專利名稱：多粒度多方面數(shù)控建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機數(shù)控領(lǐng)域，特別是面向計算機數(shù)控領(lǐng)域的建模方法。
背景技術(shù)：
嵌入式數(shù)控系統(tǒng)具有多領(lǐng)域、復(fù)雜化以及強實時性、高可靠性的特點，為實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的快速開發(fā)與可靠性驗證，需要構(gòu)建一種面向嵌入式數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)的領(lǐng)域?qū)Ｓ媒ＵZ言，通過融入領(lǐng)域的設(shè)計概念，使得用戶能方便的熟悉其語法以構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)模型。國內(nèi)外有學(xué)者針對計算機數(shù)控進行建模和分析做出了有益的探索，但是模型大多未能準確抽象出數(shù)控系統(tǒng)的領(lǐng)域特性，從而無法保證其精確性、合理性及適用性。計算機數(shù)控領(lǐng)域缺乏精確、適用、高效的建模方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供多粒度多方面數(shù)控建模方法，通過融入領(lǐng)域的設(shè)計概念，使得用戶能方便的熟悉其語法以構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)模型。領(lǐng)域描述在采用多方面建模的基礎(chǔ)上，定義不同抽象粒度的層次化組件模型作為系統(tǒng)模型構(gòu)建元素，并將數(shù)控系統(tǒng)中時間相關(guān)、資源相關(guān)的非功能屬性賦予特定的建模元素和行為中。本發(fā)明的技術(shù)方案如下。多粒度多方面數(shù)控建模方法，包括以下步驟
1)在元模型構(gòu)建中采用層次化構(gòu)建方式，根據(jù)功能粒度大小進行層級分解，描述系統(tǒng)各個模塊之間的包含或繼承關(guān)系，以不同抽象粒度的建模元素通過層次化的鏈接和嵌套，組成應(yīng)用系統(tǒng)模型；將數(shù)控系統(tǒng)組件模型按照粒度從小到大分為原子組件、復(fù)合組件和功能單元，根據(jù)該層次化劃分，構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)的組件庫；
2)基于步驟I)所構(gòu)建的組件庫，采用多方面的建模方式，完整的定義數(shù)控系統(tǒng)的不同方面。上述的多粒度多方面數(shù)控建模方法中，步驟2)所述采用多方面的建模方式建立的模型包括描述數(shù)控系統(tǒng)功能模塊的層次化關(guān)系和交互關(guān)系的功能方面模型、描述系統(tǒng)的硬件和操作系統(tǒng)等目標平臺配置的硬件方面模型、描述系統(tǒng)運行的實施細節(jié)的實施方面模型，所述實施細節(jié)包括系統(tǒng)的任務(wù)、任務(wù)觸發(fā)以及任務(wù)之間的交互。上述的多粒度多方面數(shù)控建模方法中，構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)元模型，并根據(jù)該元模型生成數(shù)控系統(tǒng)圖形化建模環(huán)境，基于此建模環(huán)境，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的多方面層次化建模，以及模型仿真驗證、代碼自動生成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果
嵌入式數(shù)控系統(tǒng)具有多領(lǐng)域、復(fù)雜化、強實時、高可靠性等特點，現(xiàn)有的數(shù)控建模方式，無法準確抽象出數(shù)控系統(tǒng)的領(lǐng)域特性，并保證領(lǐng)域語言的精確性、合理性及適用性。本發(fā)明構(gòu)建了一種精確描述數(shù)控系統(tǒng)的建模方法，在采用多方面建模的基礎(chǔ)上，定義不同抽象粒度的層次化組件模型作為系統(tǒng)模型構(gòu)建元素，并在建模元素與行為中添加數(shù)控系統(tǒng)中與時間相關(guān)和資源相關(guān)的非功能屬性。本發(fā)明通過構(gòu)建面向計算機數(shù)控領(lǐng)域的有效建模方法，提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，同時縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)效率。


圖I為多粒度多方面數(shù)控建模方法的流程示意。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步說明。如圖I所示，多粒度多方面數(shù)控建模方法包括以下步驟
