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图书信息

ANSYS SCADE Suite建模基础

中国水利水电出版社
    【作 者】荆华 沈轶烨 【I S B N 】978-7-5170-6803-7 【责任编辑】张玉玲 【适用读者群】本专通用 【出版时间】2018-08-31 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版第1次印刷 【页 数】376 【千字数】582 【印 张】23.5 【定 价】82 【丛 书】万水ANSYS技术丛书 【备注信息】
图书详情

    SCADE产品模块众多,适用于安全关键领域的嵌入式系统和软件的研制,涵盖功能安全分析、系统架构设计、控制算法设计、人机界面设计、多学科仿真应用等多个方面。本书主要讲解其中的控制算法设计软件SCADE Suite,并重点围绕三个角度进行编写:从初学者的角度出发,循序渐进地安排内容结构和知识点分布;从使用者的角度出发,介绍SCADE的基本使用方法和常用操作技巧;从工程人员的角度出发,讲述有代表性的实例、介绍通用的行业经验。

    本书收录了大量有较强代表性的示例,示例中的模型都力求准确无误,可以在PC环境下仿真运行。

    本书可作为理工科高校计算机类研究生、航空宇航类研究生、导航制导与控制类研究生以及高年级本科生的教学用书,也可供相关领域的师生、科研和工程技术人员参考。

    业内首本关于ANSYS SCADE Suite产品使用的中文书籍。

    主要遵循机载软件适航标准DO-178C/DO-331介绍产品的应用。

    结合多年课堂教学与工程使用的经验,合理安排章节内容和知识点分布。

    概念讲解力求简单明了、通俗易懂,符合初学者的要求。

    使用操作都配以详细的步骤和截图,循序渐进、深入浅出。

    本书案例详实丰富、通用性强,方便工程技术人员参考查阅。

    本书案例和习题参考答案可在出版社网站下载。

    SCADE诞生于20世纪80年代的法国,从欧洲的航空业与核能业的工程应用起步,经过30多年的发展,逐渐成为在航空航天、国防军工、轨道交通、核能重工、汽车电子等行业具有广泛应用的商业产品。

    由于SCADE专注于流程规范、标准严苛的安全关键行业,行业的特性使得其多应用于研制具有相当密级的、高难度的重大项目,因此SCADE在国内仍处于“养在深闺人未识”的状况。时至今日,市场上鲜有中文版的SCADE书籍可供大家参考学习,SCADE的推广应用也就有些“高处不胜寒”了。

    在业内众多基于模型的研制工具中,作为唯一在多个安全关键行业中以开发工具形式通过最高等级鉴定的产品,SCADE的独特优势逐渐被越来越多的国内企业认可。随着SCADE在包括C919大型客机、高铁列控系统、第三代核电仪控系统、军工先进战机等重大高端装备项目中的开展应用,业界亟需SCADE的相关培训教程。

    “要写怎样的一本SCADE书使它更适合于初学者呢?”

    这是我们写作本书时反复问自己的一个问题。SCADE产品模块众多,适用于安全关键领域的嵌入式系统和软件的研制,涵盖功能安全分析、系统架构设计、控制算法设计、人机界面设计、多学科仿真应用等多个方面。本书主要介绍控制算法设计软件SCADE Suite,并重点围绕三个角度进行讲解:

     从初学者的角度出发,循序渐进地安排内容结构和知识点分布。

     从使用者的角度出发,介绍SCADE的基本使用方法和常用操作技巧。

     从工程人员的角度出发,讲述有代表性的实例,介绍通用的行业经验。

    本书收录了大量有较强代表性的示例,示例中的模型都力求准确无误,可以在PC环境下仿真运行。

    作为ANSYS公司SCADE产品的高校合作计划伙伴之一,我们电子科技大学不揣冒昧,在已经做过三年课堂教学的基础上,结合业内多家SCADE用户的经验,编写了这本SCADE软件基础教程。希望借此抛砖引玉,吸引更多的专家学者加入到推广这款优秀产品的队伍中来。

