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1、论文 重庆大学研究生文献综述及学位论文选题报告hq0424研究生文献综述及学位论文选题报告学 院 自动化 专 业 系统工程 研究生姓名 黄奇 学 号 20051302073 学位级别 硕士 指导教师 熊庆宇 入学年月 2005年9月 重庆大学研究生院 填表日期2007 年 3 月 23 日 说 明 一、论文选题报告由研究生向系 (研究室)汇报并听取意见后，整理成文填写。 二、研究生应在入学后的第三学期内完成选题报告。 三、本表须作为答辩申报材料之一。一、论文选题报告 （申请时间： 年 月 日）论文题目：工业自动化仪表嵌入式软件系统构建方法研究研究方向：系统工程理论与方法课题来源国 家项 目部、

2、省级项 目横 向联 系自 拟合 同编 号经 费 数（万元）题目类型基 础研 究应 用研 究工 程应 用其 它面向智能仪器仪表的嵌入式软件开放平台及其支撑环境研究CSTC, 2004AA2001-8277-02重庆市科技攻关重点项目30万元2004.82005.12支持普适计算的多嵌入式系统理论及应用研究CSTC, 2005BA2018重庆市重点自然科学基金20万元2005.32007.6嵌入式实时多任务操作系统与开发平台及产业化CSTC, 2004AC2020重庆市科技攻关重点项目10万元2004.82005.12普适计算基础与多嵌入式系统理论及应用研究CSTC, 2004BB2144重庆市自

3、然科学基金2万元2004.82005.12普适计算环境下的嵌入式系统软件理论及应用研究CSTC, 2004BB2143重庆市自然科学基金2万元2004.82005.12工业自动化仪器仪表嵌入式系统开发平台重庆市科委2007重大专项智能化仪器仪表重点攻关项目一、文献综述1国内外现状自20世纪60年代人们认识到软件危机、并提出软件工程以来，已经对软件开发问题进行了不懈的研究，近年来人们认识到，要提高软件开发效率，提高软件产品质量，必须采用工程化的开发方法与工业化的生产技术。这包括技术与管理两方而的问题：在技术上，应该采用基于复用的软件生产技术；在管理上，应该采用多维的工程管理模式。软件复用是一种简

4、单的思想。系统化的软件复用的基本概念相当简单（Mcllroy, 1969）：开发尺寸合适的组件系统，并复用这些组件，然后扩展“组件系统”的思想，使其超出单纯的代码范畴，扩展到需求、分析模型、设计和测试1。软件复用是在软件开发中避免重复劳动的解决方案，其出发点是应用系统的开发不再采用一切“从零开始”的模式，而是以已有的工作为基础，充分利用过去应用系统开发中积累的知识和经验，如：需求分析结果、设计方案、源代码、测试计划及测试案例等，从而将开发的重点集中于应用。国际上，软件复用在领域工程、构件及构件库的标准化、构件组装技术、基于复用的软件开发过程和复用成熟度模型等方面取得了重大成功。如：卡内基梅隆大

5、学的软件工程研究所（CMUSEI）提出了面向特征的领域分析方法(Featureoriented Domain Analysis methodFODA)，并将该方法成功地运用于美国空军运动控制等领域。美国军方与政府资助的项目中，己建立了若干构件库系统，如：CARDS、ASSET、DSRS等。 STARS 项目组于 1992 年提交了ALOAF（Asses Library Open Architecture Framework）开放体系结构的构件库框架 Version l.2。这一报告体现了 ALOAF 对可复用构件库系统的认识，并就此实现了ALOAF规约作为该参考模型的实例。Caldieri和B

6、asili提出了基于复用的软件开发过程。IBM 和Loral Federal System公司研究出了复用成熟度模型等等2,3。在国内，软件复用技术现己在国内应用于许多领域，如小型探测卫星系统软件的可复用性结构设计，它不仅缩短了开发周期，节省了大量的人力和财力，而且使得当需要在卫星上采用一种新技术或改变原系统结构时，不会出现整个星载软件系统的大量改动或重新设计4。又如“基于构件技术的商业DDS”，应用了软件复用思想，开发了“保本保利分析”、“商品适销率分析”等商业DDS构件，取得了令人满意的效果5。软件复用展现给了人们美好的前景和蓬勃的生机，也对软件复用技术提出了前所未有的挑战。因此，在分析、

