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基于WCET分析技术的程序实时性模型检验方法研究

张曦  
【摘要】:实时系统的正确性不仅依赖于输出结果在逻辑上的正确性,而且要求实时系统在规定的时间范围内实现其功能。实时系统对时间的要求非常苛刻,为了保证实时性,往往采用形式化方法对系统进行精确的建模。传统的模型检验方法是从描述系统的模型出发验证系统的性质,如安全性、活性、可靠性等,模型中的实时约束通常来源于需求规约,与系统的实现无关。但是系统最终是由程序实现,来源于需求的实时约束无法准确地描述系统实际执行时间,传统实时系统的模型检验方法只能验证抽象模型是否满足实时性质,不能验证相应的实时程序是否满足同样的性质,而且传统的模型检验方法对软件执行中的影响因素也考虑不足,因此对于实时系统而言从程序出发研究模型的实时性是十分必要的。本文对实时系统的程序和模型进行研究,建立基于程序时间性分析的模型检验方法,以中断作为典型的干扰因素研究了不同类别中断对系统实时性的影响,为实时软件的可靠性研究提供支持。 论文的主要研究内容和成果包括以下四个方面: 1.建立实时约束与程序执行路径集的映射方法。将源程序划分成基本块,采用基于邻接表存储的有向图结构描述程序基本块和基本块之间控制流程,遍历有向图寻找有效的执行路径。通过对实时系统时间自动机模型中的实时约束分析,找出实时约束的映射路径集,根据对应路径集结点的位置信息生成映射程序片段,研究实时约束在程序的中实现过程。 2.建立基于WCET分析的模型检验方法。以实时约束为单位对映射程序片段进行最差情况执行时间(Worst-Case Execution Time, WCET)的分析,找出映射程序片段的执行时间上限,利用获得的WCET估值修正系统模型中的实时约束,进一步采用实时系统验证工具UPPAAL验证修正后的系统模型是否满足实时性质。 3.建立典型中断的WCET分析方法。根据实时系统特点研究了面向中断的WCET分析,将中断作为系统实现的一部分,研究典型类别中断对系统实时性的影响,结合实例完成基于中断影响的模型检验方法。 4.设计和实现了基于WCET分析的程序实时性模型检验方法原型工具WCETModel,实现了论文中提出的方法,初步建立了统一的方法集和工具集,为实时系统的可信研究提供了支持。


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