    本书可作为理工科高校计算机类研究生、航空宇航类研究生、导航制导与控制类研究生以及高年级本科生的教学用书,也可供相关领域的师生、科研和工程技术人员参考。

    本书章节介绍

    读者可以按部就班地顺序阅读全书章节,系统地学习SCADE Suite。有使用经验的读者,也可以根据目录直接到相应章节查询相关内容。

    第1章主要介绍SCADE产品的背景、特点和未来的发展方向。本章包含一个简单的Getting Start案例,让读者快速上手。

    第2章主要介绍SCADE Suite的界面布局、基本语法和常用建模操作。学习完本章内容后,可进行以数据流为基础的建模操作。

    第3章主要介绍SCADE Suite中的状态机建模操作。SCADE的状态机又称安全状态机(Safe State Machine,SSM),适用于精确描述具有抢占、并发、同步等复杂迁移转换特性的控制流。

    第4章主要介绍SCADE Suite的高级建模操作,主要包括数组建模操作、结构体建模操作、迭代器建模操作、条件激活操作、多态建模操作。

    第5章主要介绍基于SCADE Suite模型的验证,阐述使用SCADE模型后对机载软件验证流程的简化及对应的活动项,内容包括模型仿真、模型覆盖分析、认证级测试环境、形式化验证和编译器验证。

    第6章主要介绍SCADE Suite代码与其他目标的生成,包括模型生成代码的配置、生成代码在PC平台的集成、可结合其他第三方工具的文件生成与模型对应的详细设计文档的生成。

    第7章主要介绍SCADE Suite模型的优化操作,包括模型优化的目标、基准和推荐方法,并介绍如何使用AbsInt工具进行优化结果分析。

    第8章主要介绍SCADE Suite模型开发中的项目管理,包括项目组织、配置管理、追踪管理和建模规范。

    第9章综合案例,描述取中位数的算法。

    附录是SCADE Suite关于DO-178C/DO-331目标的符合性矩阵。

    致谢

    任何一部书的成功出版都离不开多方面的努力。感谢参与本书编写的陈小平、张程灏、邢多庆、邱晓晗、吴丹杨、杨坤、王喆、毛伟、王文杰、姜强等人,他们为本书的模型示例设计、章节校对等工作耗费了很多业余时间;感谢合作伙伴ANSYS公司大中国区系统事业部的马金梭、董如怡、傅金泉、杨瑾婧、应中伟、侯东、姜平、许周文、周霄、孙晓晗、王文全,在多次的交流讨论中,他们从工程应用角度出发,结合不同行业客户的使用经验与常见问题,给出了许多有益的建议;感谢中国水利水电出版社杨元泓编辑的倾力协助,她为本书的顺利出版倾注了极大的心血;感谢电子科技大学航空航天学院的刘强、须玥、曾艳、梁伟等人在本书撰写过程中给予的关怀、鼓励与支持,他们的坚定支持是我们能完成本书的最大动力。最后,由衷地感谢所有参与过本书撰写和审阅的各位朋友。

    由于写作团队水平有限及时间仓促,书中纰漏错误之处在所难免,望各位读者不吝赐教,以便再版时我们采纳读者的宝贵建议修正不足,我们的电子邮箱是ScadeBasicTextBook@126.com。

