کتاب بررسی تصویری نمودارهای Simulink/Stateflow ( رویکردی قیاسی )

مقدمه

زندگی مدرن ما تا حد زیادی به سیستم‌های نهفته وابسته است. چگونگی ساخت سیستم‌های نهفته ی پیچیده به درستی چالشی بزرگ برای علم کتامپیوتر و نظریه ی کنترل محسوب می‌شود. اینطور تصور می‌شود که روش مدل-محور رویکرد مناسبی برای طراحی سیستم‌های نهفته ی پیچیده باشد. با استفاده از این مدل در ابتدا  مدلی انتزاعی از سیستمی‌که قرار است ایجاد گردد تعریف می‌شود. بررسی گسترده و تایید بر روی مدل انتزاعی صورت میگیرند تا خطاها در مراحل اولیه شناسایی و تصحیح شوند. سپس، مدل انتزاعی سطح بالاتر به مدل انتزاعی سطح پایین تر حتی به یک کد منبع و با استفاده از تکنیک‌های تحول مدل تصویه و تبدیل می‌شود.

 طراحی مدل-محور با Simulink/Stateflow همخوانی دارد و در صنعت به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته اند. در واقع Simulink محیطی برای بررسی و طراحی مدل-محور سیستم‌های نهفته ی کنترل می‌باشد که زبان مدل سازی گرافیکی بصری را ارائه می‌دهد که یادآور نمودارهای مداری است و به همین دلیل برای مهندس درحال تمرین جذاب به نظر می‌رسد. همچنین، StateFlow جعبه ابزاری است که ابزارهای لازم برای مدل سازی و شبیه سازی سیستم‌های واکنشگر را از طریق نمودار سلسله مراتبی حالت ارائه می‌دهد و با این کار دامنه ی Simulink را به شکل‌های ترکیبی و حالت-محور کنترل نهفته اراقاء می‌دهد. مدل سازی، بررسی و طراحی با استفاده از Stateflow Simulink/ به استانداردی عملی در صنعت سیستم‌های نهفته مبدل شده است.

بعلاوه، Simulink/Stateflow و استیت فلو به شبیه سازی گسترده طبق محاسبات عددی تایید نشده وابسته هستند تا نیازمندی هخای سیستم را تایید کنند. این امر مستعد پوشش غیرکامل سیستم‌های باز و عدم صحت بررسی نتایج می‌باشد که در نتیجه ی خطاهای عددی ایجاد می‌شود. در نتیجه ی این امر، ممکن است خطاهای مدل طی شبیه سازی سناسایی نشوند. به محض اینکه چنین سیستم نادرستی ایجاد شود، خطای سیستم باعث ایجاد بحران به خصوص در زمینه‌های حساس به امنیت می‌شود.

تکنیک‌های تایید صوری به اصلاح خطاها و مشکلات شبیه سازی کمک می‌کنند. به طور نمونه، استاندارهای صنعتی از جمله DO-178C, IEC 61508, EN 50128, ISO 26262 از بکارگیری روش‌های صوری یا نیمه صوری به عنوان مکمل روش‌های رایج حمایت می‌کنند تا سیستم‌های نهفته ای با سطوح امنیت بالا ایجاد شوند.

در واقع، Simulink از آنالیز صوری مدل‌های S/S حمایت می‌کند. این مهم از طریق استفاده از ابزار تایید کننده ی طراحی Simulink (Simulink Design Verifier) انجام می‌گیرد که با اقتباس روش‌های صوری خطاهای نهفته در طراحی را بدون حرکت‌های شبیه شازی گسترده شناسایی می‌کند. با این حال، در حال حاضر این ابزار قادر است تا بلوک‌های مدل که در نتیجه ی خطاهای سطح پایین مانند سرریز عدد صحیح، منطق مرده، نقض دسترسی آرایه، تقسیم بر صفر  ایجاد شده اند را شناسایی کند. این مدل ویژگی‌های سطح مدل کامل با جنبه‌های فیزیکی و محیطی را در نظر نمی‌گیرد. از سوی دیگر، روش‌های صوری موجود در پیشینه که به مدل‌های S/S با پیوستگی زمانی می‌پردازند فاقد بیان و یا مقیاس پذیری هستند. نیازمندی‌های قوی ایمنی و سیستم‌های نهفته برای S/S تکنیک‌های تایید صوری موثرتری راملزم میدارد.

این کتاب رویکرد صوری جدید و به روزی به نمودارهای پیوستگی زمانی S/S را ارائه می‌کند. این رویکرد از آنجا قیاسی نامگذاری شده است که به زبان مدل سازی شبیه فرایند و سیستم تایید قیاسی ایجاد شده بر اساس زبان  وابسته است. تایید صوری مدل‌های S/S با ایجاد یه رابط به نام برگردان‌های دوسوئه، بین مدل‌های S/S و مدل‌های صوری در CSP ترکیبی ایجاد می‌شود که زبان مدل سازی صوری برای سیستم‌های ترکیبی گسسته-پیوسته است. از طریق چنین رابطی،  مدل‌های S/S در ابتدا به HCSP تبدیل شده و صحت چنین تحولی از طریق تاییدیه‌های صوری یا برگردان معکوس از HCSP به S/S و هم-شبیه ساز تایید می‌شود. این مسیری به سمت تایید مکانیکی مدل S/S را ایجاد می‌کند چراکه آنالیز صوری مدل‌های HCSP توسط سیستم قیاسی تاییدی به نام Hybrid Hoare Logic حمایت می‌شود که با استفاده از کمک تایید تعاملی به نام Isabelle/HOL اجرا می‌شود.

رویکرد ارائه شده دارای ویژگی‌های بارز زیر می‌باشد: اول اینکه زبان HCSP دارای مجموعه ای غنی از شکلهای هندسی با ترکیب اولیه هستند که مدل سازی همزمانی‌ها و ارتباطات متعدد نمدار S/S را تسهیل می‌کند، دوم اینکه استدلال قیاسی مبتنی بر HHL مدل‌های HCSP ترکیبی بوده و تکنیک‌های نسل ثابت قدرتمندی اجرا می‌شوند تا به دینامیک پیوسته  بپردازد و از اکتشاف جامع فضای حالتی جلوگیری کند و مقیاس پذیرتر است. سوم اینکه موثر و مفید بودن روش از طریق مطالعات موردی واقعی که از صنایع ریلی و هوایی نشئت می‌گیرند نشان داده می‌شود.

این کتاب محققان، فارغ التحصیلان، و مهندسان در حوزه‌های روش‌های صوری و سیستم‌های نهفته مخاطب قرار می‌دهد. این کتاب به خواننده روش قیاسی مبتنی بر HCSP/HHL و بکارگیری ابزارهای موجود برای تایید صوری نمودار S/S را می‌آموزد. بعلاوه، برای کسانی که با روش‌های صوری آشنایی ندارند، کتاب دانشی کلی پیرامون عناصر اساسی و تکنیک‌های رایج در ایجاد رویکرد قیاسی تایید صوری به خصوص برای سیستم‌های نهفته ارائه می‌دهد. در نهایت، بررسی مطالعات موردی موفق خواانده را قادر می‌سازد تا درک کند که چطور روش‌های صوری می‌توانند به صنعت واقعی کمک کنند، و ترغیب می‌شوند تا رویکرد پیشنهادی را استفاده یا حتی روش‌های صوری خودشان را در کارهای آتی ایجاد کنند.

لینک دانلود

پیام بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

− 3 = four