● 摘要
机载电子系统往往是安全关键系统，具有很强的实时性和安全性要求。机载软件的实时性和安全性是它的关键质量属性，对系统的实时性和安全性具有重要影响。怎样确保机载软件满足实时性和安全性要求一直是业界关注的研究问题。目前，对于机载软件的实时性和安全性测试主要集中在编码的后期，通过代码测试或者仿真实验的手段，根据得到的结果来改善设计方案，如此往复。事实上影响机载软件实时性和安全性的因素非常多，涉及硬件、操作系统、通讯和系统运行状态等。研究显示，导致机载软件系统实时性和安全性问题的很多缺陷都可追溯到需求和设计阶段的活动，如果能够在设计阶段及时发现相应的缺陷，将能有效提高系统的实时性和安全性。同时，大量研究和工业界报告显示，缺陷发现的越早，用于修复缺陷以提高机载软件实时性和安全性的代价越小。
本文研究关注运行在由ARINC653标准所定义的综合化模块化航电系统IMA（Integrated Modular Avionics）上的机载软件，提出了一种基于仿真的机载实时性与安全性分析方法，通过将机载软件的设计模型（UML模型）转换成仿真模型（Simulink模型），并在Simulink平台上运行仿真模型来发现潜在的实时性和安全性问题。在实时性方面，主要考虑正常状况（未注入故障）和注入故障时的最坏执行时间WCET（Worst-case Execution Time），结合工业案例研究分析了实时性指标；在安全性方面，主要关注故障的处理、传播等方面，结合工业案例研究分析了安全性指标。
本文研究以ARINC 653 标准为基础，充分考虑符合ARINC 653标准的操作系统平台的特点，结合Matlab/Simulink工具的仿真特性，设计了面向ARINC653标准的仿真系统框架，支持对ARINC 653分区调度以及通信机制等方面的模拟。然后通过对模型转换方法的研究，选择ATL基于元模型映射的方法设计了从UML模型到Simulink模型的转换。
本文使用一个工业案例系统来论证所提方法的有效性。由其设计模型转换得到的Simulink模型，手动完善后进行仿真实验，继而针对收集的仿真数据开展实时性和安全性分析，给出设计方案的优化建议。