Nghiên ứu hìn thứ đồng kiểm tra hệ thống sử dụng giao thứ lin (loal interonnet network

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN KHẮC THÀNH NGHIÊN CỨU HÌNH THỨC ĐỒNG KIỂM TRA HỆ THỐNG SỬ DỤNG GIAO THỨC LIN (LOCAL INTERCONNECT NETWORK) Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN ĐỨC MINH HÀ NỘI – 2014 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131968531000000 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kỹ thuật truyền thông LỜI CAM ĐOAN Tôi tên: Nguyễn Khắc Thành Lớp: KTTT-2011B Đơn vị: Viện Điện tử - Viễn thông – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Đề tài luận văn tơi là: Nghiên cứu hình thức đồng kiểm tra hệ thống sử dụng giao thức LIN (Local Interconnect Network) Tôi xin cam đoan nội dung luận văn hồn tồn tơi tự tìm hiểu nghiên cứu, khơng có chép tài liệu nào, tài liệu sử dụng dựa sở tham khảo để tìm hiểu thêm vấn đề Nếu phát chép Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng kỷ luật Nhà trường Hà Nội, 30 tháng 03 năm 2014 Ký tên Nguyễn Khắc Thành Nguyễn Khắc Thành – CB110908 – KTTT2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kỹ thuật truyền thông LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới thày cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung thày cô Viện Điện Tử - Viễn Thơng, Viện đào tạo sau đại học nói riêng tận tình giảng dạy, cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian học vừa qua Em xin gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Đức Minh, giảng viên mơn Xử lý số tín hiệu, Viện Điện Tử - Viễn Thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em suốt trình thực luận văn Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, chăm sóc, đóng góp ý kiến giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu hồn thành ln văn Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2014 Nguyễn Khắc Thành Sinh viên lớp KTTT2 – K2011B Viện Điện Tử - Viễn Thông Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Khắc Thành – CB110908 – KTTT2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kỹ thuật truyền thông MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Đồng kiểm tra hình thức hệ thống phần cứng/phần mềm 1.1.1 Tổng quan hệ thống phần cứng/phần mềm 1.1.1.1 Lý thuyết hệ thống phần cứng/phần mềm 1.1.1.2 Luồng thiết kế hệ thống HW/SW 1.1.1.3 Kiến trúc hệ thống Hardware/Software 1.1.2 Tổng quan kỹ thuật kiểm tra hardware, software kỹ thuật đồng kiểm tra 1.1.2.1 Kiểm tra phần cứng: 1.1.2.2 Kiểm tra phần mềm 14 1.1.2.3 Hardware/Software Co-Verification 16 1.2 LIN Protocol thực 22 1.2.1 Tổng quan LIN Protocol .23 1.2.2 Đặc tả giao thức 24 1.2.2.1 Khung giao thức LIN 24 1.2.2.2 Cấu trúc khung .24 1.2.2.3 Khe khung 27 1.2.2.4 Lập lịch khung truyền .27 1.2.3 Triển khai giao thức LIN 29 1.2.4 Trình điều khiển thiết bị LIN dựa máy trạng thái hữu hạn (Finite State Machine) .31 1.3 Chủ đề đề cương luận văn 34 CHƯƠNG 2: KIỂM TRA HÌNH THỨC CỦA MƠ HÌNH TRIỂN KHAI LIN CỤ THỂ 37 2.1 Mô hình cụ thể Node chủ LIN .38 Nguyễn Khắc Thành – CB110908 – KTTT2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2.1.2 Kỹ thuật truyền thông Thành phần phần cứng node chủ LIN 41 2.1.2.1 Aquarius 41 2.2 Kiểm thử hình thức mơ hình thực tế 47 2.2.1 Phân tách chương trình 47 2.2.4 Các mẫu tính chất dựa CFG dành cho mơ hình cụ thể node chủ LIN 61 2.3 Khuôn khổ kiểm tra mô hình cụ thể Node chủ LIN 69 CHƯƠNG 3: KIỂM TRA HÌNH THỨC CỦA THỰC HIỆN LIN DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TRỪU TƯỢNG ITL 73 3.1 Từ tập hợp thuộc tính tới đồ thị thuộc tính 75 3.1.1 Đồ thị thuộc tính 76 3.1.2 Đồ thị thuộc tính node chủ LIN 85 3.2 Từ biểu đồ thuộc tính đến mơ hình máy hữu hạn trạng thái 88 3.2.1 Máy hữu hạn trạng thái 88 3.2.2 PFSM node