Formal verification of UML statecharts with real-time extensions
UML的测试图
UML的测试图UML，即Unified Modeling Language，是一种软件开发中使用的建模语言，它包含了大量的符号和标记，用于描述系统的结构和行为。
UML不仅仅是为软件开发而设计的，它也可以被应用于其他领域，如商业流程和组织管理等。
在UML中，测试图是用于描述测试相关内容的一种图形。
测试图是UML的一个子集，主要用于描述系统的测试过程和测试需求。
测试图旨在提供所有测试相关信息的一个综合视图，包括测试用例、测试执行、测试覆盖、测试结果等。
测试图可以在不同的开发阶段使用，例如在需求分析阶段、设计阶段、测试阶段和维护阶段等。
测试图有四种类型，分别为用例图、序列图、状态图和活动图。
用例图用于描述系统中的所有用例，它显示系统的所有参与者、用例和它们之间的关系。
序列图用于描述不同对象之间的消息传递和交互情况。
状态图用于描述系统的状态和状态转换，它显示系统的状态和事件以及它们之间的关系。
活动图用于描述系统的活动和流程，它显示系统的活动和流程以及它们之间的关系。
测试图的主要用途是为开发人员提供一个清晰的视图，以便他们能够更好地理解系统的测试需求和测试过程。
测试图还可以被用于交流，帮助开发人员和测试人员更好地沟通，以确保测试的正确性和完整性。
测试图的设计和使用需要特别注意以下几点：一、测试图应该是可读的，清晰的和易于理解的，以便开发人员和测试人员能够轻松地理解其内容。
二、测试图应该包含足够的细节，以表达测试需求和测试过程中的所有细节。
三、测试图应该尽可能地与系统的其他部分相互关联，以确保图形和软件的正确性和完整性。
四、测试图的设计需要遵循标准的UML规范，以便其他人可以轻松地理解和使用它。
最后，测试图是一个重要的测试工具，可以用于系统的测试规划和执行，开发人员和测试人员需要学会如何使用测试图来更好地完成测试任务。
不同Statechart语义比较
第21卷第2期2005年6月长 沙 交 通 学 院 学 报JOURNAL OF CHAN GSHA COMMUN ICA TIONS UN IV ERSIT Y Vol.21 No.2J une 2005 文章编号:1000-9779(2005)02-0075-05不同Statechart 语义比较刘 震1,李聪怡2(1.长沙民政职业技术学院,湖南长沙 410011;2.长沙理工大学,湖南长沙 410076)摘 要:Statechart 是一种可视的规格描述语言,由于其直观的特性和强大的描述能力,一直得到广泛的重视,Statechart 语义的关键在于执行步语义,不同的statechart 的变体有着不同的描述能力,而应用于不同的领域。
本文以三种应用最为广泛的Statechart 语义为对象,以逆时间的方式,从UML Statechart 的语义开始,通过对Statechart 功能的讨论,逐步引出了STA TEMA TE Statechart 的语义和Pnueli 给出的Statechart 的语义,并进行了比较,显示出不同语义的描述能力的差异和不同语义表达的思想。
关键词:Statechart ;有限状态机;形式化语义;软件规格中图分类号:TP311.56 文献标识码:A 收稿日期:2005-02-25作者简介:刘 震(1968—),男,长沙民政职业技术学院讲师. Statechart 是Harel 于1987年提出的一种可视化规格语言[1],针对传统的FSM 之不足,Statechart 增加了层次、并发、广播通讯等概念,使Statechart 能适用于描述大型复杂的反应式系统。
Statechart 由于其直观的特性和强大的功能,因此得到了广泛的关注和应用。
Statechart 的语义问题,实际上就是描述一个Statechart 如何执行的过程,是应用Statechart 建模、仿真和验证的基础。
形式化验证讲义
形式化求精
形式化求精是Carroll Morgan（现为新南威尔士大学教授） 在1990年提出来的，最初是基于程序设计的概念，但在之 后逐步发展为一种通用的设计理论，也就是逐步细化的方 式。
形式化求精是将自动推理和形式化方法相结合而形成的一 门新技术，它研究从抽象的形式规格推演出具体的面向计 算机的程序代码的全过程。
立的层次或部分，封装并提供清晰接口。如系统开发 的层次模型，模块化技术，面向对象的技术等； 研究有效的程序开发模型及支持技术，设法屏蔽软件 开发中的难点、解决共性问题。如图形用户界面技术， 客户端－服务器模型，中间件技术，Web服务模型等；
软件问题的应对（2）
研究各种构件形式，以利用已有的开发成果，提高开发 层次，降低开发代价：子程序库、类库、组件库等；
20世纪80年代，在硬件设计领域形式化方法的工业应用结 果，掀起了软件形式化开发方法的学术研究和工业应用的 热 潮 ， Pnueli 提 出 了 反 应 式 系 统 规 格 和 验 证 的 时 态 逻 辑 (temporal logic，简称TL)方法，Clarke和Emerson提出了 有穷状态并发系统的模型检验(model checking)方法；
是否一致并完整，有无矛盾或遗漏？找出并更正其中的错误 和缺陷；
运行中是否会出现不能容忍的状态（死锁、活锁等）。
UML的状态转换图
UML的状态转换图UML（Unified Modeling Language），即统一建模语言，是一种软件设计标准化语言。
它以图形形式描述了软件系统模型，包括系统的用例、类结构、对象行为、组件、部署等。