I)在元模型構(gòu)建中采用了層次化構(gòu)建策略，根據(jù)功能粒度大小進行層級分解，描述系統(tǒng)各個模塊的包含或繼承關(guān)系，以不同抽象粒度的建模元素通過層次化的鏈接和嵌套，組成應(yīng)用系統(tǒng)模型。將數(shù)控系統(tǒng)組件模型按照粒度從小到大分為原子組件、復(fù)合組件和功能單元。原子功能組件是組成系統(tǒng)的基本單元，具有最小的抽象粒度，原子組件中包含事件 或者數(shù)據(jù)傳輸端口，即功能組件與其他功能組件或外部環(huán)境之間的交互接口 ；執(zhí)行控制表示原子功能組件中一組狀態(tài)或狀態(tài)轉(zhuǎn)換，用來控制功能組件中的算法調(diào)度，一組描述組件內(nèi)部數(shù)據(jù)處理的算法以及一組內(nèi)部變量。復(fù)合組件表示通過組件交互完成特定功能的組件，包括一組原子組件集合以及其組件內(nèi)部的數(shù)據(jù)流傳輸與事件流傳輸。功能單元表示粗粒度的自主的可重用構(gòu)件模塊，其結(jié)構(gòu)與復(fù)合組件類似，是最小的可分布功能模塊，可分布在不同的計算節(jié)點上。根據(jù)該層次化劃分，構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)的組件庫，按照數(shù)控系統(tǒng)的功能劃分，定義原子組件、復(fù)合組件和功能單元。如功能單元(FU)包括人機交互界面功能單元(HMI_FU)、運動控制功能單元(MC_FU)、可編程邏輯控制功能單元(PLC_FU)等，復(fù)合功能組件(CFB )包括軸組功能組件(Axisgroup_FB )、軸控制功能組件(Axi s_FB )等,基本功能組件(BFB )包括譯碼功能組件(Codeinterpreter_FB )、速度規(guī)劃功能組件(AccDec_FB )、等。2)基于組件庫，采用多方面的建模方式，完整的定義數(shù)控系統(tǒng)的不同方面。包括描述數(shù)控系統(tǒng)功能模塊的層次化關(guān)系和交互關(guān)系的功能方面模型、描述系統(tǒng)的硬件和操作系統(tǒng)等目標平臺配置的硬件方面模型、描述系統(tǒng)運行的實施細節(jié)，即定義系統(tǒng)的任務(wù)、任務(wù)觸發(fā)以及任務(wù)之間的交互的實施方面模型。功能方面模型包含不同層次組件之間的數(shù)據(jù)與事件間的交互與觸發(fā)，硬件方面模型定義了硬件組件和操作系統(tǒng)信息，如處理器(T7Toce1S1Sor)、I、存忙器 fS'ioragey*、時鐘(Clock)以及總線(Intercomwct)等，實施方面模型定義了任務(wù)模型及與實時性相關(guān)的參數(shù)以屬性定義的方式賦予其元模型中，包括任務(wù)周期最壞執(zhí)行時間任務(wù)的相對期限、任務(wù)的優(yōu)先級(Task_Priori ty)等。3)基于1)、2)所描述的數(shù)控系統(tǒng)建模方法，可構(gòu)建數(shù)控元模型，生成數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域建模構(gòu)建語言，并可生成圖形化的數(shù)控系統(tǒng)建模開發(fā)環(huán)境，在此環(huán)境中構(gòu)建的數(shù)控系統(tǒng)，可通過多方面、多粒度的方式精確描述數(shù)控系統(tǒng)，保證其領(lǐng)域適用性與合理性，進而為數(shù)控系統(tǒng)的仿真驗證和代碼自動生成提供基礎(chǔ)，提高系統(tǒng)的開發(fā)效率及可靠性。以下再提供多粒度多方面數(shù)控建模方法的應(yīng)用實例，其包括步驟
I)按照層次化構(gòu)建策略，構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)的組件庫，按照數(shù)控系統(tǒng)的功能劃分，定義原子組件、復(fù)合組件和功能單元。如功能單元(FU)包括人機交互界面功能單元(HMI_FU)、運動控制功能單元(MC_FU)、可編程邏輯控制功能單元(PLC_FU)等，復(fù)合組件(CFB)包括軸組功能組件(Axisgroup_FB)、軸控制功能組件(Axis_FB)等,原子組件(BFB)包括譯碼功能組件(<30(16；[11丨6印代丨61'_ 13)、速度規(guī)劃功能組件(4(^06(3_ 13)等。2)基于數(shù)控組件庫，在數(shù)控元模型中定義數(shù)控組件之間的包含關(guān)系。數(shù)控系統(tǒng)最上層數(shù)控應(yīng)用包含人機交互界面功能單元(HMI_FU)、運動控制功能單元(MC_FU)、可編程邏輯控制功能單元(PLC_FU)等，運動控制功能單元(MC_FU)包含軸組功能組件(Axisgroup_FB)、軸控制功能組件(Axis_FB)等復(fù)合功能組件,軸控制功能組件(Axis_FB)中又包含精插補功能組件(FinerIP0_FB)、位置控制功能組件(Positioncontrol_FB)等。3)定義數(shù)控系統(tǒng)多方面元模型。功能方面元模型定義不同層次組件之間的數(shù)據(jù)與事件間的交互與觸發(fā)，數(shù)控組件包含數(shù)據(jù)端口(Dataport)和事件端口(Eventport),數(shù)據(jù)端 口(Dataport)包括數(shù)據(jù)輸入端口和數(shù)據(jù)輸出端口，數(shù)據(jù)端口之間通過DataflouCon相連，事件端口(Eventport)包括事件輸入端口(Eventinput)和事件輸出端口(Eventoutput),事件端口之間通過EventflouCon相連,數(shù)據(jù)輸入端口和事件輸入端口通過Within連接,數(shù)據(jù)輸出端口和事件輸出端口通過Without連接。