在設(shè)計(jì)關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)性系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)師必須滿足功能性要求和非功能性屬性，這些系統(tǒng)級(jí)特性具體取決于系統(tǒng)架構(gòu)。隨著嵌入式軟件系統(tǒng)的硬件多樣性和復(fù)雜性的不斷提高，可以采用模型驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)方法來(lái)滿足開(kāi)發(fā)早期階段出現(xiàn)的系統(tǒng)集成問(wèn)題?；谀Ｐ偷脑O(shè)計(jì)方法的要點(diǎn)之一是要選擇合適的設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)描述具體平臺(tái)架構(gòu)。

　　為了調(diào)整系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)語(yǔ)言必須支持多種分析方法以便進(jìn)行跨領(lǐng)域的權(quán)衡，架構(gòu)設(shè)計(jì)語(yǔ)言還必須支持開(kāi)發(fā)過(guò)程中的增量分析以及用于系統(tǒng)評(píng)估的多級(jí)逼真度。這種增量特性允許架構(gòu)規(guī)范在整個(gè)生命周期內(nèi)都有效。

　　架構(gòu)分析與設(shè)計(jì)語(yǔ)言(AADL)是一種可以滿足這些要求的可擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)描述語(yǔ)言。AADL適合具有挑戰(zhàn)性資源約束(如尺寸、重量和功率)、嚴(yán)格實(shí)時(shí)要求和/或高性能保證等級(jí)的嵌入式系統(tǒng)使用，應(yīng)用場(chǎng)合包括監(jiān)控、航天、飛行管理、引擎和傳動(dòng)系統(tǒng)控制、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)工藝控制設(shè)備和航空等。

　　AADL是在國(guó)際汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)(SAE)的指導(dǎo)下開(kāi)發(fā)的，已經(jīng)于2004年11月被批準(zhǔn)為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AS5506。為了支持性能分析，AADL定義了時(shí)序語(yǔ)義(semantics)；為了支持可靠性分析，它包含了一個(gè)誤差建模附錄，它是AS5506/1標(biāo)準(zhǔn)中所含的更大附錄集的一部分，它能為每個(gè)組件提供誤差模型表述。

　　與SysML和UML等其他建模語(yǔ)言相比，AADL為標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件組件分類(lèi)提供了強(qiáng)大的語(yǔ)義，這樣常用分析方法和良好定義的系統(tǒng)集成就可以根據(jù)這些規(guī)范實(shí)施。專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的這種語(yǔ)言可以通過(guò)用戶可定義屬性(獲得AADL編譯器驗(yàn)證的屬性子語(yǔ)言支持)和用戶定義附錄進(jìn)行擴(kuò)展。附錄擴(kuò)展經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化可供業(yè)界廣泛使用。另外，在操作模式幫助下AADL還能支持系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模。

　　AADL支持基于標(biāo)準(zhǔn)XML/XMI定義的模型交換和工具鏈接。AADL具有標(biāo)準(zhǔn)元模型(meta-model)、圖形定義和文本語(yǔ)言屬性。AADL UML 2.0規(guī)范已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功，并已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入投票階段。ARINC 653架構(gòu)的附錄也已開(kāi)始制訂。有許多工具支持這種語(yǔ)言，其中有許多是開(kāi)放源碼的工具。開(kāi)源AADL工具集環(huán)境(OSATE)是很重要的一個(gè)工具，它基于Eclipse框架，包含文本、XML和圖形編輯器以及眾多分析工具。這些工具都是開(kāi)源Eclipse插件，可以進(jìn)行擴(kuò)展。

　　監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　在本例中讓我們先看看用戶的要求：用戶想要安裝一套監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)監(jiān)視遠(yuǎn)離辦公室的三所房屋，在這些位置沒(méi)有現(xiàn)成的局域網(wǎng)，為了有效地阻止入侵者，檢測(cè)過(guò)程必須快速，在2秒鐘之內(nèi)。這個(gè)延時(shí)標(biāo)準(zhǔn)是一種端到端的系統(tǒng)級(jí)性能要求。

