模型驱动的嵌入式仿真系统设计

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模型驱动的嵌入式仿真系统设计

李秀萍，董云卫

(西北工业大学计算机学院，西安710072)

摘 要：为解决嵌入式系统仿真应用需求多样性的问题并提高系统的开发效率，设计一种通用嵌入式仿真系统。该系统在Matlab/Simulink 开发环境的基础上，采用模型驱动的方法设计仿真模型并构建仿真组件库，实现了仿真系统模型的快速建立。同时设计了多接口、可扩展的仿真器硬件结构，解决了嵌入式系统接口的多样性问题。该仿真系统具有良好的可重用性和可移植性等特点，可用于多种嵌入式软件的开发，具有现实意义。

关键词：仿真系统；模型驱动架构；仿真模型；组件库

Design of Model-Driven Embedded Simulation System

LI Xiu-ping, DONG Yun-wei

(College of Computer, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072)

【Abstract 】In order to solve the problem of diverse simulation application and improve the efficiency of development, a general simulation system for embedded software is designed, which adopts Model-Driven Architecture(MDA) development to construct simulation model for embedded system simulation based on the Matlab/Simulink. A simulation component library is built to achieve rapid establishment of the simulation system model. Extensible hardware of simulator is designed to fit variable I/O interfaces of the embedded system. The system has some strong advantages,such as reusability, portability, and can be used in the development of various embedded software.

【Key words 】simulation system; Model-Driven Architecture(MDA); simulation model; component library

计 算 机 工 程Computer Engineering 第36卷 第16期

Vol.36 No.16 2010年8月

August 2010

·工程应用技术与实现·文章编号：1000—3428(2010)16—0237—03

文献标识码：A

中图分类号：TP391.9

1 概述

嵌入式系统是面向具体应用领域的特定软硬件的紧密结合体。因此，嵌入式软件对特定嵌入式硬件具有较强的依赖性。在嵌入式软件开发前期，由于真实的目标环境还没建立，因此必须向开发人员提供与目标硬件相似的仿真环境，使嵌入式软件能够尽早得到较真实的运行确认[1]，以提高嵌入式系统的开发效率、缩短开发周期、减少开发成本。

仿真平台是嵌入式系统开发的重要支持工具，在嵌入式系统开发的很多领域得到广泛应用，但也出现了一些问题：(1)用户应用需求的多样性要求仿真平台具有可配置、可定制的能力；(2)由于开发时间越短越好，因此要求能够在现有仿真硬件的基础上快速地开发出一套仿真软件。为解决上述问题，本文运用模型驱动架构(Model-Driven Architecture, MDA)的思想并基于Matlab/Simulink 开发平台，设计了通用的嵌入式仿真系统。该系统由硬件和软件2个部分组成，硬件提供了多种I/O 接口，实现了平台的可扩展性，能够适应嵌入式系统接口多样性的需求；仿真软件使用模型驱动的开发方法使仿真软件具有可定制、可重用等特点。该仿真系统可以大幅度提高嵌入式系统的开发效率，能够对嵌入式系统的实时性、可靠性等进行验证，具有较高的实用价值。

2 理论基础

MDA 的提出为通用嵌入式仿真系统的实现提供了很好的解决方法。MDA [2]是软件工程领域近年来的重要研究成果，MDA 方法使设计者能够独立于具体平台进行系统设计，而最终又能够在某个具体平台中实现系统，从根本上解决了软件模型与实现代码之间难以同步的问题，实现系统的可重用性，使系统具有良好的可配置性和可移植性。MDA 软件

设计方法已经在现实的软件工程中得到了广泛应用，在仿真领域也得到了应用。

Matlab/Simulink [3]是一种对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，可以快速创建与系统交互的物理对象的动态行为模型。Simulink 使用图形化的编程方式，操作方便直观，允许用户用S 函数自定义模块。S 函数扩展了Simulink 的功能；Matlab 工具RTW(Real-Time Workshop)可用Simulink 模型生成优化的、可定制的、可移植的代码，此程序可以在实时系统和非实时系统等众多目标环境中运行仿真。因此，Matlab/Simulink 为模型驱动的仿真系统开发提供了工具 支持。

3 通用嵌入式仿真系统设计

3.1 嵌入式仿真系统组成

嵌入式仿真系统由仿真主控计算机、仿真器、嵌入式目标机、作动器等组成，如图1所示。目标机和作动器是进行具体仿真的连接对象，这里不作介绍。其中，仿真主控计算

机是一台普通PC ，

具有C++ Compiler 、Matlab/Simulink 、RTW 等软件，通过以太网或串口与仿真器相连，在其上进行组件库开发、仿真模型开发、仿真参数设置、代码生成和下载、仿真控制、仿真数据回显和仿真结果分析等。为了满足嵌入式系统的实时性要求，仿真器上运行xPC 目标、VxWorks 等

基金项目：国家自然科学基金资助重点项目“高可靠构件化嵌入式软件设计与验证技术及其支撑环境研究”(60736017) ；国家“863”计划基金资助项目“高可信嵌入式软件生产线”(2007AA010304) 作者简介：李秀萍(1985－)，女，硕士研究生，主研方向：嵌入式系统设计与仿真；董云卫，教授、博士生导师

收稿日期：2010-02-11 E-mail ：lixiuping0322@