客房控制系统
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇客房控制系统范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
客房控制系统范文第1篇
关键词RCU控制系统 插卡系统 客房空调系统控制
中图分类号： S611 文献标识码： A
引言
通过国外星级酒店的参观学习以及国内酒店行业的了解，在目前的酒店行业中，随着酒店规模的不断扩大和服务层次的提高，酒店业务量和复杂程度的逐渐加大，对酒店管理的要求也越来越高。由此，基于网络的客房酒店智能监控一体化平台便应运而生。网络型客房信息与控制系统集智能灯光控制、空调控制、服务控制与管理功能于一体，具有智能化、网络化、规范化特点，将科学的管理思想与先进的管理手段的相结合，帮助酒店各级管理人员和服务人员对酒店运行过程中产生的大量动态的、复杂的数据和信息进行及时准确的分析处理，从而使酒店管理真正由经验管理进入到科学管理。
客房控制管理系统是客房管理体系的重要组成部分，配合其他管理网络可以更好利用现有的微型计算机网络技术为客人提供全面的、及时的、隐形的服务。为客房管理者提供具有定量，定性的客房状态管理监督制度，可以大大的提高客房管理效率。
网络通讯控制程序控制各类客房状态、服务状态，通过系统的网络布线，并通过网络接口程序以RS-232C或TCP/IP通讯协议与各类软件客房计算机管理系统联接，以约定的通讯协议进行数据交换控制。
一、系统组成
一个完整的酒店客房信息与控制系统由以下三部分构成：
单客房系统（以RCU为核心构成，可独立运行）；
通讯系统（客房、楼层、中心三级通讯，通过RS485总线或TCP/IP以太网构成）；
系统软件（运行于C/S结构的网络系统）。
RCU系统控制原理图：
二、需求分析
1、客房照明系统控制
在客房内对灯光控制由客房管理系统控制箱对客房内的照明灯光进行编程逻辑控制。
目前国内流行趋势控制线路既要简单，还要符合人们的生活习惯。一个客房内的照明是多种多样的，客房内有床头灯，台灯，落地灯，夜灯等。卫生间内有镜前灯，顶灯等。如此众多的灯具，一地、二地、甚至三地控制要求较为复杂。
酒店客房内采用墙面控制开关对照明灯光进行控制，只能对酒店客房内灯具进行简单的控制。通过对客房内墙面控制开关状态判别，通过编制工程控制要求的控制程序，实现对酒店客房内照明灯具的逻辑控制、场景控制、分时段控制和无任何约束条件的控制。可灵活配置开关控制面板，实现异地控制。接线简单，可靠性高。卫生间照明可安装远红外探测器有人即亮，无人延时关灯。即可减少开关面板及复杂的控制线路又可节约能源。同时能显示高档与时尚。（如：在任何时间段推开客房门廊灯亮、在环境亮度不够时推开客房门廊灯与指定的灯具亮，在晚18：00点-早8：00点插入钥匙卡点亮左、右床头灯30%，按动总开关关闭所有受控灯具、再次按动任意开关可点亮任何一个指定灯具或某个组合灯具。）在系统控制箱内接入应急照明，平时与客房内其他灯具一样正常启闭。在火灾时切断非消防电源的情况下能自动开启应急照明。
2、客房状态管理和服务控制
在客房内设置服务类控制开关，由客人根椐需求选择控制。在网络上显示请勿打扰、、紧急呼唤、清洁客房、客人入住以及客房门、客房内保险箱门的开启与关闭状态。并且可将客人需要服务的时间与酒店服务人员响应的时间记录，以便酒店对酒店服务人员的工作进行考核。
3、网络控制程序
每个客房控制箱内的微处理器，可将客人的服务需求、客房服务人员工作状态以及工程控制状态，通过网络通讯控制程序发送至酒店相关部门，并且可按酒店管理方的管理模式与工作流程来编制酒店客房状态管理程序、服务功能显示控制程序、工程状态控制管理程序，将原酒店客房各类状态的计划转化为住店客人的需求。
4、客房空调系统控制
在酒店客房空调系统的用电量约占整个酒店用电量约40%~50%左右，因此酒店客房空调节能有着重大的意义。
常规酒店采用当客人离开客房时取出节电钥匙牌后，关闭空调系统运行达到节能目的。但这种控制方式在夏季或冬季，温度很快回升到高温状态或降低到寒冷状态。住店客人再次重新进入房间后会感到较热或较冷而不舒适。并且由于酒店客人的流动性非常高，使酒店客房内的温差非常的不稳定，导致酒店客房内的装饰材料与客房内的家具提前老化，给酒店工程部加大工作量。也有酒店采用当客人离开客房时取出节电钥匙牌后，不关闭空调系统运行，依然保持客人原来调节的温度状态，这样以来虽然客人回到客房内感觉舒适，但客人长时间外出空调系统一直运行，给酒店的运行成本造成很大的浪费。
而高档酒店既要考虑节能又不能降低舒适水准，采用致远AM系列酒店客房管理系统可解决此矛盾。该系统可把酒店客房的空调状态细致的区分为四种状态模式：出租客房空调运行状态、出租客房夜间睡眠空调运行状态、待租客房空调运行状态及空置客房空调运行状态。及时有效的控制了酒店能源的成本。
在住店客人离开客房取出节电钥匙牌后断开照明灯具、电源插座供电外，空调系统即刻由客人设置的空调状态转到出租客房空调运行状态(保持节能舒适空调温度)。到夜间特定时间段（具体时间由酒店管理方拟定）系统自动由客人设置的空调状态转到出租客房夜间睡眠空调运行状态(保持节能夜间睡眠空调温度)。当网络控制程序设置为待租客房状态、退租客房状态时，无论客房钥匙卡盒内是否插入服务员人员钥匙卡、管理人员钥匙卡。空调系统即刻转为待租客房空调运行状态(保持节能保养空调温度)，将空客房空调保持保养温度为冬季18度，夏季28度。当网络控制程序设置为空置客房状态时，客房内空调系统断电关闭。
三、系统控制功能
灯具： RCU系统灯具最大回路为13路。其中含两路调光回路。
调光回路最佳功率为60W。其它灯具回路在220W以内。
服务功能：
1 请勿打扰 + 清洁房间 + 门铃开关 + 住客显示 + 请稍候
请勿打扰和清洁房间具有互锁功能。
客人离开房间后只保留清洁房间，请勿打扰自动取消。
当客人按下请勿打扰后，门铃自动锁止。
当客人进入房间插卡后，门外有LED指示灯亮，服务员可依据判断客人在房内。
当客人按下请稍候时，门外自动显示，五分钟后请稍候自动取消。
2 插卡取电（12V弱电控制）
插卡后点亮欢迎模式：早8：00-18：00 白天欢迎模式（只点亮廊灯）
晚18：00-8：00 夜间欢迎模式（点亮相应指定灯具）
插卡取电带识别卡功能：识别客人卡和服务员卡。远程传输插卡信息。
3 电子叮咚门铃（12V弱电门铃）
安装于RCU控制箱内。受门外门铃按钮控制。在客人按下请勿打扰时，门铃锁止。
4 门磁传感器（12V弱电传感器）
安装于客房门上方，距离合页最远处。
功能：触发欢迎模式，监控门的状态，客房门开启超过三分钟后自动关闭空调。
5 紧急呼叫开关（SOS）
安装在浴缸和恭桶之间，高度在80厘米。外加防水罩并印有警示文字说明，客人在紧急情况下按下SOS，客房服务中心会马上报警。
空调： 四管制空调系统
1、有人模式：客人进入房间插卡后，风机受墙面温控器控制，风速：高中低和温度由客人决定。
2、无人模式：客人离开房间拔卡后，风机受RCU控制，风速为低速，温度受计算机设定控制。计算机可远程调整客房温度。
3、客房空调系统可依据房态的变化进行开启或关闭。亦可与酒店前台管理系统联网使用。
4 、在RCU系统安装有客房门磁传感器时，可定义在客房门开启超过三分钟后自动关闭空调系统。此功能主要应用于客房服务员每天清扫客房时的节能设计。
电动窗帘：RCU系统可控制电动窗帘的开启与关闭。提供开关控制信号。
衣柜灯门磁开关：门磁传感器自动点亮衣柜灯，此灯有十分钟延时自动关闭功能。
