【摘 要】
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计算机联锁系统作为典型的安全苛求系统是铁路控制系统的核心部分,在保障行车安全方面起着无可替代的作用,因此必须保证其安全性和可靠性。形式化方法是提高系统可靠性和安全性的有效手段,所以使用形式化方法对联锁系统进行建模和验证对保障铁路行车安全具有非常重要的意义。但是,直接使用形式化方法对联锁系统建模不仅需要开发人员具有很强的专业知识,而且随着站场规模的扩大,其建模难度大幅上升,因此需要寻找一种更加简单高
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计算机联锁系统作为典型的安全苛求系统是铁路控制系统的核心部分,在保障行车安全方面起着无可替代的作用,因此必须保证其安全性和可靠性。形式化方法是提高系统可靠性和安全性的有效手段,所以使用形式化方法对联锁系统进行建模和验证对保障铁路行车安全具有非常重要的意义。但是,直接使用形式化方法对联锁系统建模不仅需要开发人员具有很强的专业知识,而且随着站场规模的扩大,其建模难度大幅上升,因此需要寻找一种更加简单高效的方式对联锁系统进行建模和验证。UML(Unified Modeling Language,统一建模语言)在软件开发领域应用广泛,它所建立的模型由多个视图组成,每个视图可以从不同的角度简单直观地描述系统,但是UML只是一种半形式化的语言,无法直接使用形式化的方法验证其正确性。以Promela作为输入语言的形式化验证工具SPIN可以高效地对Promela模型进行分析和验证。若是能够建立联锁系统的UML模型,并将其自动转换为形式化的Promela模型,则可以降低形式化建模的难度,提高建模与验证的效率。综上,本文提出了一种基于UML和Promela的形式化建模方法,并且使用该方法在需求分析阶段对联锁系统进行建模与验证。本文所作工作主要有:(1)首先对联锁系统的整体框架进行分析,并结合《铁路车站计算机联锁技术条件》得出联锁系统的功能需求,进而建立了系统的用例图;然后对室外设备及其接口电路进行分析,建立了各个设备的类图和状态图;最后详细分析了联锁系统的主要控制过程,为各个控制过程建立了顺序图。(2)对UML模型和Promela模型进行对比分析,制定了UML三种视图到Promela模型的转换规则。然后根据此规则在Visual Studio环境下,基于MFC框架开发了模型转换工具,实现了UML模型到Promela模型的自动转换。(3)提取联锁需求模型所应满足的技术规范,应用LTL(Linear-time Temporal,线性时序逻辑)公式对这些技术规范进行表达,并将其与Promela模型一起输入至形式化验证工具SPIN当中,检验模型的正确性。(4)以所建立的联锁需求模型为指导,针对举例站场,搭建了计算机联锁软件仿真平台,通过模拟仿真进一步验证了模型的正确性。验证结果表明:本文所提出的形式化建模与验证方法在降低联锁系统建模难度的同时,保证了模型的准确性,并且能够有效地指导联锁软件的开发工作,为计算机联锁系统的形式化建模与验证提供了新的思路。图88幅,表2个,参考文献58篇。
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