7、抽取嵌入式软件系统本质特征的基础上，构建针对某行业的通用、易用、快速、高效的嵌入式软件系统开发方法，同时使系统具有开放性，灵活地适应需求的变化，并易于维护、更新、优化，并逐步推广、深入，最终实现 “平台开发战略”。2课题意义本文来源于重庆市科委重点攻关项目面向智能仪器仪表的嵌入式软件开放平台及其支撑环境研究。工业自动化仪器仪表是集传感器技术、信号处理技术、计算机技术、网络通信技术于一体的高新技术产品，这类产品技术含量高、市场容量大、应用面广，工作环境恶劣，可靠性和测量精度要求高，是仪器仪表行业研究的重点课题。制造是七、八十年代企业竞争的关键领域，而二十一世纪企业竞争的主战场将是产品开发，要想在

8、激烈的市场竞争中占有一席之地，企业就必须通过产品开发赢得胜利。而目前，作为工业自动化仪器仪表处理核心的软件系统的构建都是从零开始，由软件工程师在硬件结构上按照仪器仪表功能进行嵌入式软件编码，这使得工业自动化仪器仪表产品研发周期长、难度大、效率低、出错率高、成本也居高不下。因此，工业自动化仪器仪表嵌入式软件系统构建方法越来越引起学术界和产业界的高度重视。软件复用技术的实质在于它能显著提高软件的生产效率，增强软件可维护性和鲁棒性，从而达到延长软件的生命周期，降低开发成本和缩短开发周期的效果，因此对软件复用方法的研究一直是软件工程中的重点和热点6,7。传统上的软件复用一般是指程序源代码的复用（存在于

9、大量的己有系统开发实践中），但这并不能给软件开发效率带来数量级上的提高。事实上，复用还包括软件的分析、设计、实现、维护阶段以及相应的文档、知识等一切与软件开发过程有关的内容。为更好地利用前期的开发成果，在最初的分析、设计过程中就应该以一种复用的思想来指导整个建设过程。对干一个特定领域来说，通常其工作流程和规范大多是相同或相似的。当软件开发人员为该领域中的某个企业设计、开发系统后，其大多数成果可以经过重新整合、提炼，再运用到同领域的其他企业，不必对类似的项目从零开始开发8,9。这样既可以解决功能方面的需求问题，又能提高系统的灵活性和可靠性，缩短开发周期。这在当今的许多系统建设中己得到检验。通过研

10、究工业自动化仪表嵌入式软件系统构建方法，建立相关的规范和标准，并实现前期开发的嵌入式软件资源的标准化和构件化。应用领域人员在开发时，可以得到完整的物化形态，即软件包、或IC芯片、或硬件模块，进一步可推广到平台化的商品生产与应用，并通过推广，逐渐集研发、测试、标准化、服务、培训、产业化于一体，对支撑整个工业自动化仪表行业嵌入式系统开发及相关支撑环境的构建有十分重要的意义，对重庆市仪器仪表行业传统开发模式的改造有一定的推动作用。 二、课题研究目的、内容、技术路线1目的在工业自动化仪器仪表行业的嵌入式软件系统开发中，软件资源的有效积累和管理是提高企业核心竞争力的关键。目前，作为工业自动化仪器仪表处理

11、核心的软件系统的构建都是从零开始，软件开发过程中的大量可重用代码和资料没有得到很好的积累和管理。本课题主要针对这一现状，基于系统化软件复用的思想，研究并提出适合工业自动化仪表行业的嵌入式软件系统构建方法。2内容1 系统化软件复用的基本思想系统化的软件复用就是软件单元有目的的创建、管理、支持和复用。软件复用不仅仅是对程序的复用，它还包括对软件生产过程中任何活动所产生的制成品的复用，如项目计划、可行性报告、需求定义、分析模型、设计模型、详细说明、源程序、测试用例等等。本课题研究系统化软件复用的基本思想、软件工程过程的分类、软件单元的创建及复用方法。2 软件构件实现的标准规范一般认为构件是具有一定功

12、能、能够独立工作或同其他构件组合起来协调工作的程序体。本课题研究目前主要的几种不同的构件实现规范和构件模型，如微软的COM、COM+、SUN 公司提出的JavaBeans/EJB构件规范等。3 工业自动化仪表嵌入式软件系统开发方法工业自动化仪表领域是目前没有可重用组件的领域，本课题针对这一现状，首先进行领域分析。研究研究面向工业自动化仪表行业的开发流程，规范开发者的行为，使之能够生成带有可以预测的标准接口的构件。研究嵌入式软件资源的封装与标准化，研究资源管理系统体系结构、软硬件资源库、文档库、案例库和仪表辅助开发工具库的建立和集成方法。4 开发方法的应用基于本课题研究的开发方法，实现实际仪表嵌