客房控制逻辑表：
客房RCU系统图：
客房控制系统范文第2篇
[关键词] 集散控制系统；工程设计；教学改革
21世纪是信息技术快速发展的时代，社会生产力的发展和人们生活质量的提高也越来越依赖于信息技术的发展，自动化科学与技术、信号的检测、分析、处理、控制和应用等各个方面，是信息技术的重要组成部分。在新的经济形势下，实现工业生产的自动化，要坚持走科技含量高、经济、能耗低、污染少、可持续发展的道路。集散控制系统(DCS)是实现工业自动化和企业信息化最好的系统平台，是当今工业过程控制的主流[1]。
《集散控制系统》课程的教学目的，在于对学生进行控制工程设计能力的培养，通过课堂学习，使学生掌握集散控制系统的原理、结构、设计与实际应用的基础性、通用性，了解基本的集散控制系统的应用和工程设计的一般方法。在此基础上，必须通过教学和工程实践相结合，才能真正掌握应用，形成学生自身的能力。为此,我们在《集散控制系统》课程的教学改革方面做了做了一些初步的尝试。
一、把课堂教学由单纯的教师传授过程，改为师生互动的研究过程
针对《集散控制系统》课程对学生具备工程实践能力和动手能力培养的要求，首先对课程的教学学时进行合理分配，教学过程中，采用任务驱动及理论实践相结合的方法进行理论教学和过程考核。本课程共48学时，用30学时主要进行集散控制系统的概念、原理、结构及设计进行理论讲解，在适当的章节针对具体的工程问题给学生布置任务，如对化工生产过程进行模拟控制系统的设计，DCS在锅炉控制系统中的应用，DCS在热力发电厂机主蒸汽系统中的应用等，学生分组进行方案设计，对比后得出最佳技术方案。用12学时进行过程指导，6学时进行结果评估。评估的方式主要以学生汇报、作品演示为主，教师进行点评指正。因此，课堂的教学活动，由教师单纯的传授知识的过程，改为师生互动的研究过程。这种教学方式，对学生来讲，不但激发了学生学习的兴趣、积极性和主动性，还培养了学生依据所学专业知识，查阅大量控制工程领域文献资料的能力，这对培养大学生自主学习能力及科技创新能力有极大的帮助。对教师来讲，针对学生任务中出现的问题进行有针对性的讲解，采用多种教学方法相结合，灵活应用，不但帮助学生更快、更好的学习专业知识，也使教师在教学过程充满了乐趣，对教学也越发感兴趣。本课程教学方式的改革，使学生变成了学习的主体，体现了以人为本的教育理念。教学中突出了学生的个性发展，培养了学生自主学习、独立钻研的能力。
二、将单一课程的教学化为相关专业知识的综合运用和训练
传统的教学方法仅限于本课程理论知识的传授，缺乏对专业知识综合运用的训练， 学生往往体会不到所学知识的真正用途，学习的积极性和主动性不高，学习效果不佳。《集散控制系统》课程，是自动化、热能动力、化学工程等专业的学生，在学完了相关的专业课之后，开设的综合性很强的专业课。而上述不同的专业各自又有不同的专业课，相关的生产过程对DCS系统又有不同的要求，因此，本课程的教学必须针对不同专业的生产过程，安排理论教学和实践教学。我们认为，任何一本教科书，都难以做到把不同的专业知识结合起来，而教师的课堂教学活动却可以把相关学科、相关课程的知识，进行有机地交叉和渗透，把单一课程的教学过程与相关专业知识的综合运用和训练相结合。这是对专业课教学更高层次的要求，也是教师在备课过程中对教学内容进行再创作的出发点。
例如：对热能动力专业，我们给定单台锅炉控制的工艺流程和基本参数，要求学生根据不同的参数，分别计算出锅炉燃烧所需要的空气量和供水量；根据计算结果选用水泵、风机、电动机等锅炉辅机设备，进而选择测控点，对控制仪表选型，最终确定DCS系统的设计方案。显然，这样的教学活动，已经不再是DCS一门课程的内容，而是热工仪表、控制工程、机械设备、电力拖动等相关专业课程知识的综合运用。我们把一个教学班分成几个小组，每组五至七位同学。每一组同学都要独立设计出适合本组参数的控制方案出来。在此过程，学生自己查阅资料，自己组织选择控件，对该项目进行组态模拟。这就要求学生将所学理论知识应用到工程实际中，进行实践训练，培养了学生自主学习的能力及综合应用知识的能力，同时也培养了学生学习的积极态度，极大地提高了学生的学习效率。
教学实践证明，只有把DCS课程的教学活动和具体的工程设计相结合、将单一课程的教学化为相关专业知识的综合运用和训练；才能真正培养学生的能力，收到良好的教学效果。
三、把课程考核方式由对书本知识的考核改为对工程设计能力的考核
客房控制系统范文第3篇
关键词：水泵房；可编程序控制器； 自动的
引言
随着现代化技术的迅猛发展，计算机技术的普遍应用，在生产和生活质量方面都有了很大改进。尤其是在解放劳动力方面有了很大改观，比如：有些环境比较恶劣，可以将人完成的任务交给机器人来完成。还有原来由人24小时监控来完成的任务，可以交给计算机来实现24小时不间断监控，这样不仅大大减轻了人的劳动强度，而且可以减少人员的使用，从而为企业减轻了经济负担。如果将计算机直接用于一般生产之中，不仅成本高，而且对使用者的技术要求也比较高。见于上述二者之间的矛盾，人们研究出一种较为简单而且更能够适应工业生产的“计算机”，这就是可编程序控制器，即PLC。就在这些高新技术广泛应用的今天，然而在满足人的最基本的生存条件——供水方面，目前除了一些新建的企业和住宅楼的水泵房使用了自动供水系统之外，还有很多老式水泵房依然是人工送水，24小时人工监管。于是，我想不如让可编程序控制器在改造供水控制系统中发挥重大作用。
1、系统构成
本系统仅以一个有2台上水泵工作的普通老式水泵房为例，来说明微机控制下的水泵房电气系统的组成及工作过程。
该系统主要由微处理器，时间控制装置，水位控制器及原来的泵房配套设备组成。
（1）微处理器：该系统中采用“可编程序控制器（PLC）”作为整个系统的控制中枢。PLC是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。由于其充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能和习惯，而且其程序的编制不需要专门的计算机编程语言，因此调试和编程都很方便。同时其价格便宜，非常适用于改造设备。
（2）时间控制装置：如图（1）所示，时间控制装置由时间继电器和中间继电器组成，其中时间继电器KT1用来控制第一台水泵电机的运行时间，KT2用来控制第一台水泵电机的停机时间和第二台水泵电机的运行时间。
第一次起动时间装置时，按起动按钮SB2，中间继电器KA1线圈带电，常开点闭合，从而使KA2、KT1线圈带电，KA2的一对常开点闭合，给第一台水泵电机的运行输入命令。当延时闭合点KT1闭合时，KA3、KT2线圈带电，为第一台水泵电机进入停机状态和第二台水泵电机进入运行状态输入命令。当延时闭合点KT2闭合时，为第一台水泵电机进入下一次运行状态做好准备。常闭点KA1、KA2、KA3为互锁点。需要停止该装置时，按停止按钮SB1。
通过该装置就能实现两台水泵在24小时内自动起动和停止的交替运行。
（3）检测装置：在该系统中设有浮球控制器和压力传感器两种控制装置。浮球控制器用于检测供水水箱内的水量，该控制器是一个封闭的接点式开关，采用该控制器是因为其可靠性较高，而且价格便宜，很适合于改造老式水泵房。一般情况下，在供水水箱中设置2个控制器，一个用于检测高水位，另一个用于检测低水位。另外，在用户管网中设有2个压力传感器，一个用于检测高压力值，一个用于检测低压力值。
（4）其他部分：如供水水泵以及控制水泵的交流电气控制系统等均为水泵房原有设备。