    第1章 开启SCADE之旅 1
    1.1 背景概念简介 1
    1.1.1 嵌入式系统 1
    1.1.2 安全关键系统 1
    1.1.3 机载软件的适航标准 2
    1.1.4 基于模型的开发与验证 6
    1.2 SCADE介绍 8
    1.2.1 同步语言介绍 8
    1.2.2 SCADE产品的演进 11
    1.2.3 SCADE Suite的特点 14
    1.2.4 SCADE产品未来发展的路线图 17
    1.3 SCADE快速入门 18
    1.3.1 SCADE的适用环境和安装步骤 18
    1.3.2 创建SCADE Suite工程 23
    1.3.3 SCADE Suite 操作符和输入输出
    的创建 26
    1.3.4 飞机滚转角示例 27
    练习题 35
    第2章 SCADE Suite建模基础 36
    2.1 SCADE Suite集成开发环境常见操作 36
    2.2 SCADE数据类型 38
    2.2.1 预定义数据类型 38
    2.2.2 自定义数据类型 38
    2.3 常量 46
    2.3.1 常量的定义 46
    2.3.2 常量的使用 47
    2.4 操作符 48
    2.4.1 预定义操作符 49
    2.4.2 自定义操作符 63
    2.5 条件模块 64
    2.5.1 条件模块的概念 64
    2.5.2 条件模块的创建与编辑 65
    2.5.3 条件模块中变量的隐式赋值 68
    2.6 导入元素 70
    2.6.1 导入常量 71
    2.6.2 外部引用变量(Sensor) 72
    2.6.3 导入操作符 73
    2.6.4 导入静态库 79
    练习题 81
    第3章 SCADE Suite安全状态机 82
    3.1 安全状态机 82
    3.1.1 状态机的组成 82
    3.1.2 状态机的创建 84
    3.2 状态的设置 85
    3.2.1 状态 85
    3.2.2 初始状态和终止状态 85
    3.2.3 状态的编辑 86
    3.3 迁移的设置 89
    3.3.1 迁移 89
    3.3.2 迁移的条件和行为 89
    3.3.3 迁移的触发 91
    3.3.4 迁移和初始状态 91
    3.3.5 迁移的编辑 91
    3.4 状态机中变量的隐式赋值 98
    3.4.1 变量的隐式赋值 98
    3.4.2 定义变量的Last值 99
    3.4.3 定义变量的Default值 100
    3.4.4 同时定义变量的Last值和
    Default值 101
    3.4.5 同时不定义变量的Last值和
    Default值 102
    3.5 Signal(信号量) 104
    练习题 105
    第4章 SCADE Suite高级建模设计 106
    4.1 数组操作 106
    4.1.1 数组的创建 106
    4.1.2 数组元素的获取 108
    4.1.3 数组操作 110
    4.2 结构体操作 112
    4.2.1 Data Structure操作符 112
    4.2.2 Make操作符 113
    4.2.3 Flatter操作符 113
    4.2.4 Project操作符 114
    4.3 迭代器建模 114
    4.3.1 迭代器的创建和循环次数设置 115
    4.3.2 map迭代器 116
    4.3.3 fold迭代器 117
    4.3.4 mapfold迭代器 117
    4.3.5 mapi 迭代器 122
    4.3.6 foldi迭代器 124
    4.3.7 mapw迭代器 125
    4.3.8 foldw迭代器 126
    4.3.9 mapwi迭代器 128
    4.3.10 foldwi迭代器 130
    4.3.11 mapfoldi迭代器 131
    4.3.12 mapfoldw迭代器 133
    4.3.13 mapfoldwi迭代器 135
    4.4 条件激活操作 136
    4.4.1 条件激活操作符的创建 137
    4.4.2 Boolean Activate操作符 137
    4.4.3 Restart操作符 140
    4.5 多态建模 141
    4.5.1 数组大小的参数化 141
    4.5.2 变量类型的参数化 142
    4.5.3 操作符行为的参数化 143
    4.6 仿真相关的设置 146
    4.6.1 Assume和Guarantee 146
    4.6.2 精度的设置 147
    练习题 148
    第5章 SCADE Suite基于模型的验证 149
    5.1 基于SCADE Suite模型的验证流程 149
