[发明专利]非形式化需求规约模板到形式化设计模型的自动转换方法

说明书

本发明公开了一种非形式化需求规约模板到形式化设计模型的自动转换方法，通过基于限定自然语言的需求规约模板，以层次化的组织形式、限制的语言描述系统或构件，在此基础上进行需求规约形成非形式化的设计说明文档，并实现整个设计说明到AADL形式化设计模型的转换。本方法能够实现对需求描述的限定，减少因自然语言二义性而产生的人为因素造成的错误，规约形成非形式化的设计说明，并自动生成AADL初始设计模型。

技术领域

本发明涉及一种非形式化设计说明的形式化转换方法，具体涉及一种非形式化需求规约模板到形式化设计模型的自动转换方法。

背景技术

随着嵌入式软件在航空电子、汽车工业、通信、核工业等安全关键领域的广泛应用，这类嵌入式系统必须保证系统的可靠性、安全性等相关性质，这类系统被称为安全关键系统(Safety Critical System)。保障这类系统的安全性、可靠性已经成为当前软件工程研究领域一个非常重要的课题。

安全性是指软件运行不引起系统危害的能力。当软件可以引起危害或者控制危害发生，则该软件是危险的。安全性分析(safety analysis)是保障安全性的一种广泛接受的方法。当前，针对软件的安全性分析工作主要集中在软件需求规约和软件设计阶段。然而在安全关键系统开发过程中，在需求描述阶段基本是采用自然语言文档来驱动。这种方式极大消耗人力和时间成本，且随着需求规模的扩大，需求文档也越发难以管理。自然语言文档最大的弊端在于，自然语言描述存在二义性、不完整性等问题，而设计完全依赖设计人员对自然语言需求文档的理解，由此导致需求和设计存在不一致，无法正确将安全性分析的结果及处理方法妥善表达在设计中，并造成最终交付的软件系统存在缺陷。这也是造成软件设计缺陷以及影响软件/系统安全性的根本原因之一。需求规约和设计建模作为软件开发过程中两个关键活动，如何实现两者之间的自动化转换受到了学术界和工业界的广泛关注。

岳涛教授等人针对传统UML用例规约描述存在的不足提出了一种限定用例建模(Restricted Use Case Modeling，RUCM)方法。它在UML用例模型的基础上，综合了自由文本和形式化语言的特点，即保证了需求的易理解性和精确性，同时又能够支持对需求进行自动化分析与验证.此外，在文献基于中间元模型UCMeta实现了RUCM到类图、顺序图、活动图的转换，并自动建立两者之间的追踪关系。此外，针对RUCM无法描述机载嵌入式软件的安全性需求的不足。吴际等对RUCM进行了扩展，添加相应的模板与限制规则，形成SafetyRUCM，使其支持安全性需求的规范化描述.然而这些工作主要从用例的角度进行需求描述，描述范围不全面，且不能充分反映嵌入式软件系统的需求特征。

为了能够清晰且无二义地描述航天型号软件的需求，董云卫等提出了航天需求描述语言SPARDL。SPARDL包括数据字典、模块和模式图三个部分，其中核心为模式图。经实践证明，SPARDL能在航天型号研究过程中有效地提高航天嵌入式软件的质量。但是SPARDL方法采用形式化需求描述方法，在实践过程中具有较大难度，且SPARDL是专门针对航天型号软件而设计，其通用性较差。

Alistair Mavin等人针对需求难以描述和表达的难题，在大量工程经验基础上，提出了一种EARS(Easy Approach to Requirements Syntax)[27]方法进行需求规约。该方法将需求大致分为Ubiquitous、Event-Driven、Unwanted Behavior、State-Driven、Optional Feature、Complex六类，并分别给出相应的需求表达模式。该方法可以有效简化需求的描述与表达难度，同时能够有效降低自然语言需求的相关缺陷，但这种需要描述方式主要针对的是功能需求，且描述范围具有一定的局限性。

安全关键软件领域常用的建模语言有UML/SysML、航空电子系统描述语言MetaH和HOOD(Hierarchical Object Oriented Design)、汽车电子系统描述语言EAST-ADL、分析设计与建模语言AADL等。