У навчальному посібнику описаний процес проектування систем реального часу, вбудованих систем. Розглянуто всі етапи життєвого циклу розробки моделей, починаючи від аналізу і закінчуючи тестуванням. Посібник призначений для вивчення модуля "Проектування комп'ютерних інформаційних систем реального часу" дисципліни "Системний аналіз та проектування комп'ютерних інформаційних систем" студентами, що навчаються за напрямом "Комп'ютерні науки". Він буде корисним також для науковців, інженерно-технічних працівників, викладачів, аспірантів та студентів, що займаються промисловою розробкою програмного забезпечення складних комп'ютерних інф ЗМІСТ Перелік умовних скорочень............................................................ 10 Передмова 11 РОЗДІЛ 1. ВСТУП ДО ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ 1 СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ 12 1.1. Особливості систем реального часу 13 1.2. Способи накладання часових обмежень 16 1.3. Приклади систем реального часу 20 Висновки 24 Контрольні запитання та завдання 25 Посилання на літературу 26 РОЗДІЛ 2. МОДЕЛІ ЖИТТЄВОГО ЦИКЛУ РОЗРОБКИ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ 27 2.1. Каскадна модель ЖЦ 27 2.2. Інкрементна модель ЖЦ 29 2.3. Життєвий цикл розробки об'єктно-орієнтованих систем 30 Висновки 33 Контрольні запитання та завдання 34 Посилання на літературу 35 РОЗДІЛ 3. ОСНОВНІ РИСИ ОБ'ЄКТНО-ОРІЄНТОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ ТА ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ З ВИКОРИСТАННЯМ UML 36 3.1. Об'єктно-орієнтована парадигма та UML 36 3.1.1. Переваги використання об'єктів при проектуванні систем реального часу 36 3.1.2. Історія створення UML 37 3.1.3. Об'єкти 38 3.1.4. Атрибути 43 3.1.5. Поведінка 43 3.1.6. Робота з повідомленнями 47 3.1.7. Паралельність 48 3.2. Класи 48 3.2.1. Відношення між класами і об'єктами 50 3.2.1.1. Асоціації 52 3.2.1.2. Агрегація 53 3.2.1.3. Композиція 54 3.2.1.4. Узагальнення 54 3.2.1.5. Залежність 56 3.3. UML - нотації 59 Висновки 80 Контрольні запитання та завдання 81 Посилання па літературу 82 РОЗДІЛ 4. ЕТАН АНАЛІЗУ ВИМОГ ДЛЯ ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ І СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ 83 4.1. Прецедент 87 4.2. Актори 88 4.3. Вимоги 89 4.4. Відношення прецедентів. 91 4.5. Використання прецедентів 92 4.6. Уточнення деталей прецедентів 93 4.7. Сценарії 93 4.7.1. Діаграми послідовності 95 4.7.2. Властивості повідомлень 96 4.7.2.1. Метамоделі 96 4.7.2.2. Встановлення часу і часових характеристик 101 4.7.3. Діаграми станів і прецеденти 102 4.8. Ідентифікація прецедентів 104 Висновки 106 Контрольні запитання та завдання 107 Посилання на літературу 108 РОЗДІЛ 5. ЕТАП ОБ'ЄКТНОГО СТРУКТУРНОГО АНАЛІЗУ. ДЛЯ ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ І СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ . 109 5.1. Процес визначення об'єктів 110 5.2. Зв'язування об'єктної моделі з моделлю прецедентів 111 5.3. Ключові стратегії для ідентифікації об'єктів 111 5.3.1. Стратегія підкреслення іменників 113 5.3.2. Ідентифікація причинних об'єктів 117 5.3.3. Ідентифікація сервісів (пасивні об'єкти) 118 5.3.4. Ідентифікація на базі об'єктів реального світу 118 5.3.5. Ідентифікація об'єктів на базі фізичних пристроїв 119 5 3.6. Ідентифікація ключових концептів 120 5.3.7. Ідентифікація об'єктів на базі транзакцій 120 5.3.8. Ідентифікація інформації, що зберігається 122 5.3.9. Ідентифікація візуальних елементів 122 5.3.10. Ідентифікація керуючих елементів 123 5.3.11. Використання сценаріїв 126 5.4. Ідентифікація зв'язків об'єктів 126 5.5. Атрибути об'єктів .. .128 5.6. Дослідження кандидатів у класи 131 5.7. Діаграми класів 132 5.7.1. Загальна характеристика 132 5.7.2. Приклад діаграми класів для системи керування ліфтами 134 5.8. Виділення відношень між класами 135 5.8.1. Асоціації 137 5.8.2 Агрегація і композиція 138 5.8.3. Приклад операційної системи реального часу (B.TOS) 139 5.9. Асоціативні