    5.1.1 DO-178C的传统验证手段 149
    5.1.2 基于SCADE Suite模型的验证工作 152
    5.2 基础验证活动 156
    5.2.1 SCADE模型检查器 156
    5.2.2 SCADE模型仿真 157
    5.2.3 SCADE覆盖分析 167
    5.3 认证级测试环境QTE 182
    5.3.1 SCADE QTE的工作流 182
    5.3.2 创建测试工程 183
    5.3.3 设计仿真用例和仿真规程 184
    5.3.4 QTE在主机上的功能测试 193
    5.3.5 QTE在主机上的模型覆盖分析 197
    5.3.6 QTE在主机上的代码覆盖分析 201
    5.3.7 QTE在目标机上的测试 203
    5.3.8 QTE下多操作符验证的注意事项 205
    5.3.9 仿真结果的评审 208
    5.4 SCADE的形式化验证 208
    5.4.1 安全属性 208
    5.4.2 形式化验证的工作流 208
    5.4.3 形式化验证工具Design Verifier 209
    5.4.4 形式化验证实例 210
    5.5 SCADE编译器验证套件 218
    5.5.1 编译器的验证 218
    5.5.2 C语言安全子集 219
    5.5.3 CVK的内容与使用方法 220
    5.5.4 使用SCADE CVK的注意事项 222
    练习题 223
    第6章 代码和其他目标的生成 224
    6.1 代码生成 224
    6.1.1 代码生成的配置 224
    6.1.2 单个操作符的代码生成配置 240
    6.1.3 创建并保存自定义配置 242
    6.2 代码集成 242
    6.2.1 代码生成步骤 242
    6.2.2 生成代码的集成 243
    6.2.3 代码集成的其他考虑 245
    6.3 Simulink的S函数生成 245
    6.4 NI VeriStand生成 247
    6.5 FMU生成 249
    6.5.1 Modelica协会与统一建模语言 249
    6.5.2 FMI标准与FMU文件 249
    6.5.3 Suite生成FMU文件 250
    6.6 Adaptor生成 252
    6.7 设计文档生成 253
    练习题 258
    第7章 SCADE Suite模型的优化 259
    7.1 模型优化的目标和基准 259
    7.1.1 安全关键系统的软件规模在增长 259
    7.1.2 MBDV方法的优势 261
    7.1.3 模型优化的目标和准则 261
    7.2 布局格式优化 264
    7.2.1 布局格式的推荐规范 264
    7.2.2 编辑技巧 267
    7.2.3 自定义样式 276
    7.3 模型优化 280
    7.3.1 模型优化的内容和要点 280
    7.3.2 模型优化示例 281
    7.4 最坏运行时间与堆栈分析 290
    7.4.1 TSO介绍 290
    7.4.2 TSO使用方法 291
    7.5 性能优化案例 296
    7.5.1 算法一:基于过程的传统C语言
    编程的思维 296
    7.5.2 算法二:优化的基于过程的思维 299
    7.5.3 算法三:选择恰当的迭代子 301
    7.5.4 算法四:关注数据的SCADE Suite
    建模最佳方式 303
    7.5.5 WCET分析结果 305
    7.5.6 堆栈分析结果 305
    练习题 306
    第8章 项目管理 307
    8.1 项目组织 307
    8.1.1 命名规则 307
    8.1.2 工程管理 307
    8.1.3 文件管理 311
    8.2 追踪管理 312
    8.2.1 DO-178C中追踪管理的要求 312
    8.2.2 SCADE RM Gateway 313
    8.2.3 普通文本类型文件的追踪 318
    8.2.4 SCADE文件的追踪 333
    8.2.5 验证相关文档的追踪 335
    8.2.6 生成快照 338
    8.2.7 生成追踪矩阵 339
    8.3 配置管理 341
    8.4 建模规范 343
    练习题 343
    第9章 综合案例 344
    9.1 目标 344
    9.2 中位数计算设计实例 344
    9.2.1 Torben算法求中位数简述 344
    9.2.2 实例创建步骤 345
    附录1 缩略词汇总和常用词定义 358
    附录2 SCADE Suite关于DO-178C/DO-331目标的符合性矩阵 360
    参考文献 367
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