硬实时软件建模与分析的进程代数方法

针对硬实时软件缺乏有效的系统动态行为建模机制,提出了一种用于硬实时软件建模与分析的进程代数方法。首先在时间通信顺序进程的基础上扩展硬实时语义得到硬实时通信顺序进程;然后提出时间调度算法,用于检查硬实时系统单个指令截止期的可满足性以及计算完成任务所需的最少时间;最后通过航空领域的一个实例来说明该方法如何应用于硬实时软件的建模与分析。该方法可以很大程度上提高硬实时软件执行时间计算的准确性,计算结果有助于硬实时系统截止期的量化分析和优化设计。     

基于时间Petri网的嵌入式系统构件建模与能耗分析

现有软件能耗分析方法主要研究算法级和指令级能耗,对于软件体系结构级的能耗研究较少。为此,从嵌入式系统的软件体系结构出发,在传统Petri网的基础上加入价格和时间标签,建立价格时间Petri网。通过价格时间Petri网构建软件构件和连接子能耗模型分析系统软件能耗,并提出最小能耗可达路径算法降低系统执行能耗。实验结果表明,该模型测得的实际能耗结果与预期结果误差较小,并且能降低系统整体能耗,提高资源利用率。     

分布式嵌入式系统的自适应能耗管理和分析

以降低分布式嵌入式系统整体能耗为目标,立足设备属性及其关系,从系统的启动设备集和设备动态供电电压两个方面着手,提出一种基于Agent的自适应能耗管理及其分析方法.在此基础上,给出分布式嵌入式能耗网(DE-Net),并利用DE-Net模型对系统的基本组件进行建模,根据组件间关系形成能耗模型,以刻画系统的执行流程和能耗属性.最后,利用CTL描述系统性质,并借助Petri网的操作语义来验证方法的正确性和有效性.具体实例应用及实验结果表明：该方法能够有效地降低分布式实时系统的能耗,正确描述能耗自适应调整过程,简化建模和分析过程,对开发具有低能耗DES具有重要的理论意义和实用价值.     

基于进程代数规约生成软件体系结构模型的方法

需求规约到软件体系结构(SA)模型的转换是软件工程领域的一个研究热点,UML-RT广泛用于实时系统软件体系结构建模,然而基于自然语言规约建立的UML-RT模型往往是不精确的,存在二义性,为了解决这一问题,需要赋予UML-RT模型形式化语义.进程代数是一种用来解决并发系统通信问题的形式化方法,具有精确的语法和语义,并且便于机器自动检验与验证.TCSP是进程代数CSP的实时扩展,适合于规约实时系统带有时间约束的行为.提出一种基于进程代数规约生成SA模型的方法.首先建立了自然语言规约到SA模型的转换框架;然后使用时间通信顺序进程(TCSP)描述实时系统需求规约,通过建立TCSP到UML-RT的转换机制,从而实现进程代数规约到SA模型的转换;最后通过一个实例来验证该方法在实时软件建模过程中的有效性.实验分析表明通过该方法建立的UML-RT模型能够从整体上提高实时系统SA设计的可信性.     

实时系统中混合任务集的动态电压调节算法

在实时嵌入式系统中,核心处理器的能耗占据整个能耗的相当大一部分.动态电压调节被看作是降低处理器能耗的关键技术,介绍实时系统和动态电压调节的基本概念,并在CMOS器件功耗理论和实时系统下任务调度理论的基础上,提出基于混合任务集的减慢因子DVS算法.     

指令级密码处理器软件功耗建模与仿真

为了分析密码处理器软件的功耗,提高软件的抗能量攻击能力,提出了基于指令的处理器功耗建模仿真方法;详细阐述了模型建立、指令功耗求解算法以及指令功耗采集平台建立方法;在此基础上对一款密码专用处理器的AES加密算法软件功耗进行了仿真,对仿真结果和实际测量结果进行了比较分析,结果表明这种处理器功耗建模方法是有效的。     