2、系统控制原理
通过键盘将程序输入到可编程序控制器中，并且通过键盘设定水箱中的2个水位控制器和用户管网中的2个压力传感器的值。可编程序控制器是一个纽带，它将水泵电动机、控制阀门开关的步进电动机、水位控制器、压力传感器以及控制电机动作的交流电气控制系统联系到了一起。当一个新改造的水泵房安装完成后，送上电，整个控制系统开始工作。
首先，可编程序控制器通过水位控制器检查水箱中的水量，如果水量高于低水位时，则水泵存在起动的条件；当水量低于低水位时，任意一个水泵都无法起动，此时控制水源阀门的步进电动机正向转动，打开水源阀门往水箱中贮水。当水量达到高水位时，则控制水源阀门的步进电动机反向转动关闭水源阀门，此时为用户管网供水做好了准备。
其次，用户管网中的压力继电器时刻监控管网中的水量，当管网中的压力降到低压力值时，则水泵自动起动给管网供水。当管网中的压力达到高压力值时，则水泵停止转动。
第三，当水箱中的水量满足供水要求，管网中也需要供水时，则水泵的运行分为以下4种情况：
（1）时间控制装置工作在1号水泵运行时间范围内，此时1号水泵开始工作为管网供水，在规定的时间内水量达到了设定压力最高值，则1号水泵停止工作。
（2）时间控制装置工作在2号水泵运行时间范围内，则此时2号水泵开始工作为管网供水，在规定的时间内水量达到了设定压力最高值，则2号水泵停止工作。
（3）在用水高峰时段，如果1号水泵先开始工作，待1号水泵工作时间已到，此时管网中的水量还没有达到所设压力最高值，则1号水泵休息，2号水泵在时间控制装置的控制下开始工作，继续给管网贮水，如果在2号水泵工作时间范围内管网中的压力达到设定最高值，则2号水泵停止工作，等待新一轮工作的开始；如果在2号水泵工作时间范围内管网中的压力仍没有达到设定最高值，则2号水泵休息，1号水泵开始工作，依次循环工作。相反，如果是2号水泵先开始工作，则依然遵循此规律。
（4）如果在夜间用水量少时，则两台泵可以同时休息，等待检测命令。
3、结束语
在实际工作中，一般的水泵房都有2台或多台水泵，利用上述理论及设备对老式水泵房进行改造，既经济又简便，同时又充分利用了水泵房原有的设备。如果是多台水泵，则在此基础上增加一些开关便可以实现。这种自动化模式的实现，既能够保证正常供水，又能节省电能，减轻设备的磨损，还能大大减轻人的劳动强度。
参考文献
客房控制系统范文第4篇
关键词：石材机械 继电器控制 课程设计
为充实和加强云浮市技工学校电气自动化专业的实训环节，笔者设计了一个石材仿形机械的电气控制系统课程，提供了基于继电器的电气控制系统的教学方案。该机械的电气控制系统难易程度适中，很适合中级电气自动化专业的学生，本土本色，大大增加了学生的学习兴趣。
一、石材仿形机械概述
石材仿形机械是一种石材加工行业广泛应用的一种机械，专门用于加工石材曲面和异形石线的自动化机械，另外还具有切边机的功能。学生可以通过参观学校车间，掌握石材机械仿形加工的工艺过程。石材仿形机械的主要结构及运动形式如图1所示。
二、石材仿形机械的工艺分析
加工之前先用纸板剪出需要加工的弧线，制作出模板。石材仿形机械加工工艺，要求在石板表面加工出和模板一样的弧面。这是一个粗加工的过程，石材加工的结
图1 石材仿形机械的主要结构及运动形式
1.立柱；2.模板；3.红外线传感器；4.垂直滑块；5.水平滑块；6.横梁；7.主轴；8.石材板料（工件）；9.工作台；10.底座。
果是表面带有小台阶的弧面。刀具在石板上切下一刀就形成一个小台阶，紧密排列的小台阶就形成了和模板一样的粗弧面，这些弧面经手工打磨光滑，最终形成和模板一样的弧面。但是在加工工艺中应该怎样控制刀路，需要学生思考。因为工艺分析是设计电路的根本，学生通过工艺分析才能设计电路实现加工过程。教师可以从以下三个阶段引导学生分析解决工艺问题。
1.提出解决问题的建议
现在需要根据模板加工一个弧线。要在板材上加工出这样的弧线，需要知道加工刀具的行走路线；要找出刀具的行走路线，就需要学生拓展思路，大胆设想。这时教师要求学生不考虑可行性，只要有想法，都可以提出，从而得到各种解决问题的方法。
2.可行性评估
在以上阶段，学生提出很多解决问题的方法，对此要让学生根据现有的知识和条件分析，找出其中可行的方案。
3.实现
这个阶段需要学生利用所学的专业知识，从设想的方法转变设计成解决问题的方案。基于继电器的控制系统，这个解决方案就是用继电器来实现自动循环的顺序控制。也就是把电力拖动控制线路与技能训练的顺序控制与自动循环控制的知识，有机地结合到这个石材机械加工电气控制系统中。教师除了对学生加以引导外，还要提供一套标准的设计方案供学生参考。
为了加工出和模板一样的弧面，教师先要设计刀架的运动顺序，然后再实现电气控制。开始先要得到一个典型的刀架运动顺序，把刀架先调整到板材上方，然后下降到弧线所在的深度由工作台带着工件走一刀。这样就完成了弧线的一小段（即一个小台阶）；走完这一刀，刀架上升后沿横梁的方向横移一小段距离（这个距离需要在加工的时候根据实际情况调整），横移完成后就可以重复第一刀的工作了。整个顺序分为四个工步，见下表。
三、电气控制系统的设计
1.主电路部分的设计思路
4台电动机分别是主电动机、垂直移动电动机、水平移动电动机和工作台电动机，其中工作台电动机由变频器调速。
2.控制电路的设计思路
（1）实现自动循环的思路。教师根据电力拖动控制线路与技能训练里面第二单元的课题四中，有关工作台自动循环控制线路的介绍，抛砖引玉，引导学生从这个课题内容寻求解决办法。自动往返运动的实现在于工作台触碰到行程开关，从而实现“往返”的切换。用中间继电器控制执行“进态”和“退态”动作，然后在“进态”完成电路的工步1、2、3和4的工作台前进的控制。工作台前进到行程开关位置，触动行程开关使电路进入到工作台后退的“退态”。“退态”的控制同理。这样，从自动往返的“往”与“返”转变成了现在的“进态”与“退态”，不同的是，“往”与“返”只是简单地对一个电动机的正反转控制，而“进态”与“退态”都控制着工步1～4。学生们还有一个很难解决的疑问，即工步1～4所需要的电器怎么执行复位？这个时候教师再给学生复习一下工作台自动往返电路的行程开关的动作顺序，问题就迎刃而解了。下面是电路的主要部分，如图2所示。
（2）实现顺序控制。电力拖动控制线路与技能训练第二单元课题五有关于顺序控制线路的介绍。该电路的要求是工步1～4需要按顺序启动，同时在KA1与KA2常开切换瞬间复位。实现顺序控制部分的主要电路如图3所示。
图2
图3
3.控制面板的设计
石材仿形机械除了仿形加工功能外，还要充当切边机的角色，即能手动模式切割石板，所以要具备以下功能的按钮：手动自动模式切换、上升、下降、左平移右平移切换、工作台前进、工作台后退、工作台停止、主机启动停止等。值得提醒学生的是，控制面板的按钮设计将会影响控制电路的设计，而且控制面板设计的服务对象是机械的使用者，而不是电路本身，也就是面板取决于用户的操作方便，电路必须服从于控制面板。
4.电气线路的安装与检修
（1）元件明细表的填写。在元件明细表中，应该写明所需要元件的名称、型号规格、数量，甚至大概价格和采购渠道等信息，根据电路图和安装的实际情况详细列出，做到一个不漏。
（2）安装训练与评分标准。此项内容可参考中国劳动社会保障出版社出版的《电力拖动控制线路与技能训练》（第四版）安装训练和评分标准部分。
参考文献：
[1]劳动和社会保障部教材办公室.电力拖动控制线路与技能训练（第三版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2004.
