《信息物理融合系统（CPS）设计、建模与仿真——基于PtolemyII平台》——1.2域和计算模型...

本节书摘来自华章出版社《信息物理融合系统&＃xff08;CPS&＃xff09;设计、建模与仿真——基于 Ptolemy II 平台》一书中的第1章&＃xff0c;第1.2节&＃xff0c;作者&＃xff1a;&＃xff3b;美&＃xff3d;爱德华·阿什福德·李&＃xff08;Edward Ashford Lee&＃xff09;&＃xff0c;更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看

1.2　域和计算模型

Ptolemy II中的语义域&＃xff08;semantic domain&＃xff09;&＃xff0c;通常称为域&＃xff08;domain&＃xff09;&＃xff0c;它定义了设计中两个组件交互的“物理定律”。它为组件之间的并发执行以及两个组件之间的通信&＃xff08;如前文所述&＃xff09;提供了管理规则。这种规则的集合称为计算模型&＃xff08;Model of Computation&＃xff0c;MoC&＃xff09;。在本书中&＃xff0c;从技术上看尽管域是计算模型的实现&＃xff0c;但术语“计算模型”和“域”是可替换的。计算模型是一个抽象模型&＃xff0c;然而域是模型在软件上的具体实现。
模型规则分为三类。第一类规则指定了组件的构成要素&＃xff0c;在本书中&＃xff0c;一个组件一般是一个角色&＃xff08;actor&＃xff09;&＃xff0c;在下文中将给予更精确地定义。第二类规则指定执行和并发机制&＃xff1a;角色调用是按序的&＃xff1f;同时的&＃xff1f;还是非确定性的&＃xff1f;第三类规则指定通信机制&＃xff1a;角色之间怎样交换数据&＃xff1f;
本书中讨论的每一个计算模型都有很多可能的变体&＃xff0c;这些变体中很多已经在其他的建模工具中实现了。本书把重点放在Ptolemy II中实现的计算模型&＃xff0c;以及那些具有易读且书写良好的语义模型上。为了进一步阐述&＃xff0c;我们也提供了其他一些有用的、还未在Ptolemy II中实现但已在其他工具中实现的计算模型的简要说明和索引。
为了支持异构系统的设计&＃xff0c;Ptolemy II域之间可以交互操作。这要求语义域之间有一定程度的协议。但是&＃xff0c;当不同的工具被分别独立设计再组合到一起时&＃xff0c;这种协议几乎是不存在的。Ptolemy II中域之间交互的法则在多篇论文中有所描述&＃xff08;Eker et al.&＃xff0c;2003&＃xff1b;Lee et al.&＃xff0c;2003&＃xff1b;Goderis et al.&＃xff0c;2009&＃xff1b;Lee&＃xff0c;2010b&＃xff1b;Tripakis et al.&＃xff0c;2013&＃xff09;。本书重点在于域的互操作性的实践环节&＃xff0c;而不是理论。
使用统一的、一致的软件系统使我们可以专注于域的交互操作&＃xff0c;而不必过多担心不同工具集成过程带来的不兼容性问题。比如说&＃xff0c;Ptolemy II的类型系统&＃xff08;type system&＃xff09;&＃xff08;它定义了可以被各种计算组件所使用的数据类型&＃xff09;被所有的域、状态机符号以及表达式语言&＃xff08;expression language&＃xff09;所共享。域有能力推测和验证数据类型是否恰当&＃xff1b;这个功能可以在异构模型中的多个域之间无缝地工作。同样&＃xff0c;语义中包含时间概念的域共享一个通用的时间表达方式以及一个&＃xff08;多样&＃xff09;时间模型。Ptolemy II中的域均可使用相同的图形编辑器&＃xff0c;且均使用XML&＃xff08;可扩展标记语言架构&＃xff09;文件是存储设计。该协议消除了异构模型组合中存在的很多实际障碍。这允许我们集中精力关注异构集成带来的好处——最重要的是&＃xff0c;即便设计是异构的&＃xff0c;我们也能够选择与问题最匹配的域。