其中，状态转换图是UML中的一种图表，用于描述系统中对象的状态转换情况，因此具有极高的重要性。
一、什么是状态转换图状态转换图是一种UML中的行为图表，它用于描述一个对象在不同状态下所做出的决策以及所进行的状态转换。
它的主要目的是为软件开发人员提供一个描述系统对象行为的可视化方式。
状态转换图中的状态（State）指的是对象在不同时间下所处的状态，状态之间的转换（Transition）则表示对象从一个状态转换到另一个状态，转换需要满足一定的条件和事件（Event）。
图中还可以包含其他元素，如伴生（Companion）、活动（Activity）等。
二、状态转换图的元素状态转换图一般包含以下几个元素：1. 状态（State）：指对象在不同时刻下所处的状态。
状态有两种类型：简单状态（Simple State）和复合状态（Composite State）。
2. 转换（Transition）：指对象从一个状态转变为另一个状态的行为。
转换可以分为外部转换（External Transition）和内部转换（Internal Transition）。
3. 事件（Event）：指触发对象状态转换的事件。
事件有三种类型：信号（Signal）、操作（Operation）、时间（Time）。
4. 条件（Guard Condition）：指转换发生的条件，即满足条件才能进行状态转换。
5. 动作（Action）：指转换完成后要执行的一些操作。
6. 伴生（Companion）：指与状态转换图关联的动态行为的其他图表。
7. 活动（Activity）：指状态转换图详细描述每个状态下处理逻辑的图表。
三、状态转换图的应用1. 需求分析：状态转换图可以帮助分析人员分析系统的状态，找出不同状态下的行为要素，并描述状态转换的规则。
uml规范
uml规范UML是一种用于建模软件系统的图形化语言，它提供了一套符号和规则，使得软件开发者能够在设计和开发过程中更好地理解和交流系统的结构和行为。
在实践中，使用UML能够提高软件开发的效率和质量，并且能够促进团队协作和沟通。
在进行UML建模时，应该遵循一些规范，以确保模型的准确性和可理解性。
下面是一些常见的UML规范：1. 使用适当的图表类型：UML提供了多种不同的图表类型，如用例图、类图、时序图、活动图等。
在建模过程中，应该选择最合适的图表类型来表示系统的不同方面和视角。
2. 使用清晰的命名和注释：在建模过程中，应该使用清晰和有意义的命名来命名模型元素，如类、属性、方法等。
同时，在图表中加入适当的注释，以促进他人对模型的理解。
3. 使用一致的符号和标记：UML提供了一套符号和标记，如箭头、实线、虚线等，用于表示不同的关系和连接。
在建模过程中，应该使用一致的符号和标记，以确保模型的一致性和易读性。
4. 定义明确的关系和连接：在UML中，模型元素之间的关系和连接非常重要。
在建模过程中，应该明确定义和表示不同的关系和连接，如关联、聚合、继承等，以确保模型的准确性和完整性。
5. 使用适当的颜色和样式：在建模过程中，可以使用适当的颜色和样式来增强模型的可视化效果。
例如，可以使用不同的颜色表示不同的元素类型，或者使用不同的样式表示不同的模型状态。
6. 使用适当的层次和抽象级别：在建模过程中，应该使用适当的层次和抽象级别来表示系统的不同层次和组成部分。
例如，可以使用包和子系统来组织和管理模型的各个部分。
7. 更新和维护模型：在软件开发过程中，系统需求和设计可能会不断变化。
因此，建模过程应该是一个持续的过程，需要不断更新和维护模型，以保持其与实际系统的一致性。
总之，UML规范提供了一套准则和规则，帮助软件开发人员有效地建模和设计软件系统。
通过遵循这些规范，可以提高模型的可理解性、可维护性和可重用性，从而提高软件开发的效率和质量。
UML状态图编写规范
UML状态图规范说明一、状态图简介状态图(Statec hartDiagra m)是描述一个实体基于事件反应的动态行为，显示了该实体如何根据当前所处的状态对不同的时间做出反应的。
通常我们创建一个UML状态图是为了以下的研究目的：研究类、角色、子系统、或组件的复杂行为。
状态图用于显示状态机（它指定对象所在的状态序列）、使对象达到这些状态的事件和条件、以及达到这些状态时所发生的操作。
状态机用于对模型元素的动态行为进行建模，更具体地说，就是对系统行为中受事件驱动的方面进行建模（请参见概念：事件与信号）。
状态机专门用于定义依赖于状态的行为（即根据模型元素所处的状态而有所变化的行为）。
其行为不会随着其元素状态发生变化的模型元素不需要用状态机来描述其行为（这些元素通常是主要负载管理数据的被动类）。
状态是对象执行某项活动或等待某个事件时的条件。
对象可能会在有限长度内保持某一状态。
状态具有以下几项特征：二、状态图内容2．1 转移转移是两个状态之间的关系，它表示当发生指定事件并且满足指定条件时，第一个状态中的对象将执行某些操作并进入第二个状态。
当发生这种状态变更时，即“触发”了转移。
在触发转移之前，可认为对象处于“源”状态；在触发转移之后，可认为对象处于“目标”状态。
转移具有以下几项特征：一个转移可能有多个源状态，在这种情况下，它将呈现为一个从多个并行状态出发的结合点；一个转移也可能有多个目标状态，在这种情况下，它将呈现为一个到多个并发状态的叉形图。
2．2 事件触发器在状态机环境中，事件是指可触发状态转移的激励的发生。
事件可能包括信号、调用、时间推移或状态变更。
信号或调用可能具有其值可用于转移的参数，其中包括警戒条件和操作的表达式。
uml相关的名词解释
uml相关的名词解释UML（统一建模语言）相关名词解释简介：在软件工程中，统一建模语言（UML）是一种标准化的、通用的建模语言，用于描述和构建软件系统。
