本發(fā)明涉及分布式綜合模塊化航空電子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)策略工具設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

航空電子系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了分離式系統(tǒng)、聯(lián)合式系統(tǒng)、先進(jìn)的綜合模塊化航空電子系統(tǒng)(ima)、和分布式綜合模塊化航空電子系統(tǒng)(dima)的發(fā)展歷程。國內(nèi)目前正在研制的先進(jìn)作戰(zhàn)飛機(jī)以及大型客機(jī)均采用的是先進(jìn)的ima或dima系統(tǒng)。dima系統(tǒng)可以認(rèn)為是由一系列的靈活的、復(fù)用的、可互操作的硬件和軟件資源集成的一個(gè)平臺(tái)，并通過系統(tǒng)配置藍(lán)印將各個(gè)功能應(yīng)用駐留其中來完成航空任務(wù)的系統(tǒng)。dima系統(tǒng)通過時(shí)間和空間分區(qū)的機(jī)制對(duì)資源進(jìn)行共享。dima系統(tǒng)共享的資源包括：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、核心處理模塊、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備。其綜合模塊化主要體現(xiàn)在：在硬件資源的通用化和系統(tǒng)應(yīng)用的配置化前提下實(shí)現(xiàn)任務(wù)軟件與物理資源的解耦隔離。因此，其真正滿足了“一代飛機(jī)、多代航電”的技術(shù)發(fā)展特征。

如何讓系統(tǒng)既能滿足應(yīng)用軟件的應(yīng)用特性要求(如安全性、可靠性、實(shí)時(shí)性等)又能匹配物理資源的處理能力(如cpu頻率、通信速率、存儲(chǔ)容量等)，是一個(gè)多約束綜合設(shè)計(jì)的問題。尤其是在考慮動(dòng)態(tài)重構(gòu)時(shí)的策略設(shè)計(jì)問題，其既有面向用戶需求不斷變化/多任務(wù)模式的廣度，又有針對(duì)物理資源多約束特定能力的深度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為實(shí)現(xiàn)dima對(duì)系統(tǒng)硬件資源以及應(yīng)用軟件的合理配置管理，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種基于dima系統(tǒng)的重構(gòu)策略生成系統(tǒng)及其生成方法，實(shí)現(xiàn)在多約束條件下的重構(gòu)方案生成，為重構(gòu)的執(zhí)行提供優(yōu)選方案。

本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于dima系統(tǒng)的重構(gòu)策略生成系統(tǒng)，包含dima建模組件、故障注入代碼生成組件、平臺(tái)動(dòng)態(tài)配置組件和動(dòng)態(tài)配置方案生成組件；

dima建模組件用于建立目標(biāo)dima系統(tǒng)的模型；

故障注入代碼生成組件用于提供可供選擇的注入到所述模型中的故障代碼；

平臺(tái)動(dòng)態(tài)配置組件用于提供可供選擇且可組合使用的約束條件；

動(dòng)態(tài)配置方案生成組件用于根據(jù)選擇的約束條件在模型上進(jìn)行演算，獲得目標(biāo)dima系統(tǒng)的初始化配置策略，以及根據(jù)選擇的約束條件對(duì)已注入故障代碼的模型進(jìn)行演算，獲得目標(biāo)dima系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)重構(gòu)配置策略，并形成策略庫。

優(yōu)選地，dima建模組件根據(jù)對(duì)目標(biāo)dima系統(tǒng)上的任務(wù)軟件的交聯(lián)關(guān)系、任務(wù)軟件的參數(shù)信息以及icd文件的分析建立目標(biāo)dima系統(tǒng)的模型。

優(yōu)選地，約束組件包含：可調(diào)度性分析組件、實(shí)時(shí)性分析組件、可靠性分析組件以及交互復(fù)雜性分析組件；

可調(diào)度性分析組件用于判斷任務(wù)軟件是否能夠在截至?xí)r間線前得到響應(yīng)，進(jìn)而判斷任務(wù)集的可調(diào)度性；

實(shí)時(shí)性分析組件用于通過實(shí)時(shí)性分析算法，根據(jù)具體的任務(wù)鏈、實(shí)時(shí)性任務(wù)指標(biāo)、軟硬件的運(yùn)行時(shí)間分析出目標(biāo)dima系統(tǒng)的任務(wù)實(shí)時(shí)性是否滿足；

