接口仍不足以满足高效开发的需求，错误率依然很高。基于模型的设计软件承诺通过提高生产力和复用来解决这些问题。

1.1 嵌入式软件开发中的挑战

嵌入式软件开发是一个多阶段的过程，涵盖了从用户需求到系统测试和最终确认的多个抽象层次。每个阶段都需要使用适当的正式方法来描述系统，确保在不同阶段开发的系统模型满足所需的属性，并且低级描述是高级规范的正确实现。

• 功能规范 ：关注于开发逻辑上正确的系统功能。如果规范是使用形式化模型定义的，形式化验证可以检查功能行为是否满足给定的一组属性。
• 系统软件和硬件平台组件 ：在架构设计层面被定义。
• 非功能属性的形式化验证 ：在定义了执行功能模型的逻辑和物理资源以及将功能模型元素映射到执行它们的平台（架构）元素之后，可以进行时间特性、可调度性分析，以及可靠性分析。
• 实现验证 ：检查功能模型的实现是否保留了高级形式化规范的语义（和属性）。