13、入式软件系统的快速构建、软件资源的标准化及入库。3技术路线本课题采用基础理论研究与工程项目建设相结合的方法，根据研究目标、研究内容和解决的关键问题，提出工业自动化仪表嵌入式软件系统的构建方法。（1）调研现有工业自动化仪表嵌入式软件开发模式与方法，通过领域分析和需求分析，明确企业在开发过程中的实际困难与需求。（2）研究系统化软件复用的基础理论和软件构件实现主流的标准规范，为课题提供理论依据和理论基础。（3）根据需求分析结果与软件复用理论相结合，提出工业自动化仪表嵌入式软件系统构建方法，并提出资源管理系统体系结构，研究软硬件资源库、文档库、案例库等相关内容的集成。（4）在实际仪表嵌入式软件系统开发

14、中应用本方法，改进并完善相关内容，实现嵌入式软件系统的快速构建和资源标准化，建立相关规范。三、创新之处、拟解决的关键问题1创新之处（1）将软件复用思想应用到工业自动化仪表领域，提出面向工业自动化仪表行业的嵌入式软件系统构建方法；（2）提出资源管理体系结构和各资源库相关内容的集成方法，实现基于该方法的实际仪表嵌入式软件系统开发。2拟解决的关键问题（1）工业自动化仪表领域分析和需求分析；（2）基于系统化软件复用思想的工业自动化仪表嵌入式软件系统构建方法原理；（3）资源管理系统体系结构及系统集成方法；（4）基于该方法的实际仪表嵌入式软件系统开发。四、预期目标提出基于系统化软件复用思想的工业自动化仪表

15、嵌入式软件系统构建方法，描述原理；提出资源管理体系结构和各资源库相关内容的集成方法；实现基于该方法的实际仪表嵌入式软件系统开发。五、可行性论证（1）本课题的理论基础是系统化的软件复用，该理论成熟，理论基础可靠。国外企业，如IBM，国内企业，如华为，都有相关的应用及配套开发平台建立；（2）本课题的项目来源是在对仪器仪表行业和嵌入式软件企业调研的基础上提出的，并经过诸多专家的论证认为是可行的；（3）拥有嵌入式系统开发所需的装置和软件环境，包括51系列、ARM系列等高低端不同档次的开发环境和调试设备及相关的软硬件开发测试工具，适用于不同种类、不同档次的仪表嵌入式软件系统开发；（4）本文来源课题得到了

16、重庆市科委的项目支持，在资金上提供了保证；研发过程中与中国四联仪器仪表集团等仪器仪表企业紧密合作，相关调研和研究内容已经展开，保证开发方法的实用性；（5）作者一直在从事该领域研究工作，并参加了相关项目的研究；参加了课题来源项目的调研、策划和设计，并实际负责项目开展与实施。六、参考文献1 雅各布森 (Jacobson, I.) 等著, 韩柯译. 软件复用：结构、过程和组织M. 北京: 机械工业出版社, 2003: 6-41.2 杨芙清, 邵维忠, 梅宏. 面向对象CASE环境JB型系统的设计和实现. 中国科学, 1995,(5).3 杨芙清, 梅宏, 李克勤. 软件复用与软件构件技术. 电子学报

17、, 1999,27(2): 68-75.4 洪炳熔, 卢东听. 基干软件总线的小卫星系统软件可重用结构设计. 计算机工程, 1999, 25(8): 54-57.5 傅韶勇等. 组件化分布式应用平台的研究与设计. 小型微型计算机系统, 1999, 20(12): 885-889.6 Foreman-John, etal. Software Technology Review CMIJ/SEL, June 1997.7 梅宏. 软件复用技术研究与应用. 科技与经济. 2002年增刊 第15卷: 39-49.8 Ruben, Priety-Piaz. Domain Analysis: An Int

18、roduction. Software Engineering Notes. 1990,9,15(2): 47-54.9 Gacek C. Exploiting Domain Architectures in Software Reuse. ACM Software Engineering, 1995, 20(8): 229-232.10 万建成, 卢雷. 软件体系结构的原理、组成与应用M. 北京: 科学出版社, 2002.11 Graham L. Requirement Engineering and Rapid DevelopmentM. Addison Wesley, 1998.12 陆

19、惠恩, 陆培恩编著. 软件工程简明教程M. 电子工业出版社, 2005.13 中国仪器仪表行业协会.中国仪器仪表行业概况EB/OL. 14 杨欣荣. 智能仪器原理、设计与发展M. 长沙：中南大学出版社, 2003, (07): 128-129.15 耿刚勇, 李渊明, 仲萃豪. 基于构件的应用软件系统的体系结构及其开发模型J. 计算机研究与发展, 1998 (7): 143-145.16 曾广周, 孙红梅. 基于软构件的软件开发方法研究J. 计算机研究与发展, 1998 (11): 64-67.17 NATO Communications and Information Systems Age