chủ LIN ( Node chủ LIN) .92 3.3 Từ PFSM đến mô hình trừu tượng .94 3.4 Kiểm tra hình thức node chủ LIN với trừu tượng dựa ITL 95 3.4.1 Sự triển khai node chủ LIN với trừu tượng dựa ITL 95 3.4.2 Kiểm tra thức mơ hình trừu tượng .97 3.4.3 Framework đồng kiểm tra hình thức triển khai LIN dựa vào thuộc tính dài, chung 100 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 102 4.1 Đồng kiểm tra hình thức cho mơ hình cụ thể node chủ LIN .102 4.2 Đồng kiểm tra hình thức node chủ LIN trừu tượng hóa dựa ITL .106 4.3 Kiểm thử thức thuộc tính dài chung với node chủ LIN trừu tượng hóa dựa ITL .108 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU SAU NÀY 114 5.1 Kết luận 114 5.2 So sánh với nghiên cứu trước 115 5.3 Các nghiên cứu 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Khắc Thành – CB110908 – KTTT2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kỹ thuật truyền thông DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các kỹ thuật kiểm tra cho HW, SW, HW/SW Bảng 4.1 Những cơng cụ kiểm thử mơ hình cụ thể node chủ LIN 103 Bảng 4.2 Những thuộc tính Mơ hình Cụ thể node chủ LIN .104 Bảng 4.3 Tập thuộc tính node chủ LIN trừu tượng hóa dựa ITL .107 Bảng 4.4 Số biến trạng thái mô đun 108 Bảng 4.5 Những thuộc tính dài, chung .112 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Luồng thiết kế hệ thống phần cứng/phần mềm Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống Hardware/Software .4 Hình 1.3 Kiểm tra hình thức .5 Hình 1.4: Mơ hình mạch lặp mã hóa FSM cho BMC .8 Hình 1.5: Counterexample Guided Abstraction Refinement Framework 14 Hình 1.6: CEGAR kết hợp với trừu tượng xác nhận kiểm tra phần mềm 15 Hình 1.7: Mơ hình đồng mơ khơng đồng .19 Hình 1.8: Một cụm LIN với node master node slave .23 Hình 1.9: Kiến trúc layer node LIN 24 Hình.1.10: Giao tiếp điển hình bus LIN qua khung 24 Hình 1.11: Cấu trúc khung 25 Hình.1.12 Cấu trúc trường byte 25 Hình 1.13: Trường ngắt đồng 26 Hình 1.14: Trường đồng 26 Hình.1.15: ID bảo vệ 27 Hình 1.16: Tám byte liệu khung 27 Hình 1.17 Lịch trình LIN khe khung 28 Hình 1.18: Một ví dụ chuyển giao khung 28 Hình 1.19: Các lớp triển khai phần mềm LIN 30 Nguyễn Khắc Thành – CB110908 – KTTT2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kỹ thuật truyền thơng Hình 1.20 Máy trạng thái hữu hạn trình điều khiển thiết bị LIN .33 Hình 2.1: Sơ đồ khối node chủ LIN 40 Hình 2.2: Sơ đồ RTL Aquarius 41 Hình 2.3: Sơ đồ khối core CPU Aquarius 42 Hình 2.3 Sơ đồ RTL nhớ .43 Hình 2.5: Ánh xạ địa RAM ROM Aquarius 45 Hình 2.6: Sơ đồ RTL UART 45 Hình 2.7 Sơ đồ RTL IRQCTL 46 Hình 2.8: Quá trình từ chương trình C đến chương trình disassembly .49 Hình 2.9: Chương trình C 52 Hình 2.10: Chương trình assembly chương trình C 52 Hình 2.11: CFG chương trình tách rời chương trình C đơn giản 55 Hình 2.12: Tính chất giả 71 Hình 2.13: Tính chất thật 58 Hình 2.14: Một phần hàm trình điều khiển thiết bị LIN 61 Hình 2.15: Chương trình tách rời LIN trình điều khiển thiết bị 61 Hình 2.16 CFG node chủ LIN hình thành dựa CFG 63 Hình 2.17: Một mẫu tính chất node chủ LIN .66 Hình 2.18: Chia chuyển đổi dài thành chuyển đổi ngắn 68 Hình 2.19: Khn khổ đồng kiểm tra hình thức mơ hình cụ thể node chủ LIN 71 Hình 3.1 Thuộc tính start_new_frame .78 Hình 3.2.Bộ phận CEG cho thuộc tính khung khởi động 79 Hình 3.3 Macro ITL cpu_at_Label26_In _main_sh .80 Hình 3.4 Một đỉnh CEG ánh xạ hai node biểu đồ thuộc tính 81 Hình 3.5.Thuộc tính reset node chủ LIN 82 Hình 3.6.Xây dựng đồ thị thuộc tính từ tập hợp thuộc tính 84 Hình 3.7 Đồ thị thuộc tính node chủ LIN 87 Hình 3.8 Từ đồ thị thuộc tính đến mơ FSM thuộc tính 89 Hình 3.9 PFSMư 93 Nguyễn Khắc Thành – CB110908 – KTTT2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kỹ thuật truyền thơng