第4讲 实时软件设计方法.ppt

第4讲 实时软件设计方法主讲: 黎忠文  内容提要 本讲首先讲述了RSTAD的一些相关概念，并以行驶监控系统案例介绍了其应用步骤和方法。 介绍了DARTS的相关知识，并以行驶监控系统案例介绍其使用步骤和方法。 对本讲中介绍的各种并发和实时软件设计方法进行比较。 最后概述了使用性能模型和应用实时调度理论进行软件设计性能分析的过程。 目 录 4.1 实时系统的结构化分析与设计 4.2 实时系统设计方法 4.3 并发和实时软件设计方法的比较 4.4 并发与实时系统软件设计性能分析 4.1 实时系统的结构化分析与设计 转换可以是数据转换或控制转换。 在设计过程中，功能被映射为模块。 以状态转换图形时表示的有限状态机用于定义系统的行为特征。 控制转换表示的是状态转换图的执行过程。 实体关系（ER）模型用于显示系统中数据存储之间的关系模型。 模块内聚在模块分解过程中作为一种标准来使用，用于确定模块内部的强度或统一性。 模块耦合在模块分解过程中作为一种标准来使用，用于判断模块间连接性的程度。 4.1 实时系统的结构化分析与设计 4.1.3 使用方法的步骤 实时结构化分析 在实时结构化分析阶段，将会发生以下活动: 开发系统环境图。 实现数据流/控制流的分解——系统要分解为多个功能并且要以数据流或控制流的形式定义功能间的接口。 开发控制转换（Ward/Mellor）或控制规范（Boeing/Hatley）——对结构化分析主要的实时扩展是引入了对控制问题的考虑，以定义系统的行为特征。 定义小说明（mini-specifications,或过程规范）——通常使用的是结构化的英语。 开发数据字典——数据字典用于定义所有的数据流、事件流、数据存储。 实时设计 在RTSA阶段之后，Boeing/Hatley方法使用了系统构架图。Ward/Mellor方法则继续采用以下步骤： f) 将转换分配到各个处理器中。 g) 将转换分配到各个任务中——每个处理器的转换都被分配到并发任务中。 h) 结构化设计——指定任务中的转换使用结构化设计分解为多个模块。 转换分析是用于将数据流图映射为结构图的一种策略，其重要的流程是输入-处理-输出流。 在模块分解过程中，功能内聚和信息内聚被认为是最强的内聚形式。数据耦合是耦合的最低形式。 4.1.4 设计过程的成果 实时结构化分析——应用RTSA所产生的规范包括以下内容： 系统环境图； 数据流/控制流图的层次集合； 数据字典； 小说明。 定义每种控制转换或控制规范的状态转换图。 结构化设计——对于每个程序来说，都有一个结构图来显示将其分解为模块的方式。 4.1.5 行驶监控系统案例研究 实时结构化分析 实时结构化分析规范包括系统环境图、数据流/控制流图的层次集合以及状态转换图。如图4-2～4-11所示。这个方案使用了Ward/Mellor表示法。 开发系统环境图 分解系统环境图 图4-3为顶级数据流/控制流图，其中系统环境图分解为两个主要功能——行驶控制功能和监视功能。 实现汽车行驶控制 实现汽车行驶控制（图4-3）分解为图4-4所示的数据流图。有3个数据转换在监视汽车的传感器。 行驶控制状态转换图 控制速度数据转换（图4-4）分解为数据流/控制流图。图4-5中的行驶控制状态转换图由图4-6中的【行驶控制】控制转换来执行。 从行驶控制的角度来看，汽车的不同状态包括： 停机。 开始“非制动” 。 开始“制动”。 加速。 巡行。 巡行关闭非制动。 巡行关闭制动。 恢复巡行。 控制速度 经触发的转换是一次性函数。 在整个状态的过程中启动的转换很可能是可以循环的。 测量距离和速度 图4-4中的【测量距离和速度】数据转换可以分解为图4-7中的数据流图。 实现汽车监视 实现汽车监视（图4-3）的过程在图4-9中进行了进一步分解 监视并显示平均值 图4-9中的【监视并显示平均值】数据转换分解为图4-10中所示的数据流图。 检查维护需要 图4-9中的【检查维护需要】数据转换分解为图4-11中所示的数据流图。 结构化设计 下一步，RTSA规范要映射到结构化设计中。如图4-12～4-18所示。 实现汽车行驶控制 对应于其4个主要功能，实现汽车行驶控制有4个下级模块。在【获得行驶控制输入】模块中，选择的是使用轮询I/O。 轴中断程序还要更新一个内部变量——【轴转数】 （ShaftRotation Counter），然后【确定距离】模块（图4-14）要访问这个变量来计