1

Magasabb szint formalizmus: llapottrkpek

(statecharts)

dr. Majzik Istvn

BME Mrstechnika s Informcis Rendszerek Tanszk

2

Modellek a formlis ellenrzshez

Alapszint matematikai formalizmusok KS, LTS, KTS

Magasabb szint formalizmusok

SC, PN, CPN, DFN

Mrnki modellek

Modell- transzformcik

Mivel nyjt tbbet

egy magasabb szint

formalizmus?

Hogyan hasznlhat

szoftver szintzisre

s verifikcira?

3

Tartalomjegyzk

Alapelemek

Az llapottrkp szintaxisa

UML 2 statechart diagram

Az llapottrkp szemantikja

UML 2 State Machine szemantika

(Ms szemantika is lehet: pl. Harel-fle szemantika)

llapottrkpek hasznlata

4

Mi az llapottrkpek clja?

llapot alap, esemnyvezrelt rendszerek viselkedsnek megadsra alkalmasak Egy llapotgp viselkedsnek lersa

Reaktv viselkeds: Kls esemnyek hatsra trtn llapotvltst r le

Pl. bejv zenet, jelzs, hvs,

Akcik: az llapottmenetekhez rendelt tevkenysgek, trtnsek

Pl. rtkads, kimen zenet,

Szoksos hasznlat: Begyazott rendszerek: bejv esemnyek feldolgozsa

(pl. robot vezrlse, vagyonvdelmi rendszer, )

Protokollok: zenetek feldolgozsa

5

Alapfogalmak

llapot, aktv llapot Adott felttelek teljeslse (pl. mvelet vgrehajthat)

llapotvltozk adott rtkei

llapottmenet llapot vltozsa

Trigger esemny vlthatja ki Trigger nlkli tmenet: nmagtl kvetkezik be

rfelttel rendelhet hozz llapottmenet csak akkor trtnhet meg, ha az rfelttel igaz

Akci rendelhet hozz llapottmenethez rendelt tevkenysg, trtns

Esemny Aszinkron trtns, paramterei is lehetnek nll elem, esemnyosztly pldnya

rkls: esemny attribtumok bvtse

6

j ignyek a knnyebb hasznlat rdekben

llapotok finomtsa: llapothierarchia

Szuperllapot: alllapotok kzs tulajdonsgaihoz

Konkurens viselkeds lersa

Nem akarunk sorrendi ktttsget megadni (egyidejleg, vagy tetszleges sorrendben vgzett feldolgozs)

Tbbszl / elosztott / prhuzamos vgrehajts esetn

sszetett llapottmenetek

Sztvl, egyesl, feltteltl fgg elgaz tmenet

Emlkezs: Visszatrs egy korbbi aktv llapotkonfigurcira

Visszatrs adott feldolgozshoz kzbens esemny utn

Egy llapotfinomtsi szinten vagy mlyebben is

7

llapotdiagramok s llapottrkpek

llapotdiagram:

Egyszint, egyszer llapotok s tmenetek

Pl. UPPAAL esetn ltott automatk lersa

llapottrkp: az llapotdiagram kiterjesztse

llapothierarchia: llapotok finomtsa

Konkurens rgik: konkurens viselkeds lersa

sszetett tmenetek: sztvl, egyesl, feltteles

Emlkezs: Legutols aktv llapotkonfigurci trolsa

Szintaktikai segdelemek

Ritkn hasznlt (nem intuitv) kiegsztsek

Ksleltetett esemny

Szinkronizcis llapot

8

Egy llapottrkp

On

out

in

Red

Count0

Count1

Count2

CarIn

CarIn

CarIn

Yellow

Green

Red Yellow

On

Off

Shoot

H

CarGo

ManualO

ff

ManualO

n

T1

T4

T2

T3

Camera Count

Off

do/blink

9

Az llapottrkpek szintaxisa (UML szerinti szintaxis)

UML State Machine metamodell

10

11

llapotok: Akcik s llapotfinomts

llapotok: Alapszint modellelem

llapotokhoz ktd akcik:

Belpsi akci (entry / ...)

Kilpsi akci (exit / ...)

Bels aktivitsok (do / ...)

llapotfinomts

Egyszer llapot: nincs finomtsa

OR jelleg finomts: alrendelt alllapotok

Ezek kzl egyszerre egy llapot lehet aktv

AND jelleg finomts: konkurens rgik

Egyidejleg minden egyes rgiban kell legyen aktv llapot!

print_job

entry / init() exit / reset() do / poll() job / print()

15

Plda: llapotfinomts

On Off

Standby

Disconnected

Sound Image

SoundOn

SoundOff

snd mute out in

off

out

on

Picture

Videotext

txt txt

OR jelleg finomts AND jelleg finomts

16

Plda: llapotfinomts

On Off

Standby

Disconnected

Sound Image

SoundOn

SoundOff

snd mute out in

off

out

on

Picture

Videotext

txt txt

Clock

NoClock

clk clk

17

Pszeudo-llapotok

Kezdllapot jelzs: rgiba val belpskor lesz aktv

Minden OR finomtsban egy

Minden AND rgiban egy

Vgllapot jelzs: llapotgp terminls

Emlkez llapotok (history state)

A legutols aktv llapotkonfigurcit trolja

Egyszer emlkez llapot: csak az adott finomtsi szinten

Mlyen emlkez llapot: a mlyebb finomtsi szinteket is

Mit jelent az emlkez llapothoz hzott bemen tmenet?