客房控制系统范文第5篇
摘要：在设计阶段对汽车防滑控制系统进行可调度性分析是一难题。用结构分析与设计语言AADL为系统建模 。根据实时调度理论的调度可行性条件和任务调度与线程、计算时间、处理器性能之间的关系，在任务数不变的情况下选取不同性能的处理器，通过工具软件OSATE对该系统模型进行分析，结果表明可有效解决这一问题。该建模方法为系统的可调度性分析和优化设计提供了一条新的途径。
关键词：汽车防滑控制系统；AADL；可调度性；OSATE；模型分析
关键词：汽车防滑控制系统；AADL；可调度性；OSATE；模型分析
中图法分类号: TP311 文献标识码:A
中图法分类号: TP311 文献标识码:A
Schedulability Analysis of Automobile Anti-Skid Control
Schedulability Analysis of Automobile Anti-Skid Control
System Based on AADL
System Based on AADL
YU Huang-jing1,2，LI Ren-fa1，HUANG Li-da1
YU Huang-jing1,2，LI Ren-fa1，HUANG Li-da1
(1.School of Computer and Communication, Hunan University, Changsha 410082,China ;
(1.School of Computer and Communication, Hunan University, Changsha 410082,China ;
2. Department of Mathematics and Computer ,Sanming College ,Sanming 365004 ,China ;)
2. Department of Mathematics and Computer ,Sanming College ,Sanming 365004 ,China ;)
Abstract：Automotive anti-skid control system schedulability analysis is a difficult issue in the design stage. In this paper the Structural Analysis and Design Language AADL techniques are used for ABS and ASR control system modelling. According to the feasibility conditions of scheduling real-time scheduling theory and task scheduling with thread, computation time, the relationship between processor performance, by selecting different performance processor without change in the tasks number, by using tools OSATE to analyse of the system model，a method to solve the problem effectively has been demonstrated. This modelling method provides of a new approach for the system schedulability analysis and optimal design in the area.
Abstract：Automotive anti-skid control system schedulability analysis is a difficult issue in the design stage. In this paper the Structural Analysis and Design Language AADL techniques are used for ABS and ASR control system modelling. According to the feasibility conditions of scheduling real-time scheduling theory and task scheduling with thread, computation time, the relationship between processor performance, by selecting different performance processor without change in the tasks number, by using tools OSATE to analyse of the system model，a method to solve the problem effectively has been demonstrated. This modelling method provides of a new approach for the system schedulability analysis and optimal design in the area.
Key words: automobile anti-skid control system；AADL；schedulability；OSATE；model analysis
Key words: automobile anti-skid control system；AADL；schedulability；OSATE；model analysis
汽车防滑控制系统由制动防抱死系统ABS（Anti-Lock Brake System）及驱动防滑系统ASR(acceleration slip regulation)两部分组成，是典型的嵌入式实时控制系统。电子控制单元ECU（Electronic Control Unit）是控制系统的核心，所有信号采集、分析、处理及信号输出都由ECU调度完成。对于汽车防滑控制系统，任务调度不当，轻则影响产品性能，重则会带来灾难后果[1]。如何在系统设计阶段就能对系统的实时性、安全性、可调度性等关键性能进行分析和验证，并有效控制开发时间和成本，是学术界和工业界共同面临的难题。
汽车防滑控制系统由制动防抱死系统ABS（Anti-Lock Brake System）及驱动防滑系统ASR(acceleration slip regulation)两部分组成，是典型的嵌入式实时控制系统。电子控制单元ECU（Electronic Control Unit）是控制系统的核心，所有信号采集、分析、处理及信号输出都由ECU调度完成。对于汽车防滑控制系统，任务调度不当，轻则影响产品性能，重则会带来灾难后果[1]。如何在系统设计阶段就能对系统的实时性、安全性、可调度性等关键性能进行分析和验证，并有效控制开发时间和成本，是学术界和工业界共同面临的难题。
传统的汽车电子设计方法严格遵循从需求、设计、实现再到测试的过程，产品的设计周期长，成本高。模型驱动开发方法MDD（Model-Driven Development）能在早期阶段对系统进行分析和验证，保证系统的质量属性，控制开发时间和成本。统一建模语言UML[2] (unified model language)是其中主要代表。但是UML侧重描述系统的软件体系结构，难以对系统中的硬件及实时性、可调度性和安全性等性能关键特性进行描述。2004年11月美国汽车工程师协会SAE在模型驱动设计语言的基础上,提出嵌入式实时系统体系结构分析与设计语言 AADL(architecture analysis & design language),并为 SAE AS5506 标准。AADL是一个专门用于设计与分析复杂嵌入式实时系统的软、硬件体系结构的建模语言。这个语言支持在设计阶段对系统性能关键特性（如，实时性、安全性及可调度性等）进行分析与验证,能及时发现体系结构潜在问题，确保最终的产品达到预期的要求[3，4]。目前，已广泛用于航空电子、机器人、汽车电子等领域。
传统的汽车电子设计方法严格遵循从需求、设计、实现再到测试的过程，产品的设计周期长，成本高。模型驱动开发方法MDD（Model-Driven Development）能在早期阶段对系统进行分析和验证，保证系统的质量属性，控制开发时间和成本。统一建模语言UML[2] (unified model language)是其中主要代表。但是UML侧重描述系统的软件体系结构，难以对系统中的硬件及实时性、可调度性和安全性等性能关键特性进行描述。2004年11月美国汽车工程师协会SAE在模型驱动设计语言的基础上,提出嵌入式实时系统体系结构分析与设计语言 AADL(architecture analysis & design language),并为 SAE AS5506 标准。AADL是一个专门用于设计与分析复杂嵌入式实时系统的软、硬件体系结构的建模语言。这个语言支持在设计阶段对系统性能关键特性（如，实时性、安全性及可调度性等）进行分析与验证,能及时发现体系结构潜在问题，确保最终的产品达到预期的要求[3，4]。目前，已广泛用于航空电子、机器人、汽车电子等领域。
