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1、RTCASE实时系统结构化分析与设计工具RTCASE实时系统结构分析/设计工具是专业性软件工程工具，完全支持实时系统软件的分析和设计。RTCASE在系统与软件分析阶段支持结构化分析方法，同时支持在结构化分析方法基础上扩展的Hatley/Pirbhai实时系统结构化分析及系统体系结构设计方法，RTCASE在软件设计阶段支持在传统结构化设计方法基础上扩展的由Hassan Gomaa提出DARTS（Design Approach for Real Time Systems）实时系统设计方法。RTCASE特别适合实时系统分析与设计，可帮助用户在短时间内快速开发高质量、高可靠的软件与系统Hatley-P
2、irbhai 实时系统结构化分析与系统体系结构设计方法Hatley-Pirbhai实时系统需求分析与系统体系结构方法由Derek Hatley和Imtiaz Pirbhai先生于80年代提出，此方法适用于任何规模与复杂程度的系统，已成功地在美国、欧洲及日本等系统开发公司得到广泛应用。有关此方法的详细信息请参考美国Dorset House公司出版的Strategies for Real-Time System Specification一书或Processing For System Architecture And Requirements Engineering一书。传统的系统需求分析方法往
3、往只考虑系统的某一方面，而实际上系统具有多方面特性，系统所有方面的特性需要精确地分析与定义。Hatley-Pirbhai方法以集成化方式分析、定义系统，并将系统看成整体进行分析。从系统功能需求角度，分析定义系统完成的处理(即功能)、控制以及时序特性，从系统构造角度定义系统体系结构。Hatley-Pirbhai实时系统结构化分析方法Hatley-Pirbhai实时系统结构化分析方法既可以用于系统需求分析阶段，亦可用于软件需求分析阶段，其采用需求分析模型来描述系统或软件实现什么功能及这些功能在何种情况下执行，需求分析模型由功能模型(或处理模型，确定系统或软件实现什么功能)、行为模型(或控制模型，确
4、定系统或软件功能在何种情况下执行)与数据词典组成。如下图所示：功能模型采用数据流图(Data Flow Diagram，简称DFD)与处理说明(Process Specification，简称P-SPEC)来描述系统或软件所实现的功能，采用数据流图将系统或软件功能分解为一系列的处理(功能)，如需要处理可以进一步分解为子处理，通过分层的数据流图可以直观的表示系统或软件具有哪些处理，每个处理的输入与输出，处理说明则是采用结构化自然语言方式详细描述处理如何将输入转换为输出。行为模型采用控制流图(Control Flow Diagram，简称CFD)与控制说明(Control Specificatio
5、n，简称C-SPEC)来描述系统或软件的功能在什么情况下执行。控制流图是对数据流图的补充，在实时嵌入式系统中，系统或软件功能的执行由事件触发，在控制流图中可以描述触发系统或软件功能的事件即控制流，控制说明详细描述系统或软件的功能在何种事件触发下执行。在采用数据流图与控制流图建模过程中，所有与数据流或控制流相关联的数据项经过定义后构成数据词典。Hatley-Pirbhai实时系统体系结构设计方法Hatley-Pirbhai实时系统体系结构设计方法可用于系统设计阶段，此方法采用系统体系结构模型描述系统组成，系统体系结构模型由系统体系结构环境图(Architecture Context Diagra
6、m，简称ACD)、系统体系结构流图(Architecture Flow Diagram，简称AFD)、系统体系结构互连图(Architecture Interconnect Diagram，简称AID)、系统体系结构模块说明(Architecture Module Specification，简称AMS)、系统体系结构通道说明(Architecture Interconnect Specification，简称AIS)及系统体系结构数据词典(AD)组成。 如下图所示：使用这一方法可以描述：系统模块组成将系统描述为一系列互连的系统模块，系统模块可以为硬件模块或软件模块；同时对系统模块进行必要的模
7、块说明，详细描述模块的基本特性，比如模块采用何种处理器、系统主频等等。系统模块间或系统模块与外部终端间接口描述系统模块间或系统模块与外部终端间交互何种信息，可以为数据信息，也可以为控制信息；在交互信息时采用何种载体方式，既可以是总线方式如1553B、CAN、PCI、VME及以太网等，也可以是点对点方式如串口、蓝牙、USB等等。系统功能在系统模块中的分配在系统需求分析阶段确定了系统所要实现的功能，系统设计阶段确定了系统模块组成及模块间接口，同时确定各系统模块所完成的系统功能，即系统功能分配。DARTS实时系统软件设计方法Hassan Gomaa 先生提出的DARTS实时系统设计方法是对传统结构化
8、设计方法的扩展，除了使用程序结构图(Structure Chart)和程序流程图(Flow Charts)外，采用并发图(Concurrency Diagram)与信息隐藏模块(IHM)，将实时系统软件设计为多个并发任务或线程，并定义任务或线程之间的接口。该方法出现的原因是，在开发实时系统的过程中传统的软件设计方法很难描述实时系统的并发特征。一旦确定了软件体系结构后，就可以采用传统的软件结构设计方法，将任务分解为多个模块的方法来设计各个任务，其中的每个任务都代表一个顺序性程序的执行。RTCASE实时系统结构化分析功能 系统环境图(Context Diagram)采用结构化分析、设计方法首先必须