TypeRefBase定義系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型,通過Datatyping賦予數(shù)據(jù)端口，通過Eventtyping賦予事件端口，通過Invartyping賦予基本功能組件(BFB)的內(nèi)部變量。功能方面元模型存儲在功能層(FunctionFolder)中。4)定義平臺方面元模型。平臺方面元模型定義系統(tǒng)的硬件和操作系統(tǒng)等目標平臺配置。硬件組件(HW_component)和操作系統(tǒng)(OS)包含在平臺模型(Platform)中，硬件組件定義了處理器(Processor)、I/O (Iospec)、存忙器(Storage)、時鐘(Clock)以及總線(Interconnect)等，硬件組件包含硬件端口(HW_Port),通過交互(Phyconnection)與其他硬件組件交互，處理器(Processor)與操作系統(tǒng)通過CPU0S_conn相連。硬件組件的性能參數(shù)通過屬性定義賦予其元模型中，如處理器(Processor)中，定義了處理器類型(Process—type)和處理器頻率(Process_frequency),供用戶建模時進行選擇和定義。平臺視角元模型存儲在平臺層(PlatformFolder)中。5)定義系統(tǒng)的實施方面元模型。實施方面元模型定義系統(tǒng)運行的實施細節(jié)，即定義系統(tǒng)的任務(wù)、任務(wù)觸發(fā)以及任務(wù)之間的交互。任務(wù)模型(Task)實施視角元模型存儲在實施視角(RuntimeFolder)中。任務(wù)模型中與實時性相關(guān)的參數(shù)以屬性定義的方式賦予其元模型中，包括任務(wù)周期(Period)、最壞執(zhí)行時間(WCET)、任務(wù)的相對期限(deadline)、任務(wù)的優(yōu)先級(Task_Priority)等。6)通過定義相關(guān)映射，將功能方面元模型、硬件方面元模型及實施方面元模型相互關(guān)聯(lián)，并將組件模型映射到任務(wù)模型上。7)基于構(gòu)建的元模型，生成面向數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)的圖形化建模環(huán)境，供數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)人員進行系統(tǒng)建模，并可基于該模型進行仿真驗證及代碼自動生成。
權(quán)利要求
1.多粒度多方面數(shù)控建模方法，其特征在于包括以下步驟 1)在元模型構(gòu)建中采用層次化構(gòu)建方式，根據(jù)功能粒度大小進行層級分解，描述系統(tǒng)各個模塊之間的包含或繼承關(guān)系，以不同抽象粒度的建模元素通過層次化的鏈接和嵌套，組成應(yīng)用系統(tǒng)模型；將數(shù)控系統(tǒng)組件模型按照粒度從小到大分為原子組件、復(fù)合組件和功能單元，根據(jù)該層次化劃分，構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)的組件庫； 2)基于步驟I)所構(gòu)建的組件庫，采用多方面的建模方式，完整的定義數(shù)控系統(tǒng)的不同方面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多粒度多方面數(shù)控建模方法，其特征在于步驟2)所述采用多方面的建模方式建立的模型包括描述數(shù)控系統(tǒng)功能模塊的層次化關(guān)系和交互關(guān)系的功能方面模型、描述系統(tǒng)的硬件和操作系統(tǒng)等目標平臺配置的硬件方面模型、描述系統(tǒng)運行的實施細節(jié)的實施方面模型，所述實施細節(jié)包括系統(tǒng)的任務(wù)、任務(wù)觸發(fā)以及任務(wù)之間的交互。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所構(gòu)建的數(shù)控系統(tǒng)建模方法，其特征在于構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)元模型，并根據(jù)該元模型生成數(shù)控系統(tǒng)圖形化建模環(huán)境，基于此建模環(huán)境，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的多方面層次化建模，以及模型仿真驗證、代碼自動生成。
全文摘要
本發(fā)明提供了多粒度多方面數(shù)控建模方法，該方法構(gòu)建了一種精確描述數(shù)控系統(tǒng)的模型，在采用多方面建模的基礎(chǔ)上，定義不同抽象粒度的層次化組件模型作為系統(tǒng)模型構(gòu)建元素，并在建模元素與行為中添加數(shù)控系統(tǒng)中與時間相關(guān)和資源相關(guān)的非功能屬性。本發(fā)明通過構(gòu)建面向計算機數(shù)控領(lǐng)域的有效建模方法，提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，同時縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)效率。
文檔編號G06F17/50GK102722602SQ20121013529
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者李方, 李迪 申請人:華南理工大學(xué)