专利名称：多粒度多方面数控建模方法
技术领域：
本发明涉及计算机数控领域，特别是面向计算机数控领域的建模方法。
背景技术：
嵌入式数控系统具有多领域、复杂化以及强实时性、高可靠性的特点，为实现数控系统的快速开发与可靠性验证，需要构建一种面向嵌入式数控系统开发的领域专用建模语言，通过融入领域的设计概念，使得用户能方便的熟悉其语法以构建数控系统模型。国内外有学者针对计算机数控进行建模和分析做出了有益的探索，但是模型大多未能准确抽象出数控系统的领域特性，从而无法保证其精确性、合理性及适用性。计算机数控领域缺乏精确、适用、高效的建模方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供多粒度多方面数控建模方法，通过融入领域的设计概念，使得用户能方便的熟悉其语法以构建数控系统模型。领域描述在采用多方面建模的基础上，定义不同抽象粒度的层次化组件模型作为系统模型构建元素，并将数控系统中时间相关、资源相关的非功能属性赋予特定的建模元素和行为中。本发明的技术方案如下。多粒度多方面数控建模方法，包括以下步骤
1)在元模型构建中采用层次化构建方式，根据功能粒度大小进行层级分解，描述系统各个模块之间的包含或继承关系，以不同抽象粒度的建模元素通过层次化的链接和嵌套，组成应用系统模型；将数控系统组件模型按照粒度从小到大分为原子组件、复合组件和功能单元，根据该层次化划分，构建数控系统的组件库；
2)基于步骤I)所构建的组件库，采用多方面的建模方式，完整的定义数控系统的不同方面。上述的多粒度多方面数控建模方法中，步骤2)所述采用多方面的建模方式建立的模型包括描述数控系统功能模块的层次化关系和交互关系的功能方面模型、描述系统的硬件和操作系统等目标平台配置的硬件方面模型、描述系统运行的实施细节的实施方面模型，所述实施细节包括系统的任务、任务触发以及任务之间的交互。上述的多粒度多方面数控建模方法中，构建数控系统元模型，并根据该元模型生成数控系统图形化建模环境，基于此建模环境，实现数控系统的多方面层次化建模，以及模型仿真验证、代码自动生成。与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果
嵌入式数控系统具有多领域、复杂化、强实时、高可靠性等特点，现有的数控建模方式，无法准确抽象出数控系统的领域特性，并保证领域语言的精确性、合理性及适用性。本发明构建了一种精确描述数控系统的建模方法，在采用多方面建模的基础上，定义不同抽象粒度的层次化组件模型作为系统模型构建元素，并在建模元素与行为中添加数控系统中与时间相关和资源相关的非功能属性。本发明通过构建面向计算机数控领域的有效建模方法，提高数控系统的可靠性，同时缩短开发周期，提高开发效率。
图I为多粒度多方面数控建模方法的流程示意。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施作进一步说明。如图I所示，多粒度多方面数控建模方法包括以下步骤
I)在元模型构建中采用了层次化构建策略，根据功能粒度大小进行层级分解，描述系统各个模块的包含或继承关系，以不同抽象粒度的建模元素通过层次化的链接和嵌套，组成应用系统模型。将数控系统组件模型按照粒度从小到大分为原子组件、复合组件和功能单元。原子功能组件是组成系统的基本单元，具有最小的抽象粒度，原子组件中包含事件 或者数据传输端口，即功能组件与其他功能组件或外部环境之间的交互接口 ；执行控制表示原子功能组件中一组状态或状态转换，用来控制功能组件中的算法调度，一组描述组件内部数据处理的算法以及一组内部变量。复合组件表示通过组件交互完成特定功能的组件，包括一组原子组件集合以及其组件内部的数据流传输与事件流传输。功能单元表示粗粒度的自主的可重用构件模块，其结构与复合组件类似，是最小的可分布功能模块，可分布在不同的计算节点上。根据该层次化划分，构建数控系统的组件库，按照数控系统的功能划分，定义原子组件、复合组件和功能单元。如功能单元(FU)包括人机交互界面功能单元(HMI_FU)、运动控制功能单元(MC_FU)、可编程逻辑控制功能单元(PLC_FU)等，复合功能组件(CFB )包括轴组功能组件(Axisgroup_FB )、轴控制功能组件(Axi s_FB )等,基本功能组件(BFB )包括译码功能组件(Codeinterpreter_FB )、速度规划功能组件(AccDec_FB )、等。2)基于组件库，采用多方面的建模方式，完整的定义数控系统的不同方面。包括描述数控系统功能模块的层次化关系和交互关系的功能方面模型、描述系统的硬件和操作系统等目标平台配置的硬件方面模型、描述系统运行的实施细节，即定义系统的任务、任务触发以及任务之间的交互的实施方面模型。功能方面模型包含不同层次组件之间的数据与事件间的交互与触发，硬件方面模型定义了硬件组件和操作系统信息，如处理器(T7Toce1S1Sor)、I、存忙器 fS'ioragey*、时钟(Clock)以及总线(Intercomwct)等，实施方面模型定义了任务模型及与实时性相关的参数以属性定义的方式赋予其元模型中，包括任务周期最坏执行时间任务的相对期限、任务的优先级(Task_Priori ty)等。3)基于1)、2)所描述的数控系统建模方法，可构建数控元模型，生成数控系统领域建模构建语言，并可生成图形化的数控系统建模开发环境，在此环境中构建的数控系统，可通过多方面、多粒度的方式精确描述数控系统，保证其领域适用性与合理性，进而为数控系统的仿真验证和代码自动生成提供基础，提高系统的开发效率及可靠性。以下再提供多粒度多方面数控建模方法的应用实例，其包括步骤