本文首先介绍AADL，然后描述汽车防滑控制系统功能，用AADL对汽车防滑控制系统建模，并论述了实时调度算法理论，利用任务调度与进程、线程、计算时间和处理器性能之间的关系，选取不同性能的处理器，在任务数不变情况下选取不同性能的处理器，用支持AADL的分析工具OSATE[5] (open source AADL tool environment)对系统模型的可调度性进行分析。
本文首先介绍AADL，然后描述汽车防滑控制系统功能，用AADL对汽车防滑控制系统建模，并论述了实时调度算法理论，利用任务调度与进程、线程、计算时间和处理器性能之间的关系，选取不同性能的处理器，在任务数不变情况下选取不同性能的处理器，用支持AADL的分析工具OSATE[5] (open source AADL tool environment)对系统模型的可调度性进行分析。
1 AADL概述
1 AADL概述
AADL建模语言具有精确的语义和严格的语法规范，可用于描述嵌入式实时系统的软、硬件体系结构，并能分析系统的功能及非功能属性。AADL使用单一模型支持多种分析方式，可将系统设计、分析、验证、自动代码生成集成在一个框架中。AADL在国外已逐渐成为主流的体系结构建模方式，在国内还属于研究起步阶段。
AADL建模语言具有精确的语义和严格的语法规范，可用于描述嵌入式实时系统的软、硬件体系结构，并能分析系统的功能及非功能属性。AADL使用单一模型支持多种分析方式，可将系统设计、分析、验证、自动代码生成集成在一个框架中。AADL在国外已逐渐成为主流的体系结构建模方式，在国内还属于研究起步阶段。
构件是AADL中最重要的概念。构件分为软件构件、执行平台构件以及系统构件三类：软件构件包括进程、线程、线程组、子程序和数据五种用于软件体系结构建模；执行平台构件包括设备、处理器、存储器和总线四种用于硬件体系结构建模；系统构件是软件、执行平台、或者系统构件的组合[3]。在AADL中，构件通过类型（Type）和实现(Implementation)声明来定义，构件类型描述对外的功能接口（端口、子程序等）。构件实现则描述构件的内部结构(子构件、属性、连接等)。端口是构件之间交换数据和事件的接口，是构件之间的逻辑关联点。端口种类主要有数据端口、事件端口和事件数据端口。属性用于描述体系结构中的约束条件,即非功能属性约束，如截止时限、周期、时延、主频等，进而支持验证与分析系统的可靠性、可调度性等性质。
构件是AADL中最重要的概念。构件分为软件构件、执行平台构件以及系统构件三类：软件构件包括进程、线程、线程组、子程序和数据五种用于软件体系结构建模；执行平台构件包括设备、处理器、存储器和总线四种用于硬件体系结构建模；系统构件是软件、执行平台、或者系统构件的组合[3]。在AADL中，构件通过类型（Type）和实现(Implementation)声明来定义，构件类型描述对外的功能接口（端口、子程序等）。构件实现则描述构件的内部结构(子构件、属性、连接等)。端口是构件之间交换数据和事件的接口，是构件之间的逻辑关联点。端口种类主要有数据端口、事件端口和事件数据端口。属性用于描述体系结构中的约束条件,即非功能属性约束，如截止时限、周期、时延、主频等，进而支持验证与分析系统的可靠性、可调度性等性质。
线程和处理器是同可调度性有关的AADL中两个重要构件。线程根据任务性质的不同可分为周期(periodic)、非周期(aperiodic)、偶发 (sporadic)及后台(background)四种。处理器构件是执行平台上可计算资源，是操作系统的抽象。AADL通过映射关系使软件构件绑定到硬件执行平台上；通过定义构件的属性，用于描述系统的关键性能。
线程和处理器是同可调度性有关的AADL中两个重要构件。线程根据任务性质的不同可分为周期(periodic)、非周期(aperiodic)、偶发 (sporadic)及后台(background)四种。处理器构件是执行平台上可计算资源，是操作系统的抽象。AADL通过映射关系使软件构件绑定到硬件执行平台上；通过定义构件的属性，用于描述系统的关键性能。
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目前基于AADL模型进行分析与验证的工具很多，其中大部分是开源的。典型工具有OSATE、Cheddar和AdeS 。本文中使用的AADL建模工具OSATE,是作为Eclipse平台上的一套插件,用于AADL建模、编译和分析。OSATE支持可调度性、端到端的流延迟、安全性、系统资源与能耗等分析[5]。
目前基于AADL模型进行分析与验证的工具很多，其中大部分是开源的。典型工具有OSATE、Cheddar和AdeS 。本文中使用的AADL建模工具OSATE,是作为Eclipse平台上的一套插件,用于AADL建模、编译和分析。OSATE支持可调度性、端到端的流延迟、安全性、系统资源与能耗等分析[5]。
2 汽车防滑控制系统的功能结构
2 汽车防滑控制系统的功能结构
汽车防滑控制系统由ABS和ASR这两个子系统组成。ABS的作用是防止汽车在急刹过程中车轮过快抱死；ASR的作用是防止汽车在起步、加速过程中驱动轮打滑。ABS通过调节制动轮缸的制动压力来控制制动力矩，进而达到在制动时防止车轮抱死的目的。而ASR则主要通过改变节气门的开度去改变发动机输出扭矩，同时也通过ABS调节制动压力，防止在加速时产生车轮滑转[6]。两个子系统即有区别又有联系。防滑控制系统主要由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三个部分组成。汽车防滑控制系统功能结构图如图1所示[7]。 图1 汽车防滑控制系统功能结构图
汽车防滑控制系统由ABS和ASR这两个子系统组成。ABS的作用是防止汽车在急刹过程中车轮过快抱死；ASR的作用是防止汽车在起步、加速过程中驱动轮打滑。ABS通过调节制动轮缸的制动压力来控制制动力矩，进而达到在制动时防止车轮抱死的目的。而ASR则主要通过改变节气门的开度去改变发动机输出扭矩，同时也通过ABS调节制动压力，防止在加速时产生车轮滑转[6]。两个子系统即有区别又有联系。防滑控制系统主要由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三个部分组成。汽车防滑控制系统功能结构图如图1所示[7]。 图1 汽车防滑控制系统功能结构图
Fig.1 The Anti-slip control system function block diagram
Fig.1 The Anti-slip control system function block diagram
防滑控制系统定时采集车辆传感器上的轮速信号、刹车踏板信号、油门踏板位置信号，接收汽车巡航控制系统ACC(Adaptive Cruise Control)通过CAN总线传来的车速信号、节气门开度信号以及CAN总线上其它控制信息。这些信号与数据经不同的ECU处理后得到汽车当前运行状态与轮速状态。
防滑控制系统定时采集车辆传感器上的轮速信号、刹车踏板信号、油门踏板位置信号，接收汽车巡航控制系统ACC(Adaptive Cruise Control)通过CAN总线传来的车速信号、节气门开度信号以及CAN总线上其它控制信息。这些信号与数据经不同的ECU处理后得到汽车当前运行状态与轮速状态。
汽车防滑控制系统是实时控制系统，为保证ECU控制的实时性，必须使信号采集、计算、控制等任务协调工作、及时完成。因此任务的可调度及调度优化是汽车防滑控制系统性能的重要指标。
汽车防滑控制系统是实时控制系统，为保证ECU控制的实时性，必须使信号采集、计算、控制等任务协调工作、及时完成。因此任务的可调度及调度优化是汽车防滑控制系统性能的重要指标。
3汽车防滑控制系统的AADL建模
3汽车防滑控制系统的AADL建模
AADL使用文本、图形方式建模，两者之间可以互相转化。AADL采用分层建模逐步精化的建模方法，先对底层的设备构件与线程构件建模，声明构件类型与构件实现，定义构件的特征、属性、连接等；然后是执行平台建模，通过映射关系将软件构件绑定到硬件执行平台上；最后是顶层集成系统设计，将各子系统作为顶层系统的子构件建模。汽车防滑控制系统的AADL模型如图2所示。在图中进程Abs_process有三个线程：线程Brake_status用于采集刹车踏板传感器的刹车信号，线程Compute_velocity将轮速传感器的脉冲信号转化为轮速数据。线程Abs_decision_making根据收到的刹车信号、车速、轮速进行综合分析决策。三个线程具有相同地址空间，它们被绑定到处理器CPU1上；在进程Asr_process中有两个线程：线程Acclerator_status负责采集油门踏板传感器传送的油门状态信号。线程Asr_decision_making根据收到的节气门开度信号、车速和油门状态信号进行综合分析决策。这两个线程具有相同地址空间，它们被绑定到处理器CPU2上。两个处理器之间使用CAN总线连接。根据系统任务的特性及需要，这五个任务都被建模为周期线程。汽车防滑控制系统在OSATE中的模型图如图3所示。