可靠性分析組件用于根據(jù)航電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)移概率、構(gòu)建基本可靠度分析出目標(biāo)dima系統(tǒng)的可靠度，到達(dá)預(yù)期的可靠度值判定滿足可靠性；

交互復(fù)雜分析組件用于利用交互復(fù)雜度分析算法，根據(jù)系統(tǒng)軟硬件之間的綁定關(guān)系，軟件與軟件，硬件與硬件之間的交聯(lián)關(guān)系對(duì)交互復(fù)雜度進(jìn)行分析，給出定量的交互復(fù)雜度分析結(jié)果，進(jìn)行排序。

使用上述重構(gòu)策略生成系統(tǒng)的重構(gòu)策略生成方法，包含以下步驟：

步驟一、建立目標(biāo)dima系統(tǒng)的模型；

步驟二、選擇約束條件在模型上進(jìn)行演算，獲得目標(biāo)dima系統(tǒng)的初始化配置策略；

步驟三、選擇故障代碼注入到模型中，選擇約束條件在模型上進(jìn)行演算獲得目標(biāo)dima系統(tǒng)的重構(gòu)配置策略；

步驟四、重復(fù)步驟四，對(duì)獲得目標(biāo)dima系統(tǒng)的重構(gòu)配置策略進(jìn)行確認(rèn)，形成策略庫。

本發(fā)明的有益效果為：針對(duì)多應(yīng)用模式下dima系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)中約束因素多、耦合性強(qiáng)等問題，探索新一代dima系統(tǒng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)過程統(tǒng)一建模方法，結(jié)合現(xiàn)有dima在可調(diào)度性、實(shí)時(shí)性、可靠性等關(guān)鍵特性的研究，形成dima應(yīng)用軟件與物理資源的配置描述表征手段，建立多約束下的dima動(dòng)態(tài)重構(gòu)策略綜合設(shè)計(jì)模型，構(gòu)建仿真分析工具原型，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重構(gòu)策略智能化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為基于dima系統(tǒng)的重構(gòu)策略生成系統(tǒng)與目標(biāo)dima系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為初始化配置策略生成流程示意圖；

圖3為重構(gòu)配置策略生成流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

基于dima系統(tǒng)的重構(gòu)策略生成系統(tǒng)根據(jù)dima系統(tǒng)的軟硬件情況，在多約束條件下生成初始化配置策略，并在不同故障下生成最優(yōu)的重構(gòu)配置策略，所有的初始化配置策略和重構(gòu)配置策略形成策略庫，也就稱為離線生成策略，dima系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前的軟硬件資源狀態(tài)在策略庫中選擇最優(yōu)的初始化配置策略或重構(gòu)配置策略，進(jìn)行軟硬件的資源分配，實(shí)現(xiàn)資源利用的最大效率。如圖1所示：基于dima系統(tǒng)的重構(gòu)策略生成系統(tǒng)包含dima建模組件、故障注入代碼生成組件、平臺(tái)動(dòng)態(tài)配置組件和動(dòng)態(tài)配置方案生成組件。

dima建模組件用于建立目標(biāo)dima系統(tǒng)的模型。如圖1所示，在技術(shù)研究中，假設(shè)dima系統(tǒng)包含四個(gè)gpm(通用處理模塊)模塊(gpm1，gpm2，gpm3，gpm4)以及交換機(jī)，在此階段gpm模塊可以分為兩種類型，一種為常規(guī)的gpm，即駐留本模塊配置管理cpurc和應(yīng)用程序app的模塊，稱為常規(guī)模塊，另外一種則駐留了系統(tǒng)配置管理sysrc和應(yīng)用程序app的模塊稱為系統(tǒng)模塊。gpm1為系統(tǒng)模塊，gpm2、gpm3和gpm4為常規(guī)模塊，并且gpm4為備份模塊。dima建模組件梳理動(dòng)態(tài)執(zhí)行平臺(tái)的軟硬件資源，確認(rèn)任務(wù)軟件的交聯(lián)關(guān)系、任務(wù)軟件在處理資源、通信資源、交互復(fù)雜度、任務(wù)/生存重要度、可靠性、安全性等方面的參數(shù)信息以及icd文件等輸入信息建立目標(biāo)dima系統(tǒng)的模型。