被广泛应用于软件开发过程中的需求分析、系统设计、代码生成等环节，UML具备描述问题领域、定义软件结构和行为的能力，以及促进开发者之间的交流和沟通。
本文将对与UML相关的一些关键名词进行解释与阐述。
1. 用例图（Use Case Diagram）用例图是UML中最常用的图形之一，用于描述系统与用户之间的交互。
用例图通过显示系统的功能和角色之间的关系，来帮助开发者理解和定义系统的需求。
用例图中的参与者代表系统的用户、外部组织或其他系统，而用例则代表系统的功能或交互场景。
用例图可以帮助团队更好地理解系统的需求，从而指导系统的设计和开发过程。
2. 类图（Class Diagram）类图是用于描述系统中的类、接口、关系和结构的图形化工具。
在类图中，类被表示为矩形框，类之间的关系以及类的属性和方法则通过箭头连接来表示。
类图可以帮助开发者理解、设计和组织系统中的类与对象之间的结构关系，从而更好地进行系统设计和编码。
3. 时序图（Sequence Diagram）时序图用于描述对象之间的交互，尤其是强调交互的顺序和时序逻辑。
时序图中的对象以及它们之间的消息传递被表示为垂直的时间轴和消息顺序。
时序图可以帮助开发者理解和描述系统中对象之间的交互过程，以及时间上的先后关系。
4. 活动图（Activity Diagram）活动图用于描述系统中的行为和流程，强调系统中的活动和动作。
活动图以节点和边的形式描述活动的流程和顺序，用于展示系统中各个活动之间的流转和控制。
活动图可以帮助开发者分析和设计系统中的流程，以及理解系统的行为逻辑。
5. 组件图（Component Diagram）组件图用于描述系统的组件和它们之间的关系，关注系统的组织结构和组件之间的依赖关系。
在组件图中，组件被表示为矩形框，组件之间的关系以及组件的接口则使用箭头表示。
13种uml简介、工具及示例
13种uml简介、工具及示例UML（Unified Modeling Language）是一种用于软件开发的标准化建模语言，它使用图形表示法来描述软件系统的不同方面。
在软件开发过程中，使用UML可以帮助开发人员更清晰地理解系统的结构和行为，从而更好地进行设计和实现。
UML提供了包括结构模型、行为模型和交互模型在内的多种建模方式，其中每种模型都有各自的符号和语法规则。
通过使用这些模型，开发人员可以将系统分解成不同的部分，然后逐步细化这些部分的设计，以便更好地组织和管理项目。
在UML中，最常用的建模元素包括用例图、类图、时序图、活动图、状态图等。
每种图表都有其特定的用途和表达能力，开发人员可以根据实际需要选择合适的图表进行建模。
除了建模元素外，UML还定义了一系列的建模工具，这些工具可以帮助开发人员更高效地进行建模和分析。
其中一些常用的建模工具包括Enterprise Architect、Rational Rose、StarUML等。
下面将对13种UML简介、工具及示例进行详细介绍：1. 用例图（Use Case Diagram）用例图是UML中描述系统功能和用户交互的基本图表之一。
它用椭圆表示用例，用直线连接用例和参与者，展示了系统外部用户和系统之间的交互。
用例图可以帮助开发人员更清晰地理解系统的功能需求，从而指导系统的设计和实现。
示例：一个简单的在线购物系统的用例图包括用例“浏览商品”、“添加商品到购物车”、“提交订单”等，以及参与者“顾客”和“管理员”。
2. 类图（Class Diagram）类图是UML中描述系统结构和静态关系的基本图表之一。
它用矩形表示类，用线连接类之间的关系，包括关联关系、聚合关系、继承关系等。
类图可以帮助开发人员更清晰地理解系统的对象结构和类之间的关系，从而支持系统的设计和重构。
示例：一个简单的学生信息管理系统的类图包括类“学生”、“课程”、“教师”等，以及它们之间的关系如“选修”、“授课”等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Formal Verification of UML Statecharts with Real-time
Extensions⋆
Alexandre David1,M.Oliver M¨o ller2,and Wang Yi1
1Department of Information Technology,Uppsala University,
adavid@docs.uu.se
2BRICS Basic Research in Computer Science,Aarhus University,
omoeller@brics.dk.
Extended Abstract
We present a framework for formal verification of a real-time extension of UML statecharts.This formalism is based on hierarchical state machines,that can be put in parallel at any level of composition.It features powerful event-communication,synchronization mechanisms,and actions triggered on entry or exit of components.Industrial modeling tools like Rhapsody or Rational Rose support UML statecharts and are applied in large-scale projects.