класи 143 5.10. Відношення узагальнення 143 5.10.1. Загальна характеристика 143 5.10.2. Розташування атрибутів у дереві наслідування 146 Висновки 151 Контрольні запитання та завдання 151 Посилання на літературу 153 РОЗДІЛ 6 ЕТАП ОБ'ЄКТНОГО АНАЛІЗУ: ВИЗНАЧЕННЯ ПОВЕДІНКИ ОБ'ЄКТІВ 154 6.1. Поведінка об'єкта ....154 6.1.1. Проста поведінка : 155 6.1.2. Поведінка із станами 155 6.1.3. Неперервна поведінка 156 6.2. Визначення поведінки об'єкта в заданому стані 157 6.3. Діаграми станів в UML 159 6.3.1. Основні різновиди діаграм станів 160 6.3.1.1. Переходи 162 6.3.1.2. Псевдостани 165 6.3.1.3. Розгалуження та з'єднання 167 6.3.1.4. Дії і діяльності 168 6.3.2.1-стани 171 б.З.З.Підмашини 177 6.3.4. Наслідування моделей станів 179 6.4. Роль сценаріїв у визначенні поведінки 180 6.4.1. Часові діаграми 181 6.4.2. Діаграми послідовності 184 6.5. Ієрархії подій 187 6.6. Визначення операцій 189 6.7. Типи операцій 191 6.8. Стратегії для виділення операцій 195 Висновки 197 Контрольні запитання та завдання 198 Посилання на літературу 199 РОЗДІЛ 7. ЕТАП АРХІТЕКТУРНОГО ПРОЕКТУВАННЯ: СТРУКТУРНІ АСПЕКТИ 200 7.1. Етапи проектування системи 202 7.2. Основні риси фази проектування архітектури 204 7.2.1. Фізична архітектура 205 7.2.2. Архітектурні питання програмного забезпечення 207 7.3. Подання фізичної архітектури в UML 212 7.4. Шаблони архітектури 216 7.4.1. Шаблон Master-Slave 217 7.4.2. Шаблон Microkernel 219 7.4.3. Шаблон Proxy 221 7.4.4. Шаблон Broker 223 7.5. Проектування паралелізму 225 7.6. Представлення потоків 225 7.6.1. Сценарії 226 7.6.2. Паралельні діаграми станів 228 7.7. Визначення потоків 230 7.7.1. Характеристика процесу 230 7.7.2. Ідентифікація потоків 231 7.8. Призначення об'єктів на потоки 233 7.9. Визначення місць зустрічі потоків 234 7.9.1. Розподіл ресурсів 235 7.9.2. Призначення пріоритетів 236 7.10. Архітектура і атрибути якості 236 7.11. Приклади програмно-технічних архітектур 247 Висновки 255 Контрольні запитання та завдання 256 Посилання на літературу 257 РОЗДІЛ 8. ЕТАП ПРОЕКТУВАННЯ АРХІТЕКТУРИ: МАТЕМАТИЧНЕ І ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ 258 8.1. Моделі систем масового обслуговування 259 8.1.1. Опис моделей СМО 260 8.1.1.1. Вхідний потік вимог 261 8.1.1.2. Дисципліни постановки вимог у чергу і вибору вимог з неї 261 8.1.1.3. Правила обслуговування вимог. 262 8.1.1.4. Вихідний потік вимог 262 8.1.1.5. Типи систем масового обслуговування 263 8.1.2. Мережі систем масового обслуговування 264 8.1.3. Імітаційне моделювання СМО і мереж СМО 265 8.2. Моделювання з використанням формалізмів мереж Петрі 268 8.2.1. Формальне визначення мереж Петрі 268 8.2.2. Розширення мереж Петрі 270 8.2.3. Приклади моделей мереж Петрі 270 8.3. Засоби імітаційного моделювання апаратно-програмної архітектури 272 8.3.1. GPSS 272 8.3.1.1. GPSS команди 273 8.3.1.2. Блокові вирази в GPSS 273 Висновки 277 Контрольні запитання та завдання 277 Посилання на літературу 278 РОЗДІЛ 9. ЕТАП ПРОЕКТУВАННЯ МЕХАНІЗМІВ 279 9.1. Основні особливості етапу проектування механізмів 280 9.2. Шаблони рівня проектування механізмів 283 9.2.1. Прості шаблони 285 9.2.1.1. Шаблон Observer 285 9.2.1.2. Шаблон Model-View-Controller (MVC) 289 9.2.1.3. Шаблон Transaction 291 9.2.1.4. Шаблон Smart Pointer 296 9.2.2. Шаблони повторного використання 298 9.2.2.1. Шаблон Container 299 9.2.2.2. Шаблон Interface 301 9.2.2.3. Шаблон Policy 304 9.2.2.4. Шаблон Rendezvous 305 9.3. Бібліотеки шаблонів 311 9.4. Каркаси.... 