I)按照层次化构建策略，构建数控系统的组件库，按照数控系统的功能划分，定义原子组件、复合组件和功能单元。如功能单元(FU)包括人机交互界面功能单元(HMI_FU)、运动控制功能单元(MC_FU)、可编程逻辑控制功能单元(PLC_FU)等，复合组件(CFB)包括轴组功能组件(Axisgroup_FB)、轴控制功能组件(Axis_FB)等,原子组件(BFB)包括译码功能组件(<30(16；[11丨6印代丨61'_ 13)、速度规划功能组件(4(^06(3_ 13)等。2)基于数控组件库，在数控元模型中定义数控组件之间的包含关系。数控系统最上层数控应用包含人机交互界面功能单元(HMI_FU)、运动控制功能单元(MC_FU)、可编程逻辑控制功能单元(PLC_FU)等，运动控制功能单元(MC_FU)包含轴组功能组件(Axisgroup_FB)、轴控制功能组件(Axis_FB)等复合功能组件,轴控制功能组件(Axis_FB)中又包含精插补功能组件(FinerIP0_FB)、位置控制功能组件(Positioncontrol_FB)等。3)定义数控系统多方面元模型。功能方面元模型定义不同层次组件之间的数据与事件间的交互与触发，数控组件包含数据端口(Dataport)和事件端口(Eventport),数据端 口(Dataport)包括数据输入端口和数据输出端口，数据端口之间通过DataflouCon相连，事件端口(Eventport)包括事件输入端口(Eventinput)和事件输出端口(Eventoutput),事件端口之间通过EventflouCon相连,数据输入端口和事件输入端口通过Within连接,数据输出端口和事件输出端口通过Without连接。TypeRefBase定义系统的数据类型,通过Datatyping赋予数据端口，通过Eventtyping赋予事件端口，通过Invartyping赋予基本功能组件(BFB)的内部变量。功能方面元模型存储在功能层(FunctionFolder)中。4)定义平台方面元模型。平台方面元模型定义系统的硬件和操作系统等目标平台配置。硬件组件(HW_component)和操作系统(OS)包含在平台模型(Platform)中，硬件组件定义了处理器(Processor)、I/O (Iospec)、存忙器(Storage)、时钟(Clock)以及总线(Interconnect)等，硬件组件包含硬件端口(HW_Port),通过交互(Phyconnection)与其他硬件组件交互，处理器(Processor)与操作系统通过CPU0S_conn相连。硬件组件的性能参数通过属性定义赋予其元模型中，如处理器(Processor)中，定义了处理器类型(Process—type)和处理器频率(Process_frequency),供用户建模时进行选择和定义。平台视角元模型存储在平台层(PlatformFolder)中。5)定义系统的实施方面元模型。实施方面元模型定义系统运行的实施细节，即定义系统的任务、任务触发以及任务之间的交互。任务模型(Task)实施视角元模型存储在实施视角(RuntimeFolder)中。任务模型中与实时性相关的参数以属性定义的方式赋予其元模型中，包括任务周期(Period)、最坏执行时间(WCET)、任务的相对期限(deadline)、任务的优先级(Task_Priority)等。6)通过定义相关映射，将功能方面元模型、硬件方面元模型及实施方面元模型相互关联，并将组件模型映射到任务模型上。7)基于构建的元模型，生成面向数控系统开发的图形化建模环境，供数控系统开发人员进行系统建模，并可基于该模型进行仿真验证及代码自动生成。
权利要求
1.多粒度多方面数控建模方法，其特征在于包括以下步骤 1)在元模型构建中采用层次化构建方式，根据功能粒度大小进行层级分解，描述系统各个模块之间的包含或继承关系，以不同抽象粒度的建模元素通过层次化的链接和嵌套，组成应用系统模型；将数控系统组件模型按照粒度从小到大分为原子组件、复合组件和功能单元，根据该层次化划分，构建数控系统的组件库； 2)基于步骤I)所构建的组件库，采用多方面的建模方式，完整的定义数控系统的不同方面。
2.根据权利要求I所述的多粒度多方面数控建模方法，其特征在于步骤2)所述采用多方面的建模方式建立的模型包括描述数控系统功能模块的层次化关系和交互关系的功能方面模型、描述系统的硬件和操作系统等目标平台配置的硬件方面模型、描述系统运行的实施细节的实施方面模型，所述实施细节包括系统的任务、任务触发以及任务之间的交互。
3.根据权利要求I所构建的数控系统建模方法，其特征在于构建数控系统元模型，并根据该元模型生成数控系统图形化建模环境，基于此建模环境，实现数控系统的多方面层次化建模，以及模型仿真验证、代码自动生成。
全文摘要
本发明提供了多粒度多方面数控建模方法，该方法构建了一种精确描述数控系统的模型，在采用多方面建模的基础上，定义不同抽象粒度的层次化组件模型作为系统模型构建元素，并在建模元素与行为中添加数控系统中与时间相关和资源相关的非功能属性。本发明通过构建面向计算机数控领域的有效建模方法，提高数控系统的可靠性，同时缩短开发周期，提高开发效率。
文档编号G06F17/50GK102722602SQ20121013529
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者李方, 李迪 申请人:华南理工大学