We restrict ourselves to the subset,where synchronization happens only in hand-shake fashion and actions are always associated with transitions.Then we enrich this subset with with real-time constructs,namely clocks,timed guards,and invariants.This makes the modeling language appropriate for systems,where the correct behavior is dependent on time constraints and subtle synchronization of individual components via delays.In the formal analysis,it is then e.g.not only possible to establish,that every action a is necessarily followed by an action b,it can also be proven(or refuted)that this happens within somefixed time bound.
We formally describe the such obtained modeling language as hierarchical timed automata (HTAs),and equip it with a rule-based formal semantics.
Properties of a model in this formalism can be expressed in real-time logics like timed compu-tation tree logic(TCTL).To realize automated verification,we give a translation of HTAs into a network offlat timed automata with hand-shake synchronization,basic data types,and committed locations.This can serve as input to the Uppaal model checking tool[ABB+01].
We report on an XML based implementation of this translation.The well-known pacemaker example is used to illustrate our technique:we are able to model-check safety and(unbounded) response properties.It turns out that the validity of a safety property is strongly dependent on the right choice of parameters.Here,the results of the formal verification can be used to make correcting adjustments in the model.For translation and verification we give run-time data.
An detailed exposition of this work is available in a technical report[DM01].
References
[ABB+01]Tobias Amnell,Gerd Behrmann,Johan Bengtsson,Pedro R.D’Argenio,Alexandre David, Ansgar Fehnker,Thomas Hune,Bertrand Jeannet,Kim rsen,M.Oliver M¨o ller,Paul
Pettersson,Carsten Weise,and Wang Yi.Uppaal-Now,Next,and Future.In F.Cassez,
C.Jard,B.Rozoy,and M.Ryan,editors,Modelling and Verification of Parallel Processes,
number2067in Lecture Notes in Computer Science Tutorial,pages100–125.Springer–Verlag,
2001.available at http://www.brics.dk/~omoeller/papers/movep2k.[ps.gz|pdf];see also
.
[DM01]Alexandre David and M.Oliver M¨o ller.From Hierarichcal Timed Automata to uppaal.Re-search Series RS-01-11,BRICS,Department of Computer Science,University of Aarhus,March
2001.。