314 9.4.1. Загальна характеристика : 314 9.4.2. Каркаси для веб-додатків 316 9.4.3. PHP-орієнтовані каркаси 322 9.5. Стандартна обчислювальна інфраструктура, орієнтована на використання технології J2EE/EJB 332 9.6. Архітектура системи Luther, яка використовує технологію J2EE 335 Висновки 339 Контрольні запитання та завдання 340 Посилання на літературу 341 РОЗДІЛ 10. ЕТАП ДЕТАЛЬНОГО ПРОЕКТУВАННЯ 342 10.1. Основні риси детального проектування 342 10.2. Структура даних 343 10.3. Структура колекції даних 349 10.4. Асоціації 350 10.5. Операції 353 10.6. Рекомендації до встановлення видимості 355 10.7. Алгоритми 357 10.8. Винятки 366 10.9. Приклад детального проектування з використанням шаблону 369 Висновки 378 Контрольні запитання і завдання 379 Посилання на літературу 380 РОЗДІЛ 11. ЕТАН ТЕСТУВАННЯ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ 381 11.1. Класифікація відмов 382 11.2. Основні методи тестування 383 11.3. Принципи тестування програмного забезпечення 383 11.4. Опис типів тестів програмного забезпечення 385 11.4.1. Юніт-тестування (White Box) 385 11.4.2. Інтеграційне тестування 385 11.4.3. Функціональне тестування 387 11.4.4. Регресивне тестування 387 11.4.5. Системне тестування 388 11.5. Планування тестування 389 11.6. Розробка тестів 391 11.7. Виконання тестів і обробка результатів тестування 393 11.8. Тестування програм реального часу та вбудованих систем 396 11.9. Управління тестуванням 397 11.9.1. Тестування програмного забезпечення об'єктно-орієнтованих систем 397 11.9.2. Огляд особливостей технології тестування FREE 398 11.9.3. Модель станів для FREE технології 401 11.9.4. Тестування класів на основі виконання 403 11.9.5. Тестування класів або малих кластерів, що базується на представленні 405 11.9.6. Інтеграція великих кластерів і підсистем 406 11.9.7. Тестування системи з використанням розширених Use Cases 408 11.10. Особливості процесів програмування, налагодження і тестування програм для вбудованих систем і систем реального часу 411 11.10.1. Технологія створення програмного коду " 412 11.10.2. Режим налагодження (Background Debug Mode-BDM) 416 11.10.3. Апаратні і програмні засоби налагодження Р&Е від компанії PEMICRO 422 11.10.4. Емулятори 423 11.10.5. Логічні аналізатори 426 11.10.6. Особливості компілятора і асемблера 426 Висновки 439 Контрольні запитання та завдання 440 Посилання на літературу 440 РОЗДІЛ 12. ПРОЦЕС ПРОМИСЛОВОЇ РОЗРОБКИ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ ТА ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ 443 12.1. Терміни та визначення, що використовуються в процесі промислової розробки програмного забезпечення 444 12.2. Рівні моделей процесу розробки програмного забезпечення 445 12.3. Функції підтримки процесу розробки програмного забезпечення 450 12.3.1. Забезпечення якості розробки програмного забезпечення 451 12.3.2. Програмно-технічна розробка програмного забезпечення 454 12.3.3. Функції оптимізації процесу розробки програмного забезпечення (ОПРПЗ) 456 12.4. Документація, яку створюють під час розробки програмних продуктів 457 12.5. Фрагменти структури організації, яка працює над розробками програмних продуктів 458 12.6. Спеціалізація (ролі) персоналу 459 12.7. Правила хорошого тону при менеджменті проектами з розробки об'єктно-орієнтованого програмного забезпечення 461 12.7.1. Практичні поради 461 12.7.1.1. Початкові принципи 461 12.7.1.2. Продукти і процеси 463 12.7.1.3. Макропроцес 464 12.7.1.4. Мікропроцес 469 12.7.1.5. Команда розробників 471 12.7.1.6. Менеджмент і планування 473 12.7.1.7. Спеціальна тематика 475 12.7.2. Правила ввічливого тону 477 12.7.2.1. Початкові 'принципи .477 12.7.2.2. Продукти і процес 477 12.7.2.3. Макропроцес 478 12.7.2.4. Мікропроцес 480 12.7.2.5. Команда розробника _ 481 12.7.2.6. Менеджмент і планування 483 12.7.2.7. Спеціальна тематика 484 Висновки 485 Контрольні запитання та завдання 486 Посилання на літературу 487 РОЗДІЛ 13. ІНТЕГРОВАНІ СЕРЕДОВИЩА ПІДТРИМКИ КЕРУВАННЯ РОЗРОБКОЮ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ РОЗПОДІЛЕНИМИ КОМАНДАМИ РОЗРОБНИКІВ 491 13.1. Що означає успіх 492 13.2. Управління вимогами 493 13.3. Завдання і "помилки" 495 13.4. Керування версіями і конфігураціями 497 13.5. Керування тестуванням 498 13.6. Вимоги до вибору інтегрованого середовища 499 13.7. Варіант інтегрованого середовища розробки програмного забезпечення для розподілених команд 500 Висновки 501 Контрольні питання і завдання 501 Посилання на літературу 502 ТЕРМІНОЛОГІЧНИЙ СЛОВНИК 503