AADL使用文本、图形方式建模，两者之间可以互相转化。AADL采用分层建模逐步精化的建模方法，先对底层的设备构件与线程构件建模，声明构件类型与构件实现，定义构件的特征、属性、连接等；然后是执行平台建模，通过映射关系将软件构件绑定到硬件执行平台上；最后是顶层集成系统设计，将各子系统作为顶层系统的子构件建模。汽车防滑控制系统的AADL模型如图2所示。在图中进程Abs_process有三个线程：线程Brake_status用于采集刹车踏板传感器的刹车信号，线程Compute_velocity将轮速传感器的脉冲信号转化为轮速数据。线程Abs_decision_making根据收到的刹车信号、车速、轮速进行综合分析决策。三个线程具有相同地址空间，它们被绑定到处理器CPU1上；在进程Asr_process中有两个线程：线程Acclerator_status负责采集油门踏板传感器传送的油门状态信号。线程Asr_decision_making根据收到的节气门开度信号、车速和油门状态信号进行综合分析决策。这两个线程具有相同地址空间，它们被绑定到处理器CPU2上。两个处理器之间使用CAN总线连接。根据系统任务的特性及需要，这五个任务都被建模为周期线程。汽车防滑控制系统在OSATE中的模型图如图3所示。
构件的属性及其属性值是AADL分析与验证的依据。与线程有关的属性主要有Dispatch Protocol属性、Period属性、Compute_Execution_Time属性和Deadline属性。 Dispatch Protocol 属性的属性值是四种任务类型；Period属性的属性值是周期任务的周期；Compute_Execution_Time属性的属性值是任务的执行时间；Deadline属性的属性值是任务的截止时限。处理器是硬件执行平台上可计算构件。通过设置cycle_time属性规定处理器的主频；通过设置属性Scheduling_Protocol来关联任务的调度算法。
构件的属性及其属性值是AADL分析与验证的依据。与线程有关的属性主要有Dispatch Protocol属性、Period属性、Compute_Execution_Time属性和Deadline属性。 Dispatch Protocol 属性的属性值是四种任务类型；Period属性的属性值是周期任务的周期；Compute_Execution_Time属性的属性值是任务的执行时间；Deadline属性的属性值是任务的截止时限。处理器是硬件执行平台上可计算构件。通过设置cycle_time属性规定处理器的主频；通过设置属性Scheduling_Protocol来关联任务的调度算法。
AADL支持单处理器与多处理器实时调度，支持抢占与非抢占式调度策略及多种固定优先级、动态优先级调度算法,如单调速率RM(rate monotonic), 截止期单调DM(deadline monotonic), 最早截止期优先EDF(earliest deadline first)等[8]。
AADL支持单处理器与多处理器实时调度，支持抢占与非抢占式调度策略及多种固定优先级、动态优先级调度算法,如单调速率RM(rate monotonic), 截止期单调DM(deadline monotonic), 最早截止期优先EDF(earliest deadline first)等[8]。
表1是五个线程构件的属性及属性参考值，参考值是根据文献[9]和文献[10]中给出的例子而得到的。表中T、C、D分别代表周期、计算时间和截止时限，时间单位为毫秒（ms）。
表1是五个线程构件的属性及属性参考值，参考值是根据文献[9]和文献[10]中给出的例子而得到的。表中T、C、D分别代表周期、计算时间和截止时限，时间单位为毫秒（ms）。
4 模型可调度性分析
4 模型可调度性分析
4．1实时调度算法理论
4．1实时调度算法理论
可调度性是指系统中的各任务都能在其截止时限内完成。任务调度是实时系统内核的关键部分。由于汽车防滑控制系统中的任务被建模为周期任务，因此本部分主要论述周期性任务的实时调度算法理论。
可调度性是指系统中的各任务都能在其截止时限内完成。任务调度是实时系统内核的关键部分。由于汽车防滑控制系统中的任务被建模为周期任务，因此本部分主要论述周期性任务的实时调度算法理论。
在任务间可抢占的实时运行环境中，对于硬实时系统周期任务的调度已经有一些很成熟的调度算法，比较出名的有单调速率优先RM算法和截止期最早优先EDF算法。同时这些算法也是AADL所支持的。
在任务间可抢占的实时运行环境中，对于硬实时系统周期任务的调度已经有一些很成熟的调度算法，比较出名的有单调速率优先RM算法和截止期最早优先EDF算法。同时这些算法也是AADL所支持的。
为便于问题描述，首先建立周期任务集TS = ({ti},{Ti},{Ci},{Di})模型。集合中的ti为周期任务, Ti为任务周期, Ci为任务计算时间，Di为截止时限且为周期终点。任务在周期起点释放，任务可抢占。
为便于问题描述，首先建立周期任务集TS = ({ti},{Ti},{Ci},{Di})模型。集合中的ti为周期任务, Ti为任务周期, Ci为任务计算时间，Di为截止时限且为周期终点。任务在周期起点释放，任务可抢占。
定理1给出RM算法可调度判定条件。
定理1给出RM算法可调度判定条件。
定理1：TS由n个独立的周期任务组成且每个任务的截止时限等于周期，则TS可以被RM调度，如果 （1）
定理1：TS由n个独立的周期任务组成且每个任务的截止时限等于周期，则TS可以被RM调度，如果 （1）
当任务数趋于无穷大时有（2）
当任务数趋于无穷大时有（2）
RMS已被证明是静态最优调度算法, 开销小, 灵活性好。缺点是当某些任务的截止时限不等于周期时，RM算法不是最优算法，另外,当n∞时, 处理器利用率不超过0.69。
RMS已被证明是静态最优调度算法, 开销小, 灵活性好。缺点是当某些任务的截止时限不等于周期时，RM算法不是最优算法，另外,当n∞时, 处理器利用率不超过0.69。
最早截止时间优先算法（EDF）是一种动态调度算法。任务模型与RM 调度算法相同，优先级动态分配，截止时限越短，优先级越高。定理2给出EDF算法可调度判定条件。
最早截止时间优先算法（EDF）是一种动态调度算法。任务模型与RM 调度算法相同，优先级动态分配，截止时限越短，优先级越高。定理2给出EDF算法可调度判定条件。
定理2：如果一个任务集按EDF算法调度，当且仅当 （3）
定理2：如果一个任务集按EDF算法调度，当且仅当 （3）
EDF 调度算法已被证明是动态最优调度算法。用EDF调度算法，处理器利用率最大可达100% 。缺点是在系统超载时,为了能让其它作业能够及时完成，一些作业会被抛弃，导致系统行为不可预测。另外, 它的在线调度开销比RM大。
EDF 调度算法已被证明是动态最优调度算法。用EDF调度算法，处理器利用率最大可达100% 。缺点是在系统超载时,为了能让其它作业能够及时完成，一些作业会被抛弃，导致系统行为不可预测。另外, 它的在线调度开销比RM大。
4．2模型可调度性分析
4．2模型可调度性分析
对于安全关键的汽车电子系统而言，时间的正确性就等于功能的正确性。为了支持系统的实时性和稳定性，需要在系统设计阶段对实时系统进行可调度分析，并结合实际运行平台进行验证。
对于安全关键的汽车电子系统而言，时间的正确性就等于功能的正确性。为了支持系统的实时性和稳定性，需要在系统设计阶段对实时系统进行可调度分析，并结合实际运行平台进行验证。
模型的可调度性分析有助于及时发现系统潜在问题：如任务时限、周期安排是否合理，调度策略选择是否正确；处理器选型是否妥当等。如果分析结果超过设计要求很多，应重新设计系统的软、硬件体系结构[7]。针对系统特点选择一种合适的算法是实时系统重要问题。因为汽车防滑控制系统建模时将ABS子系统和ASR子系统中的任务静态的分配并绑定到不同的处理器上，不存在一个任务被抢占后在另一个处理器上执行情况 ，因此系统是单处理实时调度。根据4.1节实时调度算法特点，并结合系统安全关键的特性， 选择RMS算法与处理器关联是最佳选择。
模型的可调度性分析有助于及时发现系统潜在问题：如任务时限、周期安排是否合理，调度策略选择是否正确；处理器选型是否妥当等。如果分析结果超过设计要求很多，应重新设计系统的软、硬件体系结构[7]。针对系统特点选择一种合适的算法是实时系统重要问题。因为汽车防滑控制系统建模时将ABS子系统和ASR子系统中的任务静态的分配并绑定到不同的处理器上，不存在一个任务被抢占后在另一个处理器上执行情况 ，因此系统是单处理实时调度。根据4.1节实时调度算法特点，并结合系统安全关键的特性， 选择RMS算法与处理器关联是最佳选择。
ABS子系统有三个线程，根据4.1节中公式1可得CPU1利用率应小于78%;ASR子系统有两个线程，同理可得CPU2的利用率应小于82.8%。
ABS子系统有三个线程，根据4.1节中公式1可得CPU1利用率应小于78%;ASR子系统有两个线程，同理可得CPU2的利用率应小于82.8%。
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目前基于AADL模型进行分析与验证的工具很多，其中大部分是开源的。典型工具有OSATE、Cheddar和AdeS 。本文中使用的AADL建模工具OSATE,是作为Eclipse平台上的一套插件,用于AADL建模、编译和分析。OSATE支持可调度性、端到端的流延迟、安全性、系统资源与能耗等分析[5]。
目前基于AADL模型进行分析与验证的工具很多，其中大部分是开源的。典型工具有OSATE、Cheddar和AdeS 。本文中使用的AADL建模工具OSATE,是作为Eclipse平台上的一套插件,用于AADL建模、编译和分析。OSATE支持可调度性、端到端的流延迟、安全性、系统资源与能耗等分析[5]。