Hình 3.10 Sơ đồ khối mơ hình trừu tượng 94 Hình 3.11 Sơ đồ RTL mơ hình trừu tượng 95 Hình 3.12 Node chủ LIN qua mơ hình trừu tượng 96 Hình 3.13 Một thuộc tính cụ thể đến thuộc tính trừu tượng .99 Hình 3.14 Framework cho đồng kiểm tra hình thức node chủ LIN dựa thuộc tính dài, chung 101 Hình 4.1 Biểu diễn sơ đồ mạch mơ hình mạch tương tác thỏa mãn chiều dài n thuộc tính 105 Hình 4.2 Một nhóm LIN .109 Hình 4.3 Một ví dụ thuộc tính dài, chung node chủ LIN .110 Hình 4.4 Mẫu thuộc tính cho thuộc tính chung, dài .111 Nguyễn Khắc Thành – CB110908 – KTTT2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kỹ thuật truyền thông LỜI MỞ ĐẦU Kiểm thử giao thức phù hợp miền q trình đổi tiềm ngành cơng nghiệp kiểm thử System-on-Chip Bên cạnh đó, đồng kiểm thử hình thức hệ thống phần cứng/phần mềm nhiệm vụ đầy thách thức Do đó, đồng kiểm thử hình thức hệ thống phần cứng/phần mềm thực giao thức bus công việc ý nghĩa Trong luận văn này, hướng tới đồng kiểm tra hình thức node chủ LIN , node thực giống hệ thống phần cứng/phần mềm Để vượt qua khoảng cách kiểm tra phần cứng phần mềm, framework đồng kiểm tra hình thức giới thiệu luận văn này, đặc biệt hệ thống phần cứng/phần mềm nơi mà thành phần phần cứng phần mềm miêu tả mức độ trừu tượng khác Khoảng cách mô tả phần mềm phần cứng loại bỏ cách ánh xạ chức phần mềm biến với tín hiệu phần cứng Các thuộc tính node chủ LIN liên quan đến trạng thái chung vượt ngồi khả kiểm tra đặc tính hình thức tiên tiến, chúng tơi đề xuất phương pháp lý thuyết gọi lý thuyết dựa vào ITL để giảm kích thước node chủ LIN Phương pháp lý thuyết áp dụng thành cơng để xác minh thuộc tính chung node chủ LIN Thuộc tính node chủ LIN liên quan đến hành vi toàn cục vượt khả kiểm tra thuộc tính thức tiên tiến, chúng tơi đề xuất phương pháp trừu tượng gọi trừu tượng dựa ITL để làm giảm kích thước node chủ LIN Hành vi liên quan đến giao thức cịn để đơn giản hóa nút LIN Phương pháp trừu tượng áp dụng thành cơng để kiểm thử tính chất toàn cục node chủ LIN Nguyễn Khắc Thành – CB110908 – KTTT2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kỹ thuật truyền thông CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Đồng kiểm tra hình thức hệ thống phần cứng/phần mềm 1.1.1 Tổng quan hệ thống phần cứng/phần mềm 1.1.1.1 Lý thuyết hệ thống phần cứng/phần mềm Hệ thống phần cứng / phần mềm hệ thống sử dụng kết hợp phần cứng phần mềm để thực nhiệm vụ tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng khác Trong danh mục hệ thống phần cứng / phần mềm, thơng thường có máy tính mục đích chung hệ thống nhúng Máy tính thơng thường, chẳng hạn máy tính cá nhân, thực nhiều nhiệm vụ khác tùy thuộc vào chương trình, hệ thống nhúng hệ thống máy tính chuyên dụng thiết kế để thực một vài chức chuyên dụng Hệ thống phần cứng / phần mềm kết hợp phần cứng phần mềm Một hệ thống hoàn toàn thực phần cứng có tốc độ hiệu lượng tốt so với hệ thống hoàn toàn thực phần mềm Tuy nhiên hệ thống phần mềm cần tài ngun có nhiều linh hoạt dễ dàng bảo trì Trong thị trường nay, yêu cầu sản phẩm có lợi mặt phần cứng phần mềm Nói cách khác, hệ thống phần cứng / phần mềm xem kết hợp thành phần phần cứng phần mềm, có khả cung cấp tập hợp rộng lớn dễ thích nghi chức phức tạp liên quan đến hệ thống phần cứng túy , khơng làm hiệu lượng tốc độ trường hợp hệ thống phần mềm túy Do ưu điểm hệ thống phần cứng / phần mềm, nhu cầu hệ thống HW / SW tăng kể từ xuất hiện, phạm vi ứng dụng tính phức tạp chức thực Hệ thống nhúng đặc biệt phổ biến ngành cơng nghiệp sống hàng ngày Nó ứng dụng từ máy nghe nhạc di động MP-3 đến đơn vị điều khiển định hướng máy bay chiến đấu Trong thiết bị điện tử ô tô, hệ thống nhúng sử dụng rộng rãi để đáp ứng nhu cầu chất Nguyễn Khắc Thành – CB110908 – KTTT2 Page