面向软件系统的指令时序建模与分析方法

软件指令时序调度是实时软件系统运行的基本问题,如何识别出实时系统中的关键任务,并对其进行及时调度和处理则是解决这一基本问题的关键。应用企业过程建模原理,构造了实时系统的软件过程时序模型,并基于SADT模型,提出了一个基于CPU时间和带宽分配的指令活动模型TB-SADT。引入合成数的概念以求解不确定性软件过程关键路径。针对软件过程模型的控制结构,考虑CPU时间和通信时间的分配,探讨模型中各活动之间时序调度问题。     

基于嵌入式软件算法级能耗问题研究

能耗已经成为嵌入式系统设计中一个重要的约束条件.嵌入式系统是典型的软件驱动执行系统,硬件的电路活动直接导致系统参数功耗,而软件中的指令执行和数据存取等操作底层的微处理、总线、Cache、存储器和I/O接口等硬件的活动都会间接的导致系统参数功耗.在现代“低碳经济”的背景下嵌入系统的功耗已经引起人们关注的一个重点.而软件设计早期对高层所作的功率耗评估和优化对整个系统的的能耗影响最为显著.本文通过构建算法级能耗估算模型,并通过实例采用神经网络算法、遗传算法等进行能耗求解,同时在求解过程中进行能耗分析.     

基于CORTEX-A8处理器的嵌入式数控系统实时平台的设计与实现

针对低端数控系统计算能力不足等特点.提出一种嵌入式数控系统的解决方案.本文详细介绍了嵌入式实时系统的实现方法,重点阐述了基于嵌入式实时系统的数控系统的实现.文章针对高性能嵌入式处理器,结合可适应多域的操作系统的实时化技术实现嵌入式实时系统,将数控系统集成到嵌入式实时操作系统中.最后针对实时系统的任务调度延迟和周期抖动以及数控系统的核心线程的执行时间进行测试.经实验验证,本文提供的嵌入式实时系统可以满足数控系统的要求,运行于实时嵌入式平台的数控系统可以满足实时加工的需求.     

嵌入式实时系统的软件需求检测

以需求描述模型HRFSM(hierarchical finite state machines based on rules)为基础,提出了一个嵌入式实时系统软件的动态执行模型(dynamic execution model,简称DEM)和基于该模型的检测方法.由于DEM能将控制流、数据流和时间有效地集成为一体,故提出的检测方法能检测嵌入式实时系统的软件需求的一致性和完全性.该检测方法由3种侧重点不同的检测形式组成,并能在检测过程中提供一些重要的检测信息.分析员可以利用基于该检测方法的工具灵活地对嵌入式实时系统的软件需求进行检测,以提高分析和检测软件需求的效率.     

算法级能耗分析方法研究

功耗现已成为嵌入式系统设计中一个重要的约束条件,而设计早期在高层所作的功耗评估与优化对整个系统能耗的影响最为显著。论文通过对指令级功耗模型进行研究得到一个算法级的功耗模型,并提出了基于此模型的静态算法能耗效率分析方法,它可以帮助设计者选择能耗较低的算法,对软/硬件系统设计中的功耗优化也有一定的作用。文中最后在功耗评估平台对算法实例进行模拟测试,试验结果验证了此分析方法的有效性。     

嵌入式建模中带有时间扩展的UML状态图的形式化方法

面向对象建模语言UML(Unified Modeling Language)已广泛用于嵌入式系统建模,但它在嵌入式实时系统建模时存在概念模型形式化复杂和状态图对时间约束方面的建模功能不强的问题,针对这些问题,提出一种对UML状态图进行时间扩展的方法,并提出利用"可执行UML"对带有时间扩展的UML状态图形式化的方法.     

基于功耗泄漏的密码芯片指令分析

结合逆向工程思想和旁路攻击原理,利用密码芯片的旁路功耗泄漏信号对芯片指令进行建模攻击,选取指令功耗轨迹上的有效点建立指令旁路模板,并提出指令类划分方法.通过对AT89C52单片机上运行的单周期单字节指令进行分析,验证了旁路模板指令恢复的可行性.     