2 汽车防滑控制系统的功能结构
2 汽车防滑控制系统的功能结构
汽车防滑控制系统由ABS和ASR这两个子系统组成。ABS的作用是防止汽车在急刹过程中车轮过快抱死；ASR的作用是防止汽车在起步、加速过程中驱动轮打滑。ABS通过调节制动轮缸的制动压力来控制制动力矩，进而达到在制动时防止车轮抱死的目的。而ASR则主要通过改变节气门的开度去改变发动机输出扭矩，同时也通过ABS调节制动压力，防止在加速时产生车轮滑转[6]。两个子系统即有区别又有联系。防滑控制系统主要由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三个部分组成。汽车防滑控制系统功能结构图如图1所示[7]。 图1 汽车防滑控制系统功能结构图
汽车防滑控制系统由ABS和ASR这两个子系统组成。ABS的作用是防止汽车在急刹过程中车轮过快抱死；ASR的作用是防止汽车在起步、加速过程中驱动轮打滑。ABS通过调节制动轮缸的制动压力来控制制动力矩，进而达到在制动时防止车轮抱死的目的。而ASR则主要通过改变节气门的开度去改变发动机输出扭矩，同时也通过ABS调节制动压力，防止在加速时产生车轮滑转[6]。两个子系统即有区别又有联系。防滑控制系统主要由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三个部分组成。汽车防滑控制系统功能结构图如图1所示[7]。 图1 汽车防滑控制系统功能结构图
Fig.1 The Anti-slip control system function block diagram
Fig.1 The Anti-slip control system function block diagram
防滑控制系统定时采集车辆传感器上的轮速信号、刹车踏板信号、油门踏板位置信号，接收汽车巡航控制系统ACC(Adaptive Cruise Control)通过CAN总线传来的车速信号、节气门开度信号以及CAN总线上其它控制信息。这些信号与数据经不同的ECU处理后得到汽车当前运行状态与轮速状态。
防滑控制系统定时采集车辆传感器上的轮速信号、刹车踏板信号、油门踏板位置信号，接收汽车巡航控制系统ACC(Adaptive Cruise Control)通过CAN总线传来的车速信号、节气门开度信号以及CAN总线上其它控制信息。这些信号与数据经不同的ECU处理后得到汽车当前运行状态与轮速状态。
汽车防滑控制系统是实时控制系统，为保证ECU控制的实时性，必须使信号采集、计算、控制等任务协调工作、及时完成。因此任务的可调度及调度优化是汽车防滑控制系统性能的重要指标。
汽车防滑控制系统是实时控制系统，为保证ECU控制的实时性，必须使信号采集、计算、控制等任务协调工作、及时完成。因此任务的可调度及调度优化是汽车防滑控制系统性能的重要指标。
3汽车防滑控制系统的AADL建模
3汽车防滑控制系统的AADL建模
AADL使用文本、图形方式建模，两者之间可以互相转化。AADL采用分层建模逐步精化的建模方法，先对底层的设备构件与线程构件建模，声明构件类型与构件实现，定义构件的特征、属性、连接等；然后是执行平台建模，通过映射关系将软件构件绑定到硬件执行平台上；最后是顶层集成系统设计，将各子系统作为顶层系统的子构件建模。汽车防滑控制系统的AADL模型如图2所示。在图中进程Abs_process有三个线程：线程Brake_status用于采集刹车踏板传感器的刹车信号，线程Compute_velocity将轮速传感器的脉冲信号转化为轮速数据。线程Abs_decision_making根据收到的刹车信号、车速、轮速进行综合分析决策。三个线程具有相同地址空间，它们被绑定到处理器CPU1上；在进程Asr_process中有两个线程：线程Acclerator_status负责采集油门踏板传感器传送的油门状态信号。线程Asr_decision_making根据收到的节气门开度信号、车速和油门状态信号进行综合分析决策。这两个线程具有相同地址空间，它们被绑定到处理器CPU2上。两个处理器之间使用CAN总线连接。根据系统任务的特性及需要，这五个任务都被建模为周期线程。汽车防滑控制系统在OSATE中的模型图如图3所示。
AADL使用文本、图形方式建模，两者之间可以互相转化。AADL采用分层建模逐步精化的建模方法，先对底层的设备构件与线程构件建模，声明构件类型与构件实现，定义构件的特征、属性、连接等；然后是执行平台建模，通过映射关系将软件构件绑定到硬件执行平台上；最后是顶层集成系统设计，将各子系统作为顶层系统的子构件建模。汽车防滑控制系统的AADL模型如图2所示。在图中进程Abs_process有三个线程：线程Brake_status用于采集刹车踏板传感器的刹车信号，线程Compute_velocity将轮速传感器的脉冲信号转化为轮速数据。线程Abs_decision_making根据收到的刹车信号、车速、轮速进行综合分析决策。三个线程具有相同地址空间，它们被绑定到处理器CPU1上；在进程Asr_process中有两个线程：线程Acclerator_status负责采集油门踏板传感器传送的油门状态信号。线程Asr_decision_making根据收到的节气门开度信号、车速和油门状态信号进行综合分析决策。这两个线程具有相同地址空间，它们被绑定到处理器CPU2上。两个处理器之间使用CAN总线连接。根据系统任务的特性及需要，这五个任务都被建模为周期线程。汽车防滑控制系统在OSATE中的模型图如图3所示。
构件的属性及其属性值是AADL分析与验证的依据。与线程有关的属性主要有Dispatch Protocol属性、Period属性、Compute_Execution_Time属性和Deadline属性。 Dispatch Protocol 属性的属性值是四种任务类型；Period属性的属性值是周期任务的周期；Compute_Execution_Time属性的属性值是任务的执行时间；Deadline属性的属性值是任务的截止时限。处理器是硬件执行平台上可计算构件。通过设置cycle_time属性规定处理器的主频；通过设置属性Scheduling_Protocol来关联任务的调度算法。
构件的属性及其属性值是AADL分析与验证的依据。与线程有关的属性主要有Dispatch Protocol属性、Period属性、Compute_Execution_Time属性和Deadline属性。 Dispatch Protocol 属性的属性值是四种任务类型；Period属性的属性值是周期任务的周期；Compute_Execution_Time属性的属性值是任务的执行时间；Deadline属性的属性值是任务的截止时限。处理器是硬件执行平台上可计算构件。通过设置cycle_time属性规定处理器的主频；通过设置属性Scheduling_Protocol来关联任务的调度算法。
AADL支持单处理器与多处理器实时调度，支持抢占与非抢占式调度策略及多种固定优先级、动态优先级调度算法,如单调速率RM(rate monotonic), 截止期单调DM(deadline monotonic), 最早截止期优先EDF(earliest deadline first)等[8]。
AADL支持单处理器与多处理器实时调度，支持抢占与非抢占式调度策略及多种固定优先级、动态优先级调度算法,如单调速率RM(rate monotonic), 截止期单调DM(deadline monotonic), 最早截止期优先EDF(earliest deadline first)等[8]。
表1是五个线程构件的属性及属性参考值，参考值是根据文献[9]和文献[10]中给出的例子而得到的。表中T、C、D分别代表周期、计算时间和截止时限，时间单位为毫秒（ms）。
表1是五个线程构件的属性及属性参考值，参考值是根据文献[9]和文献[10]中给出的例子而得到的。表中T、C、D分别代表周期、计算时间和截止时限，时间单位为毫秒（ms）。
4 模型可调度性分析
4 模型可调度性分析
4．1实时调度算法理论
4．1实时调度算法理论
可调度性是指系统中的各任务都能在其截止时限内完成。任务调度是实时系统内核的关键部分。由于汽车防滑控制系统中的任务被建模为周期任务，因此本部分主要论述周期性任务的实时调度算法理论。
可调度性是指系统中的各任务都能在其截止时限内完成。任务调度是实时系统内核的关键部分。由于汽车防滑控制系统中的任务被建模为周期任务，因此本部分主要论述周期性任务的实时调度算法理论。
在任务间可抢占的实时运行环境中，对于硬实时系统周期任务的调度已经有一些很成熟的调度算法，比较出名的有单调速率优先RM算法和截止期最早优先EDF算法。同时这些算法也是AADL所支持的。
在任务间可抢占的实时运行环境中，对于硬实时系统周期任务的调度已经有一些很成熟的调度算法，比较出名的有单调速率优先RM算法和截止期最早优先EDF算法。同时这些算法也是AADL所支持的。
为便于问题描述，首先建立周期任务集TS = ({ti},{Ti},{Ci},{Di})模型。集合中的ti为周期任务, Ti为任务周期, Ci为任务计算时间，Di为截止时限且为周期终点。任务在周期起点释放，任务可抢占。
