Időzített rendszerek és az UPPAAL II

Átírás

1 Időzített rendszerek és az UPPAAL II Dr. Németh L. Zoltán SZTE, Informatikai Tanszékcsoport 2008/2009 I. félév MODELL 11 1

2 Rendszerek leírása az UPPAAL-ban Modellelenőrzés = modell + specifikációk a specifikációk megadását, már láttuk időzített CTL formulák (megszorításokkal): A[ ] P, A<>P, E[ ]P, E<> P, P --> Q a modell megadásához kiterjesztett időzített automata hálózatokat használunk időzített: valós idejű órák, melyek újraindíthatók és tesztelhetők kiterjesztett: korlátos egész változókat is használhatunk hálózat: az automaták, a csatornák szerint szinkronizálnak: egy üzenet? átmenet csak egy másik automata üzenet! átmenetével egyszerre hajtható végre MODELL 11 2

3 A modell leírásának részei: globális és lokális deklarációk konstansok változók csatornák órák tömbök, rekordok, skalárok, metaváltozók, felhasználói típusok automata sablonok (automata templates) ezek az egyes folyamatok modelljei ide tartoznak a lokális deklarációk rendszer komponenseinek megadása (system definition) a rendszer felépítése a sablonok folyamatokká példányosítsásaival,pl: ember1:=embertipus(1000); ember2:=embertipus(2000); system lampa,ember1,ember2; lampa4.xml MODELL 11 3

4 Típusok, változó, konstansok, tömbök Az UPPAAL deklarációi a C nyelvhez hasonlóak: Type ::= Prefix TypeId Prefix ::= 'urgent' 'broadcast' 'meta' 'const' TypeId ::= ID 'int' 'clock' 'chan' 'bool' 'int''['expression','expression'']' 'scalar''['expression']' 'struct''{'fielddecl(fielddecl)*'}' FieldDecl ::= Type ID ArrayDecl* (','ID ArrayDecl*)*'; ArrayDecl ::= '['Expression']' '[' Type ']' Expression szintén a C-hez hasonló kifejezés, ld. a HELPben MODELL 11 4

5 Példák I const int a = 1; bool b[8], c[4]; Nem keverendő! int[0,100] a=5; a egész típusú konstans, kezdeti értéke 1, az egészek alapértelmezett értékkészlete [-32768, 32767] b és c két 8 illetve 4 elemű tömb, melyek Boole értékeket tartalmaznak a egy korlátozott egész, értéke 1 és 100 közötti lehet, kezdetben 5 int a[2][3]= kétdimenziós egész értékeket {{1,2,3},{4,5,6}}; tartalmazó tömb, kezdeti értékadással MODELL 11 5

6 Példák II clock x, y; x és y két óra chan d; d egy csatorna avagy tevékenység neve, d? és d! használható a szinkronizáláshoz urgent chan e; e egy sürgős (urgent) csatorna, ha az üzenet küldés-fogadás létrejöhet nem választhatunk helyette szünet átmenetet struct{int a;bool b;} s1={2,true}; s1 egy olyan rekord, melynek a komponense egész (kezdetben 2), második komponense Boole típusú (kezdetben igaz). meta int swap; metaváltozó, a modell állapotait nem növeli int a; int b; assign swap=a; a=b; b=swap; MODELL 11 6

7 Kiterjesztett időzített automaták 2.szinkronizálás 3.értékadások invariánsok 1.őrfeltételek MODELL 11 7

8 1. Őrfeltételek Boole értékre értéklődjenek ki csak óra változókra, egészekre és konstansokra (valamint azok tömbjeinek elemeire) hivatkozhatunk az operandusok megfelelő típusúak kell, hogy legyenek kivéve az int bool konverziót óra változók, és azok különbsége csak egészekkel hasonlítható össze (ezért az órákat egész értékűeknek gondolhatjuk) mellékhatás mentesek (side-effect free) kell hogy legyenek különböző órákra vonatkozó feltételeket csak konjunkvióval köthetünk össze diszjunkcióval nem, pl: x <100 or y==50 tilos MODELL 11 8

9 2. Szinkronizációk I a csatornákat (avagy cselekvések (actions) neveit) globálisan kell deklariálni lokális csatornáknak nincs értelme, mert nem látja a másik automata, amivel szinkronizálni akarunk szabad belőlük tömböt szervezni, azaz egész értékekkel paraméterezni pl. chan csat[3] ekkor csat[2]! alatt gondolhatjuk azt, hogy 2-t küldjük el a csat csatornába de gondolhatjuk azt is, hogy 3 különböző cselekvéssel tudunk szinkronizálni csat[0], csat[1], csat[2] a sürgős (urgent) csatornákról később lesz szó MODELL 11 9