20、ncy NATO Standard for Management of a ReusableSoftware Component Library 1991.18 NATO. NATO standard for software Reuse Procedures. NATO contact number CO-5957-ADA，1991,3.19 唐晓晨等. Internet 内部基于数据库的动态信息技术. 电子学报, 1999, 27(8): 99-101.20 孙艳春等. 一个基于Internet的构件库管理系统JBCLMS. 计算机工程, 2000, 26(11): 85-86.21 李庆

21、如, 麦中凡. 领域分析: 为软件重用产生有用的模型. 计算机研究与发展, 1999, 36(10): 1188-1196.22 薛春光, 吴绍东 软件复用技术及其展望. 天津理工学院学报, 2002, 18(1): 68-71.23 吕京建, 肖海桥, 面向二十一世纪的嵌入式系统综述, 24 吕京建, 肖海桥, 嵌入式处理器分类与现状, http:/www.bol-system.con/25 薛钧义, 武自芳主编. 微机控制系统及其应用. 西安交通大学出版社. 2003.26 孙玉芳, 梁彬等译. 嵌入式计算系统设计原理. 机械工业出版社. 2001.27 (美)Jane W.S.Liu著.

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25、and Microsystems, 2000，24(10): 493-499.37 Gong J, Gajski DD, Bakshi S. Model refinement for hardware-software codesign. ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems, 1997, 2(1): 22-41.38 Arpnikanodt C, Madisetti VK. Constraint-Based codesign of embedded systems: the UML approach. Tech

26、nical Report, Center for Signal and Image Processing, School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, 1999.39 赵川, 徐涛, 孙晓光. 软硬件协同设计方法的研究. 计算机工程与设计. 2003, 24(7).40 张军本, 宁伟, 王强. 基于构件的分布式软件体系结构设计. 哈尔滨理工大学学报, 2001, 6(3): 11-14.41 舒忠梅, 左亚尧. 软件体系结构与组件技术. 微机发展, 2002(4): 31-33

27、.42 逯鹏, 赵峰. 基于构件构架的开发方法及其应用. 郑州工业大学学报, 2000, 21(4): 58-61.选题报告论证记录（含时间、地点、参加人，提问及回答要点等）：时间：2007年3月25日地点：主教2508参加人：石为人、梁山、鲜晓东、范敏、蔡章利、测控组网及信息安全研究中心全体同学提问及回答要点：1什么是软件复用？有哪些分类？软件复用是一种简单的思想。系统化的软件复用的基本概念相当简单（Mcllroy, 1969）：开发尺寸合适的组件系统，并复用这些组件，然后扩展“组件系统”的思想，使其超出单纯的代码范畴，扩展到需求、分析模型、设计和测试。根据Krueger等人的分类标准，可将

28、软件复用按复用粒度大小和抽象层次的不同，分为小粒度、中粒度和大粒度复用三类。2为什么要进行领域分析？目前，工业自动化仪表领域是没有可以重用组件的领域，不能直接按照软件复用的思想直接建立相关的开发平台和资源管理平台。领域分析是从行业的角度进行分析，与需求分析又略有不同。本文中的领域分析可简单解释为行业分析，需求分析简单解释为开发人员实际要求分析。3打算以什么方式来实现？文章拟提交完整的开发方法理论描述与论证，并通过建立相关系统的简单架构或依赖整个项目建立的开发平台，逐步建立并完善资源库系统，添加嵌入式软件资源，并基于该方法，实现某一具体仪表的嵌入式软件资源的快速组装与开发。4课题的内容和项目的内

29、容是一个什么样的关系？课题的主要内容是项目主要思想的一个提炼，偏重于方法本身的理论来源、理论论证以及简单的实现，是项目内容的重要组成部分。项目内容还有更大量的工作，如：具体的开发环境的搭建、资源管理系统的建立、相关规范制度的制定和在使用过程中的不断完善。5 课题的内容有什么创新？ 课题从实际出发，理论结合实际，将软件复用的思想引入工业自动化仪表领域，并针对资源管理系统的建立和集成方法展开研究，对工业自动化仪表行业进入“平台化开发战略”和项目的具体实施有一定的推动作用。主持人：石为人记录人：刘路明2007 年 3 月 25 日二、论文工作实施计划论文工作的具体进度与安排（含调研、完成时间等）起止时间内 容 摘 要备 注2006.122007.03项目调研和理论研究，包括相关资料查询。2007.042007.06领域分析与开发方法理论论证。2007.062007.08资源管理系统体系结构与各资源库集成方法研究。2007.092007.12开发方法完善与实现，在实际产品研发中得到应用2008.012008.05论文的撰写。指导教师综合意见：利用GPS/GIS数据，建立一个智能的物流车配送调度系统的模型，研发出基于GPS/GIS数据的软件平台，并应用算法，完成对智能物流车配送路线的最优规划，给出仿真对比结果指导教师签名： 年 月 日