Tzelsekor a trolt llapotkonfigurciba kerl az objektum

Az emlkez llapot egy hivatkozs a trolt llapotkonfigurcira

Mit jelent az emlkez llapotbl hzott kimen tmenet?

Alaprtelmezett trolt llapotot jell ki arra az esetre, ha elzleg mg nem volt aktv llapot

H

H*

18

Plda: Emlkez llapot

Print_job

Close

Print

Process Proc_ev

Get

Handle

ev1

H

19

llapottrkpek elemei

llapot

llapottmenet

Emlkez llapot

Felttel

Kezdllapot

Vgllapot

llapotcsonk

(Szinkronizci)

StateName

s1 s2

H H*

s1

sn

*

20

(llapot)tmenetek

llapottmenetek megadsa

Szintaxis: trigger [guard] / action

trigger: kivlt esemny

guard: az tmenet rfelttele

Prediktum az llapotvltozk s esemny paramterek felhasznlsval

llapotra val hivatkozs is lehet: is_in(state)

action: akci (mvelet)

akci szemantika: mvelet rszletezse

21

tmenetek specialitsai

Time-out mint trigger:

Fennll, ha az objektum az tmenethez tartoz kiindulsi llapotban tartzkodik vgig az adott idintervallumban

sszetett tmenetek:

Sztvl (fork): konkurens rgikban lv llapotokba val egyttes belps

Egyesl (join): konkurens rgikban lv llapotokbl val egyttes kilps

Elgaz (condition): tbb, rfeltteltl fgg tmenet egyszerstett jellse (szegmensek)

llapothierarchin tvel tmenetek

Megengedett (br nem elegns)

22

Plda: llapottmenetek

Prepare

Phase1

Act1

Phase2

Act2 Act3

Passed

Missed timeout(50)

Failure

error

Work

illegal_activity [fatal] / report_status

[fatal] / report_status

[not_fatal] / recovery

23

Az llapottrkpek informlis szemantikja (UML szerinti szemantika)

24

Szemantika: Hogyan mkdik?

Alapelemek:

llapotgp: Az llapottrkp rja le a viselkedst

Esemnysor + temez: Futtat rendszer (az llapotgp szempontjbl kls elemek)

Esemnysor

temez

llapotgp

e

25

Mit ad meg a szemantika?

Mit tesz az llapotgp egy esemny hatsra llapotgp egy lpse

llapottmenetek tzelnek

jdonsg: egy esemny hatsra tbb konkurens llapottmenet tzelhet

llapotkonfigurci vltozik

Tbb aktv llapot lehet

Aktv llapot minden rgijban kell legyen egy aktv llapot

Aktv llapot OR finomtsban kell legyen egy aktv llapot

Egy OR finomtsban illetve egy rgiban csak egy aktv llapot lehet

Rekurzvan rvnyes

26

A szemantika alaptulajdonsgai

Egyenknt feldolgozott esemnyek

Az temez akkor kld jabb esemnyt, ha az elz feldolgozsa teljes egszben megtrtnt

Stabil llapotkonfigurci kialakult: nincs trigger nlkli tmenet

Esemnyek teljes feldolgozsa (run to completion)

tmenetek maximlis halmaza tzel

Minden engedlyezett tmenet tzel, kivve ha ezt konfliktus megakadlyozza

Ezek tzelse utn dolgozza fel a kvetkez esemnyt

Az esemnyfeldolgozs a szemantika lnyege

Ez alapjn lehet programkd alakjban megvalstani az llapotgpet (forrskd generls)

27

Az esemnyfeldolgozs lpsei 1/4

Kls felttel: temez a stabil konfigurciban lv llapotgpnek egy esemnyt juttat

Engedlyezett tmenetek: Kiindulsi (forrs-) llapot aktv

A kivlasztott esemny az tmenet triggere

Az rfelttelek teljeslnek

Esetek az engedlyezett tmenetek szma alapjn: Ha csak egy van: Tzelhet!

Ha nincs: Halasztott-e az esemny?

Igen: trols, j esemny krse az temeztl

Nem: esemny eldobhat (hats nlkli)...

Ha tbb van: Tzel tmenetek kivlasztsa szksges

Befolysol: A konfliktus

28

Plda: Konfliktus

t4:

t5: t3: t2: t1:

a1 a2

a11 a12 a21

a22

a111

a112 a113

a121

a122

A t1, , t5 tmenetek ugyanazon e esemnyre triggereltek. Melyek nem tzelhetnek egytt?

- Egyszerre nem tzelhetnek: (t1,t2); (t1,t4); (t2,t4); (t3,t4)

- Nem engedlyezett: t5 (forrsllapota nem aktv)

- Egyszerre is tzelhetnek: (t1,t3); (t2,t3);

29

Esemnyfeldolgozs lpsei 2/4

Tzel tmenetek kivlasztsa:

Maximlis szm tmenet, nem lehet kzttk konfliktus

Konkurens tmenetek szimultn tzelse

Konfliktusban lv tmenetek:

Ugyanazt az llapotot hagyjk el, pontosabban az elhagyott llapothalmazok metszete nem res

Konfliktus f