10 2. Szinkronizációk II Bináris szinkronizáció két folyamat (automata) között egy küldő egy fogadó fél Példa: chan a, b[3]; küldés: c[t]! (ha t értéke 2) fogadás: c[2]? Csak akkor hajtható végre, ha van fogadó fél különben blokkol. Brodcast szinkronizáció több folyamat (automa között) egy küldő teszőleges számú (esetleg nulla!) fogadó fél Pl: broadcast chan a; küldés: a! fogadás: a? minden végrehajtható a? átmenettel rendelkező automatának szinkronizálni kell a küldővel küldeni mindig lehet a! soha sem blokkol ebreszto.xml MODELL 11 10

11 3. értékadások az átmenet sorrendben harmadik lépései, megváltoztatják a modell állapotát az őrfeltételekkel szemben itt éppen a mellékhatás a lényeg a típusokat itt is egyeztetni kell itt is csak konstansa, órára, egész változóra (és ezek tömbjeire) hivatkozhatunk az óra változóknak csak egész érték adható MODELL 11 11

12 Invariánsok az állapotokhoz és nem az átmenetkhez kapcsolódnak Boole értékre értékelődnek ki mellékhatás mentesek (x < e) és (x <= e) alakú feltételek konjunkciói ahol x óraváltozó e pedig egész értékű kifejezés MODELL 11 12

13 Sablonok (Templates) kényelmes módszer több azonos, vagy hasonló folyamat definiálására mint a SPIN-ben a proctype az automata sablonokat korlátozott egész értékű paraméterekkel láthatjuk el a sablon neve utáni Parameters mezőben kell megadni őket a változó deklarációhoz hasonlóan a rendszerdeklarációkban példányosíthatjuk őket a konkrét paraméterek megadásával (ekkor érték szerinti paraméterátadás történik) vagy ha nem adjuk meg a paramétereket az UPPAAL önműködően létrehozza a példányokat a paramétereket az összes lehetséges módom megválasztva Példák régebbről: lampa4.xml, ebreszto.xml MODELL 11 13

14 Sürgősség és elkötelezettség (Urgency and commotment) a modellezéshez sokszor szükségünk van arra, hogy a rendszer ne várkozhasson bizonyos állapotokban hanem haladás (progress) történjen, például egy szinkronizáció azonnal létrejöjjön, mihelyt mindkét fél készen áll az erre szolgálló eszközök: sürgős csatornák (urgent channels) sürgős helyek (urgent locations) elkötelezett helyek (committed locations) ezek az eszközök jelentősen csökkenthetik a szükséges órák számát és az állapottér méretét is MODELL 11 14

15 Sürgős csatornák, sürgős helyek, elkötelezett helyek 1. sürgős csatornák (urgent channels) ha a csatornán keresztül szinkronizálni lehet sem a küldő sem a fogadó nem tehet szünet átmenetet de egymást persze meg kell várniuk órákra vonatkozó őrfeltétel nem lehet a szinkronizáló átmeneten de egészekre vonatkozó őrfeltétel igen deklarációja urgent chan a, b[12]; 2. sürgős helyek (urgent locations) ezen a helyen nem telhet az idő de a többi folyamat diszkrét átmeneteket tehet közben (azok alatt nem telik az idő) 3. elkötelezett helyek (committed locations) ezen a helyen sem telhet az idő, sőt a következő átmenetnek innen, vagy legalább egy másik elkötelezett helyről kell indulnia azaz a többi folyamat normál állapotaival szemben elsőbbséget élvez surgos.xml MODELL 11 15

16 További lehetőségek Néhány további eszköz mely hasznos lehet a modellezéshez: választások (select statements) select = nemtereminisztikus választás az átmenet,,előtt pl. k : int[1,6] egy 1 és 6 közötti számot választ felhasználói típusok, és rekordok (mint a C-ben.) forall / exists kifejezések forall (x:int[0,50]) expr exists (x:int[0,50]) expr skalárok scalar[3] d, a skalárok csak értékadásra és egyenlőség tesztelésére használatos így köztük nincs < >rendezés így a szimmetriájuk kihasználható az állapoptszám csökkentésére metaváltozók meta int swap MODELL 11 16

17 Gyakorlat Egy LEGO kocka válogató UPPAAL modllje LEGO kocka válogató (brick sorter) valami hasonló, mint: elemezzük a modellt: további példák: könnyű HF zuhanyos példa (18) boxes.xml MODELL 11 17