故障注入代碼生成組件用于提供可供選擇的注入到所述模型中的故障代碼。

平臺(tái)動(dòng)態(tài)配置組件用于提供可供選擇且可組合使用的約束條件。如圖2、圖3所示，平臺(tái)動(dòng)態(tài)配置組件包含可調(diào)度性分析組件、實(shí)時(shí)性分析組件、可靠性分析組件以及交互復(fù)雜性分析組件。

可調(diào)度性分析組件用于判斷任務(wù)軟件是否能夠在截至?xí)r間線前得到響應(yīng)，進(jìn)而判斷任務(wù)集的可調(diào)度性。可調(diào)度性分析組件根據(jù)軟件運(yùn)行周期和持續(xù)時(shí)間以及調(diào)度方式和處理器性能對(duì)配置進(jìn)行可調(diào)度性判定，在dima系統(tǒng)中，若一個(gè)任務(wù)在其截止時(shí)間限內(nèi)能執(zhí)行完成，則該任務(wù)可調(diào)度，否則該任務(wù)不可調(diào)度，并給出相關(guān)最壞執(zhí)行時(shí)間，使得配置滿足運(yùn)行的基本要求。

實(shí)時(shí)性分析組件用于通過實(shí)時(shí)性分析算法，根據(jù)具體的任務(wù)鏈、實(shí)時(shí)性任務(wù)指標(biāo)、軟硬件的運(yùn)行時(shí)間分析出目標(biāo)dima系統(tǒng)的任務(wù)實(shí)時(shí)性是否滿足。實(shí)時(shí)性分析組件根據(jù)任務(wù)軟件之間的交聯(lián)關(guān)系，以及信息傳輸鏈路的實(shí)時(shí)性要求，分析配置在鏈路的實(shí)時(shí)性能的滿足情況，給出當(dāng)前配置下對(duì)于關(guān)鍵鏈路實(shí)時(shí)性是否滿足的結(jié)果；同時(shí)實(shí)時(shí)性分析模型還需要與網(wǎng)絡(luò)仿真模型進(jìn)行交互，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性進(jìn)行演算分析。最終根據(jù)任務(wù)軟件的通信資源需求按照設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行單目標(biāo)優(yōu)選，最終使得配置既能達(dá)到實(shí)時(shí)性要求又能盡量節(jié)約重構(gòu)難度。

可靠性分析組件用于根據(jù)航電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)移概率、構(gòu)建基本可靠度分析出目標(biāo)dima系統(tǒng)的可靠度，到達(dá)預(yù)期的可靠度值判定滿足可靠性。動(dòng)態(tài)重構(gòu)在實(shí)現(xiàn)資源配置過程中在滿足可調(diào)度性的內(nèi)在要求前提下，還必須滿足用戶提出的可靠性、安全性要求，因此其每一個(gè)具體配置方案必然需要滿足可靠性、安全性要求。綜合任務(wù)目標(biāo)和安全可靠兩個(gè)角度的分析，構(gòu)建可靠性分析模型，通過任務(wù)軟件的任務(wù)重要度、生存重要度以及失效率參數(shù)，以及相關(guān)安全性、可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來分析配置在整體可靠性方面的表現(xiàn)能力，建立系統(tǒng)配置與系統(tǒng)可靠性、安全性的映射關(guān)系，以便進(jìn)行配置生成。