9、从系统外部环境分析开始，界定系统的边界，即什么是系统的外部接口、系统所必须完成的基本功能，系统环境图(亦称顶层图)是数据流图的特例，其描述了系统的使用者与被使用者，及系统使用者与被使用者与系统的信息交换(包括数据信息和控制信息)。由于采用图形化方式，且模型语义接近自然语言，易于理解与沟通，方便系统需求确认。数据流图(Data Flow Diagram)数据流图(DFD)是用于揭示系统功能的主要工具，RTCASE支持由外向里层次化数据流分解方法，从系统环境图(顶层图)开始，可从上层数据流图直接弹出下层数据流图，并自动进行平衡性与一致性检查。处理说明(PSPEC)数据流图的每一处理可以用处理说明来
10、精确地描述其功能，RTCASE不仅支持基本处理(即不再进一步被分解的处理)的处理说明，而且支持非基本处理的处理说明，为非基本处理创建处理说明便于帮助理解建立需求模型过程中的思考推理过程。RTCASE提供的处理说明中可包含相关数据流图中输入/输出索引，并对处理说明与数据流图中信息流(可为数据与控制)进行一致性检查。控制流图(Control Flow Diagram)在实时系统中，处理(Processing)更多地决定于控制信息，而不仅仅是数据。在传统的数据流图表示中，控制流不能直接地表示。为了解决实时软件的分析，Hatley 和 Pirbhai在数据流图与处理说明的基础上进行了扩充，定义了与数据
11、流图和处理说明相对应的控制流图(CFD)和控制说明(CSPEC)表示方法。控制流图(CFD)用于揭示系统的控制结构，其意图是决定在何种外部、内部条件或操作模式下执行在数据流分析中定义的处理(即系统功能)，控制流图与数据流图是一一对应的，RTCASE中使用同一流图表示控制流与数据流，控制流图与数据流图具有相同的命名、分层、平衡性属性，在控制流图中使用一特殊符号(短的粗线)以表示与控制说明接口。控制说明(CSPEC)控制说明用于描述输入信号(包括数据与控制信号)转换成输出信号或处理启动信号的方法。RTCASE提供三种不同类型的控制说明，状态转换图(STD)、控制表(Control Table)及控
12、制说明指南(CSPEC Guide)。RTCASE控制表可用作决策表、处理启动表或两者组合。RTCASE状态转换图描述的是一个建立在系统状态集合定义基础上的行为模型，一个状态是任一可观察的行为模式，状态转换图说明系统是怎样从一种状态转换到另一种状态，也就是说，状态转换图给出了描述系统行为，以及导致系统状态改变的事件形式。另外，状态转换图还表明某一特定事件所产生的活动。控制说明指南是RTCASE特有的用于描述复杂控制需求方法，往往复杂控制需求很难或无法采用单一状态图或控制表表达。此控制说明指南是控制说明分解，可包含多个子控制说明，每个子控制说明可为状态转换图或控制表。数据词典(Data Dict
13、ionary)数据词典用于保存模型中所有数据流、控制流及数据与控制存储(Data Store或Control Store)。数据词典中每个数据项定义并分解为最基本的数据项，使用RTCASE数据项表示为纯文本描述或结构化描述，结构化描述使用简化的BNF(Backus-Naur)格式。每个基本数据项可具有单位(Unit)、范围(Range)、精度(Resolution)及频率(Rate)属性。RTCASE 实时系统体系结构设计功能需求模型描述了系统的需求即系统所要实现的基本功能，系统体系结构模型则考虑的是如何实施以实现需求模型中所描述的系统功能，RTCASE完全支持Hatley-Pirbhai系统
14、体系结构设计建模,包括构造流图(Architecture Flow Diagram)、构造环境图(Architecture Context Diagram)、构造互连图(Architecture Interconnect Diagram)、构造词典(Architecture Dictionary)、构造模块说明(Architecture Module Specification)及构造互连说明(Architecture Interconnect Specification)。构造环境图(ACD)构造环境图是构造流图特例，是最顶层的构造流图，用于描述系统构成及与外部使用者或被使用者间关系。构造环
15、境图中包含一个构造模块(Architecture Module)用于表示所建系统，多个终端(Terminator)用于表示外部使用者与被使用者，及信息流用于表示系统与外部系统(使用者与被使用者)间信息交换。构造流图(AFD)构造流程图表示系统物理模块组成结构及模块间信息流关系，RTCASE支持层次化构造模块分解，及需求模型中处理(Process)在构造模型中映射。构造互连图(AID)使用RTCASE构造互连图可表示物理模块间信息通道，即系统使用何种物理连接进行系统各构造模块间信息交换。此物理连接种类可为任何有形的或无形的、电子的或机械的等，构造互连图始终与构造流图相关联与一致，RTCASE在构
16、造互连图中支持同一构造模块冗余化设计。构造模块说明(AMS)与构造互连说明(AIS)构造模块说明用于描述每个构造模块结构、所分配完成的处理，构造互连说明详细描述构造模块间通道需求，可在构造模块说明与构造互连说明中描述系统时序特性。构造词典(Architecture Dictionary)构造词典包含所有构造模型中数据、控制信息，是需求模型中数据词典扩充，在构造词典中增加了设计阶段确定的数据项。RTCASE 实时系统软件设计功能并发图RTCASE完全支持实时系统中任务并发模型分析与设计，并提供从软件需求分析模型到软件结构设计模型的转换，使用RTCASE并发图可实现对实时系统并发任务的划分，任务间通讯与同步机制的描述与建模。软件模块结构图RTCASE提供传统的软件模块结构图(Structure Char