　　一種解決方案是部署三個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)對(duì)這些房子進(jìn)行監(jiān)視。攝像機(jī)通過(guò)無(wú)線方式將信息發(fā)送到辦公室的計(jì)算機(jī)。然而，無(wú)線通信的有限帶寬無(wú)法適應(yīng)全部視頻流數(shù)據(jù)，因此我們需要在每個(gè)攝像機(jī)內(nèi)嵌入一個(gè)視頻處理器來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行壓縮和預(yù)處理，但這樣做會(huì)影響到端到端的延時(shí)。我們必須評(píng)估不同的硬件選擇，例如視頻處理器和無(wú)線芯片。我們也想嘗試多種壓縮和入侵檢測(cè)算法，AADL能讓我們集中精力滿足系統(tǒng)性能要求，從而簡(jiǎn)化這一過(guò)程。

　　下一步是定義架構(gòu)。AADL圖形符號(hào)有助于實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，值得注意的是，該模型不是任意設(shè)計(jì)的，而是具有明確定義的正式模型，即使是在較高抽象層次。

　　系統(tǒng)構(gòu)造可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)和子系統(tǒng)(視頻檢測(cè)系統(tǒng))建模。AADL設(shè)備構(gòu)造可以描述物理組件，如視頻攝像機(jī)和顯示器，因?yàn)檫@些組件不需要捆綁應(yīng)用軟件。我們使用端口組和連接來(lái)模擬不同組件之間的通信。攝像機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)流需要穿過(guò)視頻檢測(cè)系統(tǒng)。

　　AADL通過(guò)利用層次化結(jié)構(gòu)可以用不同的詳細(xì)程度描述系統(tǒng)。在介紹詳細(xì)設(shè)計(jì)之前，讓我們先了解一下AADL中的基本單元，軟件單元包括進(jìn)程、線程、線程組、數(shù)據(jù)和子程序。它們分別定義為：

　　進(jìn)程：受保護(hù)的地址空間

　　線程：一個(gè)并行執(zhí)行單位

　　線程組：用于組織線程的復(fù)合單元

　　數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)類(lèi)型和靜態(tài)數(shù)據(jù)

　　子程序：可調(diào)用的連續(xù)可執(zhí)行代碼

　　使用軟件組件進(jìn)程、數(shù)據(jù)、線程和系統(tǒng)組件對(duì)視頻檢測(cè)系統(tǒng)的邏輯進(jìn)行建模。

　　硬件組件(也稱(chēng)為平臺(tái)種類(lèi))包括了處理器、存儲(chǔ)器、總線和器件。

　　組件抽象包括特性、屬性和模式：特性定義了接口或輸出組件功能；屬性描述了特征和組件行為；模式描述了動(dòng)態(tài)組件重配置。

　　組件之間的交互作用

　　在定義好組件后，我們需要確定它們之間的關(guān)系，AADL本身就支持這一過(guò)程。組件交互使用端口(數(shù)據(jù)和事件輸入輸出端口)、端口組、子組件(subcomponent)訪問(wèn)、子程序調(diào)用、數(shù)據(jù)交換和共享。它們定義了功能接口和組件之間的通信。AADL的一個(gè)關(guān)鍵特性是能對(duì)數(shù)據(jù)建模和流控制。流定義了通過(guò)多個(gè)組件和連接的順序數(shù)據(jù)或事件。在本例中，我們?yōu)槿_(tái)視頻攝像機(jī)規(guī)定了三種視頻流：video_flow1, video_flow2和video_flow3。這些視頻流代表了從攝像機(jī)到顯示器的端到端流動(dòng)。

　　完整的系統(tǒng)模型

　　無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件的AADL設(shè)計(jì)，系統(tǒng)利用無(wú)線設(shè)備提供的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與攝像機(jī)通信。處理器按調(diào)度屬性執(zhí)行軟件組件，并限定存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器。協(xié)議反應(yīng)總線的屬性，并一直反饋到分析工具。可以定義像PCI或VME等不同的總線類(lèi)型，包括這些標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和性能特性。我們還可以定義定制無(wú)線鏈路，使它對(duì)CSMA/CA無(wú)線鏈路的特性建模。

　　工具支持

　　許多工具支持AADL架構(gòu)設(shè)計(jì)和分析。開(kāi)源AADL工具環(huán)境(OSATE)是在開(kāi)源Eclipse平臺(tái)之上的一套插件，它提供了一個(gè)集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境用于AADL模型編輯、編譯和前端分析。另外，它還包括了使用TOPCASED插件的AADL符號(hào)圖形編輯器。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功多個(gè)分析插件用于執(zhí)行各種架構(gòu)的一致性檢查、流程和可靠性分析、數(shù)據(jù)質(zhì)量和安全分析以及資源調(diào)度。