交互復(fù)雜分析組件用于利用交互復(fù)雜度分析算法，根據(jù)系統(tǒng)軟硬件之間的綁定關(guān)系，軟件與軟件，硬件與硬件之間的交聯(lián)關(guān)系對(duì)交互復(fù)雜度進(jìn)行分析，給出定量的交互復(fù)雜度分析結(jié)果，進(jìn)行排序。為便于集中優(yōu)勢(shì)資源使得“好鋼用在刀刃上”并且避免“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，將綜合任務(wù)軟件的交互關(guān)系，構(gòu)建交互復(fù)雜度評(píng)價(jià)模型，根據(jù)降低復(fù)雜度的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，來對(duì)配置進(jìn)行分析，其中涉及到任務(wù)軟件的交互復(fù)雜度以及其對(duì)通信資源的需求情況，均需要在再配置的條件下統(tǒng)籌考慮。

動(dòng)態(tài)配置方案生成組件用于根據(jù)選擇的約束條件在模型上進(jìn)行演算，獲得目標(biāo)dima系統(tǒng)的初始化配置策略，以及根據(jù)選擇的約束條件對(duì)已注入故障代碼的模型進(jìn)行演算，獲得目標(biāo)dima系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)重構(gòu)配置策略，并形成策略庫。

在本案中，重構(gòu)策略方案屬于離線生成，需要在設(shè)計(jì)之初就考慮各種故障預(yù)案以及處理措施，同時(shí)，在此過程中還需對(duì)影響策略設(shè)計(jì)的約束條件和因素進(jìn)行分析，使得設(shè)計(jì)的重構(gòu)方案在合理有效的同時(shí)盡量高效、高可靠。其主要性能體現(xiàn)在在盡量覆蓋更多故障模式的條件下如何又好又快的生成合理有效的重構(gòu)預(yù)案，即重構(gòu)策略數(shù)量。如圖2、圖3所示，重構(gòu)策略生成方法如下：

1、梳理動(dòng)態(tài)執(zhí)行平臺(tái)的軟硬件資源，確認(rèn)任務(wù)軟件的交聯(lián)關(guān)系、任務(wù)軟件在處理資源、通信資源、交互復(fù)雜度、任務(wù)/生存重要度、可靠性、安全性等方面的參數(shù)信息以及icd文件等輸入信息，建立基于aadl的dima系統(tǒng)的物理架構(gòu)模型。

2、根據(jù)可調(diào)度性、實(shí)時(shí)性、可靠性以及交互復(fù)雜性等多方面約束進(jìn)行關(guān)鍵特性分析，對(duì)模型的軟硬件資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，選擇滿足約束的最佳配置，即為最佳的初始化配置策略時(shí)，將任務(wù)軟件部署到平臺(tái)資源中的智能化映射過程，此時(shí)重構(gòu)策略生成系統(tǒng)的狀態(tài)為s0狀態(tài)。

3、在確定s0狀態(tài)后，用戶可以通過故障代碼生成組件進(jìn)行故障模擬，生成相應(yīng)的故障注入代碼；在進(jìn)行故障注入后，根據(jù)現(xiàn)有資源狀態(tài)在約束條件下生成一級(jí)動(dòng)態(tài)重構(gòu)配置狀態(tài)集合表。其中第一次動(dòng)態(tài)配置階段分別考慮gpm1、gpm2和在gpm3模塊出現(xiàn)故障的情況設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)配置方案，這一階段的配置根據(jù)模塊數(shù)和dima平臺(tái)應(yīng)用數(shù)確定，利用排列組合算法生成系統(tǒng)初始狀態(tài)的所有可能。

4、在確定s1狀態(tài)后重復(fù)以上的工作，用戶確定目標(biāo)系統(tǒng)的s2狀態(tài)，待用戶確定系統(tǒng)最終狀態(tài)后，動(dòng)態(tài)配置方案生成組件可以生成各選定狀態(tài)的重構(gòu)配置策略，形成策略庫。

為了驗(yàn)證策略庫的有效性，如圖1所示，可以在dima系統(tǒng)中將一個(gè)分區(qū)作為故障注入模塊進(jìn)行相同故障注入，由sysrc根據(jù)當(dāng)前dima系統(tǒng)的故障情況決定從策略庫調(diào)用重構(gòu)配置策略，并發(fā)送給cpurc進(jìn)行重構(gòu)執(zhí)行，dima系統(tǒng)正常恢復(fù)，說明策略庫中的重構(gòu)配置策略正確。

可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。