基于复杂度的嵌入式软件功耗模型

系统功耗是嵌入式系统的一个重要方面,功耗很大程度上取决于执行的软件。传统的底层指令级模型功耗分析方法虽然能比较准确地估算出嵌入式系统的功耗,但是这种方法所需要的时间过长。本文介绍一种高层嵌入式软件功耗分析估测方法,以对象函数所使用的算法的复杂度来对该函数构建功耗模型,从而根据此功耗模型能快速估算出该函数在各种输入情形下的功耗情况。     

保证QoS的片上网络低能耗映射与路由方法

为解决二维mesh片上网络的服务质量和低能耗问题，提出基于最优化搜索的拓扑映射与路由方法Q-LEMR．该方法以降低芯片通信能耗为目标，在保证系统延迟与带宽的服务质量的前提下，自动将给定应用的IP核映射到片上网络结构上，并为通信踪迹定制设计确定的、非死锁的最短路径路由；同时通过加速策略使映射和路由的计算在可接受的时间范围内完成．实验结果表明，Q—LEMR较现有工作平均降低通信能耗28．8％，并满足服务质量要求．     

嵌入式实时系统及其在通信系统中的应用

阐述了嵌入式实时系统的原理及特点,分析并论述嵌入式实时系统实现过程中的关键问题,讨论了嵌入式实时系统在通信领域中的应用。     

基于扩展Petri网的系统建模及形式化验证方法*

嵌入式实时系统对时间约束性、安全性和可靠性具有非常高的要求,但是传统的建模和形式化验证方法难以满足对系统的实时性和安全性的模拟和验证需求。通过对有色Petri网的时间属性进行扩展,提出了实时有色Petri网模型,能够对系统的时间属性进行模拟和评估;参考实时有色Petri网模型到时间自动机的语义转换规则对模型进行转换,可以利用时间计算树逻辑对系统的实时性、安全性和可靠性进行形式化验证。以列车通信网络控制器的双线冗余控制模块的建模和形式化验证为例,证明了该方法的有效性。     

基于排队网络的流水线模拟器任务缓存新分析模型

流水线软件模拟器是嵌入式微处理器软件仿真系统的关键技术,提出对嵌入式微处理器流水线仿真系统的排队网络建模与缓存大小分析方法.对SPARC-V8流水线模拟器建立M/M/1/N型排队网络模型,分析指令到达及服务阻塞机制.为了解决模型计算中的阻塞问题,在排队网络模型中增加"保持节点",得到扩展的等价排队网络模型.采用近似计算迭代算法,得到系统性能评价指标,并建立排队网络节点性能关系曲线,确定各功能模块的任务缓存大小.根据得出的任务缓存计算值设置流水线软件模拟器实际缓存大小,实验表明模型计算数据与实际运行数据基本一致.该评价方法对嵌入式微处理器流水线仿真系统的建模与性能分析具有重要的指导意义.     

基于着色时间Petri网的实时系统的形式验证

嵌入式实时系统多数应用在安全性要求较高的场合,因此需要保证系统的正确性.复杂性不断增加的实时系统迫切需要在系统开发早期引入形式化分析技术来验证系统的期望性质.时间Petri网是有严格数学基础的图形表达工具,适合对实时系统建模;时间自动机(Timed Automata,TA)有成熟的验证工具,被广泛用于实时系统的模型检验和验证.本文提出一种基于着色时间Petri网(Colored Time Petri Net,CTPN)的实时系统的验证方法,用CTPN对带有控制流和数据流的实时系统建模,通过转换规则将CTPN模型转换成语义等价的TA模型,利用模型检验工具UPPAAL验证系统的性质.最后,用实例证明此方法有效.     

软件能耗优化技术研究进展

为了设计高性能低能耗的系统,需要从硬件设计和软件设计两个方面进行考虑,以取得性能和能耗的最佳权衡.研究利用软件技术降低系统能耗的问题,主要探讨系统开发阶段的低能耗软件优化与评估技术.优化技术包括指令级优化、算法级优化与软件体系结构优化3类,阐述在各类优化技术研究中面临的问题和当前的研究工作进展;深入讨论了低能耗软件优化的关键支撑技术——软件能耗估算,指出并分析面向处理器和面向全系统的软件能耗估算面临的主要问题和研究进展;最后展望进一步研究的主要问题和发展趋势.