基于SCADE的嵌入式软件开发

针对这种划分，SCADE提供了两套图形化的建模机制：数据流图和有限状态机。对应嵌入式软件结构的划分，数据流图模型可以用来表示连续控制部分，主要包括传感器采样。信号处理。复杂的数学逻辑计算。实现各种算法等功能；有限状态机模型可以用来表示状态逻辑部分，主要包括各种系统状态的迁移和工作模式的变化等功能。

这是一种已被证实为有效并广泛使用的嵌入式软件建模方式之一，能够简单有效的描述嵌入式系统。

4.2需求建模

一个复杂的嵌入式系统的需求建模过程，是一项系统的设计工作，一般有自顶向下和自底向上两种设计方式：

自顶向下的设计方式是一种从抽象到具体的过程。它首先需要根据系统的接口需求，建立系统的黑盒模型；然后根据系统的功能需求，对系统进行模块划分，并层层细化，直至最低层的功能单元；最后是功能单元的实现工作。

自底向上的设计方式是一种从具体到抽象的过程。它根据系统的功能需求，首先实现的是底层的各个功能模块，然后根据各模块之间的接口定义，层层组合，最后形成整个系统模型。

这两种设计方式在实际使用中各有优劣，可以根据具体需要组合使用。

同时，SCADE的建模方式也可以被认为是一种基于组件的开发方式。一个功能独立，接口明确构功能算法模型就类似于一个封装好的组件，可以直接通过接口调用。而SCADE软件开发环境的高安全性限制和平台无关性，保证了模型的通用性和重用价值。这样，基于成熟算法模型的封装与重用，可以使软件开发变成模型组件的"装配"，极大的提高软件生产效率，也减少了引人错误的可能。

4.3模型验证手段

基于严密的建模理论，SCADE提供了一系列基于模型的验证手段，使模型检查。系统调试和仿真验证工作都可以在模型层面上完成。其中主要有以下几项：

（1）静态检查，检查模型设计是否有静态语意。语法错误；（2）模拟仿真，根据算法设计测试用例，通过仿真器模拟接口输入输出，直接"执行"模型来实现仿真的功能；（3）形式验证，根据需求设计的安全特性，通过尝试在逻辑上寻找反例来检查模型的安全性；（4）系统原型仿真，通过与其他设计工具的桥接，可以实现系统与模拟外部环境模型的连接运行，方便测试和需求验证。

对于一个系统模型的验证工作，一般是按照自底向上的顺序进行的。首先要对底层功能模块进行验证，由于其结构和接口最为简单，所以最易于调试。在所有组成模块都经过充分验证的基础上，可以继续进行上一层模型的验证工作，并一步步的递推至最顶层的系统模型。

4.4代码自动生成

SCADE基于严格的数学理论和一套形式化方法，能够确保其代码和模型的完全一致，并满足一系列的安全性特征，是完全面向工程的产品代码。

SCADE的代码生成过程提供了多种设置以满足各种需求，需要根据实际使用需要进行配置，一般情况下其产品可以直接嵌人到产品中去而不需要做任何修改。

5开发实例

依据上述开发技术，实例构建某型号制导炸弹飞控软件的制导控制模块，来实践基于模型的嵌人式软件开发流程。

5.1开发流程

基于SCADE的嵌入式软件开发流程，主要工作集中在建模层面，其流程如图3所示。

5.2需求分析软件需求规格描述如下：

（1）需要实现的功能：此模块为计算功能模块，主要根据惯性系下比例导引指令。弹目相对位置和弹体姿态计算弹体需要实现的过载指令。

（2）输入：惯性系下比例导引指令。弹目相对位置。炸弹姿态。

（3）输出：弹体导引指令。

5.3需求建模

需求建模可以分为概要设计阶段和详细设计阶段。概要设计阶段的主要工作是建立系统模型和模块分层细化；详细设计阶段的主要工作是完成具体模块设计。

在这个例子中，根据算法所要实现的功能首先定义了整个系统的输入输出变量，然后建立系统的黑盒模型，如图4所示。

下面根据模块功能，对系统模型进行了进一步划分，主要分为以下几个模块：

（1）飞行状态条件计算模块Condition.其输人为弹体姿态和弹目相对位置信息，以及两个常数参数，输出为三个飞行状态变化的条件。

（2）飞行状态判断模块Fly-State.其输人为三个状态变化条件变量，输出为三种状态标志。

（3）导引指令坐标系转换模块Transition.其输入为弹体姿态和惯性系下比例导引指令，输出为弹体系下比例导引指令。

（4）过载计算模块Acceleration.其输入为三个飞行状态标志，弹体速度。攻角信息，弹体系下的比例导引指令，以及一个常数参数，输出为弹体过载指令。

（5）过载限幅模块Alimit.其输入为弹体过载指令，输出为限幅后的弹体过载指令。

其中Condition.Acceleration.Transition和Alimit是功能计算模块，用数据流图建模；Fly-State是状态计算模块，用有限状态机建模。系统模型图如图5所示。