为便于问题描述，首先建立周期任务集TS = ({ti},{Ti},{Ci},{Di})模型。集合中的ti为周期任务, Ti为任务周期, Ci为任务计算时间，Di为截止时限且为周期终点。任务在周期起点释放，任务可抢占。
定理1给出RM算法可调度判定条件。
定理1给出RM算法可调度判定条件。
定理1：TS由n个独立的周期任务组成且每个任务的截止时限等于周期，则TS可以被RM调度，如果 （1）
定理1：TS由n个独立的周期任务组成且每个任务的截止时限等于周期，则TS可以被RM调度，如果 （1）
当任务数趋于无穷大时有（2）
当任务数趋于无穷大时有（2）
RMS已被证明是静态最优调度算法, 开销小, 灵活性好。缺点是当某些任务的截止时限不等于周期时，RM算法不是最优算法，另外,当n∞时, 处理器利用率不超过0.69。
RMS已被证明是静态最优调度算法, 开销小, 灵活性好。缺点是当某些任务的截止时限不等于周期时，RM算法不是最优算法，另外,当n∞时, 处理器利用率不超过0.69。
最早截止时间优先算法（EDF）是一种动态调度算法。任务模型与RM 调度算法相同，优先级动态分配，截止时限越短，优先级越高。定理2给出EDF算法可调度判定条件。
最早截止时间优先算法（EDF）是一种动态调度算法。任务模型与RM 调度算法相同，优先级动态分配，截止时限越短，优先级越高。定理2给出EDF算法可调度判定条件。
定理2：如果一个任务集按EDF算法调度，当且仅当 （3）
定理2：如果一个任务集按EDF算法调度，当且仅当 （3）
EDF 调度算法已被证明是动态最优调度算法。用EDF调度算法，处理器利用率最大可达100% 。缺点是在系统超载时,为了能让其它作业能够及时完成，一些作业会被抛弃，导致系统行为不可预测。另外, 它的在线调度开销比RM大。
EDF 调度算法已被证明是动态最优调度算法。用EDF调度算法，处理器利用率最大可达100% 。缺点是在系统超载时,为了能让其它作业能够及时完成，一些作业会被抛弃，导致系统行为不可预测。另外, 它的在线调度开销比RM大。
4．2模型可调度性分析
4．2模型可调度性分析
对于安全关键的汽车电子系统而言，时间的正确性就等于功能的正确性。为了支持系统的实时性和稳定性，需要在系统设计阶段对实时系统进行可调度分析，并结合实际运行平台进行验证。
对于安全关键的汽车电子系统而言，时间的正确性就等于功能的正确性。为了支持系统的实时性和稳定性，需要在系统设计阶段对实时系统进行可调度分析，并结合实际运行平台进行验证。
模型的可调度性分析有助于及时发现系统潜在问题：如任务时限、周期安排是否合理，调度策略选择是否正确；处理器选型是否妥当等。如果分析结果超过设计要求很多，应重新设计系统的软、硬件体系结构[7]。针对系统特点选择一种合适的算法是实时系统重要问题。因为汽车防滑控制系统建模时将ABS子系统和ASR子系统中的任务静态的分配并绑定到不同的处理器上，不存在一个任务被抢占后在另一个处理器上执行情况 ，因此系统是单处理实时调度。根据4.1节实时调度算法特点，并结合系统安全关键的特性， 选择RMS算法与处理器关联是最佳选择。
模型的可调度性分析有助于及时发现系统潜在问题：如任务时限、周期安排是否合理，调度策略选择是否正确；处理器选型是否妥当等。如果分析结果超过设计要求很多，应重新设计系统的软、硬件体系结构[7]。针对系统特点选择一种合适的算法是实时系统重要问题。因为汽车防滑控制系统建模时将ABS子系统和ASR子系统中的任务静态的分配并绑定到不同的处理器上，不存在一个任务被抢占后在另一个处理器上执行情况 ，因此系统是单处理实时调度。根据4.1节实时调度算法特点，并结合系统安全关键的特性， 选择RMS算法与处理器关联是最佳选择。
ABS子系统有三个线程，根据4.1节中公式1可得CPU1利用率应小于78%;ASR子系统有两个线程，同理可得CPU2的利用率应小于82.8%。
ABS子系统有三个线程，根据4.1节中公式1可得CPU1利用率应小于78%;ASR子系统有两个线程，同理可得CPU2的利用率应小于82.8%。
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在AADL中可调度性分析不仅与调度算法有关且与线程构件中的线程处理时间、周期、截止时间和处理器构件中的处理器主频高低等属性有关，借助OSATE的线程绑定与调度分析插件可对实例化后的系统模型进行验证分析，得到处理器1和处理器2的性能与处理器利用率之间对应表，结果如图4、图5所示。
在AADL中可调度性分析不仅与调度算法有关且与线程构件中的线程处理时间、周期、截止时间和处理器构件中的处理器主频高低等属性有关，借助OSATE的线程绑定与调度分析插件可对实例化后的系统模型进行验证分析，得到处理器1和处理器2的性能与处理器利用率之间对应表，结果如图4、图5所示。
Fig.5The processor 2 performance and load diagram
Fig.5The processor 2 performance and load diagram
由图4和图5可以看出,处理器性能与负载成线性关系,处理器CPU1利用率是78%时,处理器的主频为550ps；CPU2的利用率是82.8%.处理器的主频为900ps。由于实时系统处理器需要一定冗余,故在实际选择处理器时, 应选择主频更快一些的处理器。通过分析验证可以使设计人员在系统性能、软硬件实现成本之间进行优化。
由图4和图5可以看出,处理器性能与负载成线性关系,处理器CPU1利用率是78%时,处理器的主频为550ps；CPU2的利用率是82.8%.处理器的主频为900ps。由于实时系统处理器需要一定冗余,故在实际选择处理器时, 应选择主频更快一些的处理器。通过分析验证可以使设计人员在系统性能、软硬件实现成本之间进行优化。
5 结束语
5 结束语
本文主要论述了汽车防滑控制系统AADL建模过程以及根据实时调度理论利用工具软件QSATE对模型进行可调度性分析过程。通过分析可以有效地对系统的可调度性进行早期预测,能使设计人员在设计初期阶段就能对产品性能进行分析与验证，及时发现设计中潜在的问题,以便重新调整设计方案,以满足系统设计要求。该方法对降低系统开发成本和缩短系统开发周期具有积极的意义。下一步工作是对车身电子稳定控制系统ESP（Electronic Stability Program）进行分布式系统建模，该系统可以进一步提高汽车行驶安全性与舒适性。
本文主要论述了汽车防滑控制系统AADL建模过程以及根据实时调度理论利用工具软件QSATE对模型进行可调度性分析过程。通过分析可以有效地对系统的可调度性进行早期预测,能使设计人员在设计初期阶段就能对产品性能进行分析与验证，及时发现设计中潜在的问题,以便重新调整设计方案,以满足系统设计要求。该方法对降低系统开发成本和缩短系统开发周期具有积极的意义。下一步工作是对车身电子稳定控制系统ESP（Electronic Stability Program）进行分布式系统建模，该系统可以进一步提高汽车行驶安全性与舒适性。
参考文献
参考文献
[1]TEEPE G, REMBOSKI D, BAKER R. Towards information centric automotive system architecture[R]. SAE Convergence 2002, Transportation Electronics, Detroit, 2002.
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[7]王伟达，丁能根.ABS／ASR集成控制系统ECU开发与验证[J].工业控制计算机,2008,11(21):49-52.
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WANG Wei-da, DING Xiong-geng. ECU Software and Hardware of the ABS／ASR Integral Control System [J].
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Industrial Control computer,2008,11(21):49-52.
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[8] SOKOLSKY O, LEE I. Schedulability Analysis of AADL Models [M].[S.I.]:IEEE,2006
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[9] HUDAK J,FEILER P. Developing AADL models for control systems:a practitienor’s guide[C] .SEI,Carnegie Mellon University,2007.
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[10] IRFAN H, BECHIR Z, ELIE N. Automatic framework generation for hard real-time applications[J]. Innovations Syst Softw Eng 2008, 4:107122
